Enunciado

Em uma combustão, n-octano ( C 8 H 18 ) é queimado com 50 % de excesso de ar. Calcule a fração mássica de cada produto e a massa de água nos produtos por unidade de massa de combustível queimado. Calcule também a fração mássica de cada reagente.

Passo 1

Vamos assumir que a combustão é completa e que os produtos da reação de combustão serão: C O 2   , H 2 O , O 2   e   N 2 , apenas. Além disso, temos que as massas de C ,   H 2 , O 2 e o ar são, respectivamente

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

Assim, nossa reação fica sendo

C 8 H 18 + 1.5 ⋅ x ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 8 C O 2 + 9 H 2 0 + 0.5 ⋅ x O 2 + 1.5 ⋅ 3.76 ⋅ x N 2

Balanceando O 2 vamos encontrar

1.5 x = 8 + 4.5 + 0.5 x → x = 12.5

Então, podemos reescrever nossa equação como sendo

C 8 H 18 + 18.75 ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 8 C O 2 + 9 H 2 0 + 6.25 O 2 + 70.5 N 2

As massas dos nossos produtos e sua respectiva massa total serão dados por

m C O 2 = N C O 2 ⋅ M C O 2 = 8 ⋅ 44 = 352 k g

m H 2 O = N H 2 O ⋅ M H 2 O = 9 ⋅ 18 = 162   k g

m O 2 = N O 2 ⋅ M O 2 = 6.25 ⋅ 32 = 200   k g

m N 2 = N N 2 ⋅ M N 2 = 70.5 ⋅ 28 = 1974 k g

m t = 2688   k g

Passo 2

Dando sequencia à resolução do problema vamos ter que as frações de massa serão

m f C O 2 = m C O 2 m t = 352   k g 2688   k g = 0.1310

m f H 2 O = m H 2 O m t = 162   k g 2688   k g = 0.0603

m f O 2 = m O 2 m t = 200   k g 2688   k g = 0.0744

m f N 2 = m N 2 m t = 1974   k g 2688   k g = 0.7344

Dessa forma, a massa de água com unidade de combustível será

m H 2 O m C 8 H 18 = 9 ⋅ 18 1 ⋅ 114 = 1.421 k g   H 2 O k g   C 8 H 18

Passo 3

Por fim, para concluirmos o exercício, vamos calcular a massa dos reagentes encontrando

m C 8 H 18 = 1 ⋅   114 = 114   k g

m a r = 17.75 ⋅ 4.76 ⋅ 29 = 2588   k g

m t 2 = 2702   k g

Portanto, a fração de massa dos reagentes será

m f C 8 H 18 = m C 8 H 18 m t 2 = 114   k g 2702   k g = 0.0422

m f a r = m a r m t 2 = 2588   k g 2702   k g = 0,9578

E está concluído nosso exercício.

Resposta

m f C O 2 = 0.1310

m f H 2 O = 0.0603

m f O 2 = 0.0744

m f N 2 = 0.7344

m H 2 O m C 8 H 18 = 1.421 k g   H 2 O k g   C 8 H 18

m f C 8 H 18 = 0.0422

m f a r = 0,9578

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