Uma amostra seca de carvão “Appanoose County” apresenta uma análise mássica de de carbono, de hidrogênio , de oxigênio , de nitrogênio , de enxofre e o restante de cinzas não combustíveis. Para a combustão completa com a quantidade de ar teórico, determine
- a razão ar-combustível em base mássica.
Passo 1
Fala, querid@s! Sem enrolação, vamos direto ao que interessa: entender o enunciado.
O enunciado quer que a gente calcule a razão ar-combustível em base mássica. é a divisão entre a massa de ar e a massa de combustível .
No entanto, para encontrarmos as massas e , precisamos descobrir quais são os reagentes e produtos da combustão. Nessa questão, , , , e do combustível reagem com o e o do ar. Logo, , , , e são os reagentes. A combustão é completa e sem excesso de ar. Logo, não tem nos produtos! Os produtos são: , , e .
onde , , , , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da combustão de de combustível. As cinzas não estão na equação, porque não participam da reação de combustão. Mas por que assumimos que de combustível é queimado, se o enunciado não nos informou essa quantidade?
Escolhemos esse valor qualquer, porque a quantidade de combsutível não interfere no cálculo de . Ou seja, escolhemos usar de combustível, porque escrever a equação de combustão pra de combustível é mais fácil!
Passo 2
Quando o enunciado do exercício de combustão nos dá a composição do combustível, a primeira coisa que precisamos fazer para resolver o exercício é achar os coeficientes do combustível. No nosso caso, os coeficientes do combustível são: , , , e . Pra achar , temos que dividir a massa de pela sua massa molar que vale .
A massa de carbono é encontrada, multiplicando os de combustível pelos de presente no combustível.
Substituindo isso na fórmula de :
Pra achar , usamos o mesmo método. é a divisão da massa de pela massa molar de . Essa massa molar vale . é encontrada multiplicando os de combustível pelos de presente no combustível.
e são calculados do mesmo jeito. Primeiro temos que achar a massa pra calcular e a massa pra achar .
Depois, dividimos por pela massa molar pra encontrar e dividimos por pra encontrar .
vale e vale .
Por fim, temos que achar o coeficiente do enxofre . Primeiro, achamos a massa de enxofre, multiplicando os de pelos de presente no combustível.
Agora, dividimos pela massa molar do enxofre .
Substituindo esses valores na equação de combustão ela vira:
Com essas informações já podemos determinar o coeficiente no próximo passo.
Passo 3
Pra encontrar o coeficiente , temos que fazer o balanço da equação de combustão abaixo.
Para encontrar , devemos encontrar antes , e . O coeficiente é encontrado através do balanço de carbono . Para a quantidade de ficar balanceada, os de dos reagentes e os de dos produtos devem ser iguais.
Já o coeficiente é determinado por meio do balanço do hidrogênio . Os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
é encontrado por meio do balanço de enxofre . Nesse balanço, os de dos reagentes devem ser iguais aos de dos produtos.
Por fim, achamos o coeficiente , fazendo o balanço de oxigênio . Os de dos reagentes têm que ser iguais aos de dos produtos.
Agora estamos prontos pra determinar o valor de já no próximo passo!
Passo 4
Encontramos , determinando as massas e . Para achar a massa de ar usada na combustão, temos que calcular a quantidade de de ar presente na combustão. Como o ar é composto de e , a quantidade de de ar é a soma entre os de de do ar e os de de .
é a quantidade de de ar multiplicada pela massa molar do ar. Em tabelas de gases ideais, vemos que vale . Logo:
A massa de combustível vale , porque escrevemos a equação de combustão para a queima de de combustível.
Substituindo e na fórmula de :
Booooa, meus chuchus! Que orgulho! Achamos o que o enunciado pediu!