Enunciado

Ar seco a 25 ° C     e   100 k P a é aquecido, num processo isobárico e em regime permanente, até que a temperatura atinja 4000 K . Relacione as possíveis dissociações presentes neste processo e determine a composição da mistura no estado final. Determine, também, a transferência de calor no processo.

Passo 1

E aí boit@s, como vocês estão?

Se liguem só, presume-se que o ar tenha 21 % de oxigênio e 79 % de nitrogênio por volume. Das reações elementares temos a 4000   K   ( A . 10 )

1   O 2   ⇔ 2 O ,     k 1 = 2,221 = y O 2 y O 2

2   N 2   ⇔ 2 N ,     k 2 = 3,141 ⋅ 10 - 6 = y N 2 y N 2

3   N 2 + O 2   ⇔ 2 N O ,     k 3 = 0,08955 = y N O 2 y N 2 ⋅ y O 2

Assim, teremos como componentes do equilíbrio o seguinte

n O 2 = 0,21 - a - c ,     n O = 2 a ,     n N 2 = 0,79 - b - c ,     n N = 2 b ,     n N O = 2 c

Assim, nossas equações de equilíbrio serão

2,221 = y O 2 y O 2 = 4 a 2 1 + a + b 0,21 - a - c

3,141 ⋅ 10 - 6 = y N 2 y N 2 = 4 b 2 1 + b + c 0,79 - b - c

0,08955 = y N O 2 y N 2 ⋅ y O 2 = 4 c 2 0,21 - a - c 0,79 - b - c

Para resolver esse sistema vamos supor que as outras duas variáveis são nulas para encontramos o valor de cada variável e trabalharmos só com uma. Dessa forma, encontraremos

a = 0,15 b = 0,000832 c = 0,0244

Assim, a composição no equilíbrio teremos

n O 2 = 0,0356 ,     n O = 0,3 ,     n N 2 = 0,765 ,     n N = 0,00167 ,     n N O = 0,049

Passo 2

Sendo assim, teremos que o calor será dado por

Q = H s a i r - H e n t r a d a =

Q = n O 2 ∆ h O 2 - + + n N 2 ⋅ ∆ h N 2 - + n O ⋅ h f o - + ∆ h O - + n N ⋅ h f N - + ∆ h N - + n N O ⋅ h f N o - + ∆ h N O -

Substituindo os valores numéricos vamos encontrar

Q = 214306 k J k m o l   d e   a r

Pronto, tá resolvido nosso problema.

Resposta

Ei, a resposta está no passo a passo :)

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