Enunciado

Uma mistura de combustível com análise molar de 40% de CH3OH, 50% C2H5OH e 10% N2 queima completamente com 33% de ar em excesso. Determine

(a) a equação de reação balanceada.

(b) a razão ar–combustível, tanto em base molar quanto em base mássica.

Passo 1

Saalve, tranquilo?

Vamos resolver juntos mais uma questão de termodinâmica?!

Passo 2

Uma mistura combustível com a massa molar específica queima completamente com 33 % excesso de ar

A analise molar é

40 %   C H 3 O H

50 %   C 2 H 5 O H

10 % N 2

Passo 3

Baseado em um mole de mistura de combustível a equação da reação para combustível completo com a quantidade teórica de ar (Equação Estequiométrica)

0,4 C H 3 O H + 0,5 C 2 H 5 O H + 0,1 N 2 + α O 2 + 3,76 N 2 → β C O 2 + γ H 2 O + 3,76 α + 0,1 N 2

Com 3,76 mols de N 2 acompanhando cada mol de O 2 no ar

Passo 4

Aplicando o princípio de conservação de massa ao carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio

  • Carbono C : β = 0,4 + 2 ⋅ 0,5 = 1,4
  • Hidrogênio H : 4 ⋅ 0,4 + 6 ⋅ 0,5 = 2 γ → γ = 2,3
  • Oxigênio O : 0,4 + 0,5 + 2 γ = 2 β + γ → γ = 2,1

Então, a equação química balanceada (equação estequiométrica) é

0,4 C H 3 O H + 0,5 C 2 H 5 O H + 0,1 N 2 + 2,1 O 2 + 3,76 N 2 → 1,4 C O 2 + 2,3 H 2 O + 7,996 N 2

Passo 5

Escrevendo a reação química para a combustão completa com 33 % de excesso de ar

0,4 C H 3 O H + 0,5 C 2 H 5 O H + 0,1 N 2 + 2,1 O 2 + 3,76 N 2

→ 1,4 C O 2 + 2,3 H 2 O + α O 2 + 1,33 ⋅ 2,1 ⋅ 3,76 + 0,1 N 2

Com 3,76 mols de N 2 acompanhando cada mol de O 2 no ar

Passo 6

Aplicando o princípio de conservação de massa ao oxigênio

0,4 + 0,5 + 2 1,33 2,1 = 2,8 + 2,3 + 2 α → α = 0,693

Então, a equação química balanceada é

0,4 C H 3 O H + 0,5 C 2 H 5 O H + 0,1 N 2 + 2,1 O 2 + 3,76 N 2

→ 1,4 C O 2 + 2,3 H 2 O + 0,6930 O 2 + 10,60 N 2

Passo 7

b) a razão de ar e combustível na base molar

A F - = mols de ar mols de combustível = 2,793 ⋅ 4,76   k m o l a r 1   k m o l c o m b u s t í v e l

∴ A F - = 13,29 k m o l a r k m o l c o m b u s t í v e l

Passo 8

Calculando o peso molecular do combustível

M c o m b = 0,4 ⋅ 32,04 + 0,5 ⋅ 46,07 + 0,1 ⋅ 28,01 = 38,652   g / m o l

Calculando a razão de ar e combustível na base mássica

A F = A F - M a r M c o m b = 13,29 ⋅ 28,97 38,652

∴ A F = 9,961 k g a r k g c o m b u s t í v e l

Resposta

a) 0,4 C H 3 O H + 0,5 C 2 H 5 O H + 0,1 N 2 + 2,1 O 2 + 3,76 N 2

→ 1,4 C O 2 + 2,3 H 2 O + 0,6930 O 2 + 10,60 N 2

b)

A F = 9,961 k g a r k g c o m b u s t í v e l

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