Enunciado

Em uma combustão, n-butano ( C 4 H 10 ) é queimado com um excesso de ar de 100 % . Determine as frações molares de cada um dos produtos e calcule também a massa de dióxido de carbono nos produtos por unidade de massa do combustível e a razão ar/ combustível.

Passo 1

Assumiremos para o problema que a combustão é completa e, então, são gerados como produtos C O 2 ,   H 2 O , O 2   e   N 2 , apenas. Pois bem, antes de tudo precisamos saber os valores das massas de C ,   H 2   e   O 2 que são

12 ,   2 ,   32   e   29   t o d o s   e m k g k m o l  

Assim, nossa reação estequiométrica em questão será

C 4 H 10 + 2.0 ⋅ x ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + x O 2 + 2.0 ⋅ 3.76 ⋅ x ⋅ N 2

Pelo balanceamento de O 2 encontramos

2 x = 4 + 2.5 + 1 x → x = 6.5

Poderemos, então, reescrever nossa equação como sendo

C 4 H 10 + 13 ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 4 C O 2 + 5 H 2 O + x O 2 + 48.8 ⋅ N 2

Dessa forma, as frações molares dos produtos serão

N m = 4 + 5 + 6.5 + 48.8 = 64.38   k m o l

y C O 2 = N C O 2 N m = 4 k m o l 64.38   k m o l = 0.0621

y H 2 O = N H 2 O N m = 5   k m o l 64.38   k m o l = 0.0777

y O 2 = N O 2 N m = 6.5   k m o l 64.38   k m o l = 0.1010

y N 2 = N N 2 N m = 48.8   k m o l 64.38   k m o l = 0.7592

Passo 2

Por fim, para concluirmos o exercício, vamos encontrar a massa de dióxido de carbono nos produtos por unidade de massa do combustível e a razão ar/ combustível fazendo

m C O 2 m C 4 H 10 = 4 ⋅ 44 k g 1 ⋅ 58   k g = 3.034 k g   C O 2 k g   C 4 H 10

Já para a razão ar/combustível faremos

A F = m a r m c o m b u s t = 13 ⋅ 4.76 ⋅ 29 1 ⋅ 58 = 30.94   k g   a r k g   c o m b u s

Resposta

y C O 2 = 0.0621

y H 2 O = 0.0777

y O 2 = 0.1010

y N 2 = 0.7592

m C O 2 m C 4 H 10 = 3.034 k g   C O 2 k g   C 4 H 10

A F = 30.94   k g   a r k g   c o m b u s

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