Enunciado

Em uma combustão, n-octano ( C 8 H 18 ) é queimado com quantidade estequiométrica 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

Primeiramente vamos assumir que a combustão é completa e, assim, teremos nos produtos C O 2 ,   H 2 O ,   O 2   e   N 2 , apenas. Agora, temos que calcular as massas molares de C , H 2 ,   O 2 e o ar que são respectivamente

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

Então, podemos equacionar a reação descrita no problema que é

C 3 H 8 + x ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 8 C O 2 + 9 H 2 O + E ⋅ N 2

Assim, podemos descobrir os valores de x e E fazendo

2 x = 2 ⋅ 8 + 9 → x = 12.5  

x ⋅ 3.76 = E → E = 47

Dessa forma, nossa equação fica sendo

C 3 H 8 + 47 ⋅ O 2 + 3.76 N 2 → 8 C O 2 + 9 H 2 O + 12.5 ⋅ N 2

A massa de cada produto será

m C O 2 = N C O 2 ⋅ M C O 2 = 8 ⋅ 44 = 35 2   k g

m H 2 O = N H 2 O ⋅ M H 2 O = 9 ⋅ 18 = 16 2   k g

m N 2 = N N 2 ⋅ M N 2 = 47 ⋅ 28 = 1316   k g

m T = 1830   k g

Passo 2

As frações de massa serão

m f C O 2 = m C O 2 m t = 35 2   k g 1830   k g = 0.1 923

m f H 2 O = m H 2 O m t = 16 2   k g 1830   k g = 0.0 885

m f N 2 = m N 2 m t = 1316   k g 1830   k g = 0.7 191

Então, a massa de água por unidade de combustível queimado é

m H 2 O m C 3 H 8 = 9 ⋅ 18 k g 1 ⋅ 11 4 k g = 1 . 421 k g   H 2 O k g   C 3 H 8

Repetindo esse mesmo processo para os reagentes vamos ter

m C 8 H 18 = N C 8 H 18 ⋅ M C 8 H 18 = 1 ⋅ 114 = 114 k g

m a r = N a r ⋅ M a r = 12.5 ⋅ 3.76 ⋅ 29 = 1725.5   k g

m t 2 = 1839.5

Portanto, para concluirmos o exercício calculemos as frações de massa dos reagentes que serão dadas por

m a r m t 2 = 114   k g 1839.5   k g = 0.062

m f a r = m a r m t 2 = 1725,5   k g 1839.5   k g = 0.938

Resposta

m f C O 2 = 0.1923

m f H 2 O = 0.0885

m f N 2 = 0.7191

m H 2 O m C 3 H 8 = 1.421 k g   H 2 O k g   C 3 H 8

m a r m t 2 = 0.062

m f a r = 0.938

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