Composição dos Produtos
Teoria
Produtos da combustão real
Nós estudamos até aqui a combustão de vários tipos de combustível: combustível sólido (carvão), combustível gasoso , combustível puro e combustível com vários tipos de molécula na sua composição. Em todas essas reações, nós consideramos que a combustão produzia apenas três tipos de produtos: o , o e o .
Mas será que na vida real é assim? Será que a reação de qualquer combustível com o ar seco sempre gera esses três produtos? Infelizmente não! Os produtos gerados pela combustão real dependem de vários fatores: a temperatura dos reagentes, a quantidade de reagindo, a quantidade de combustível e se o combustível está bem misturado com o oxigênio.
Qualquer variação em um desses fatores pode produzir novos tipos de produto, como: , , , , etc. São tantas variáveis que podem interferir na composição dos produtos, que é muito difícil prever quais moléculas vão ser formadas na combustão real! Então como a gente pode escrever a equação química da combustão real, se a gente não conhece os produtos?
Produtos em base seca
A gente não vai precisar descobrir quais são os produtos da combustão! O enunciado das questões sempre nos mostra quase todas as moléculas formadas pela reação. Ele também mostra a porcentagem de cada molécula nos produtos! A imagem abaixo mostra uma típica tabela de composição de exercícios de combustão!
É muito bom saber que o exercício nos dá essas informações, mas tenha bastante atenção! Essa composição dos produtos informada pela questão não inclui a água ! A molécula de sempre será um produto da reação! Mas mesmo assim ela não está presente na composição. Chamamos a composição sem a água de composição em base seca!
Além disso, as porcentagens estão sempre em base volumétrica! Isso significa que elas são a fração mássica de cada componente do produto.
Mas para entender melhor como usar esse dado, vamos resolver um exemplo típico!
Como calcular os coeficientes estequiométricos a partir da composição dos produtos?
Determine os coeficientes estequiométricos da combustão do metano com ar seco. Considere que a composição dos produtos dessa combustão em base seca é: de , de , de e de . As frações estão em base volumétrica.
Podemos escrever a equação química da combustão com os coeficientes desconhecidos.
Para descobrir quanto valem os coeficientes estequiométricos dos produtos, temos que escrever a equação química de combustão para de produto seco (sem contar o ). Com isso, descobrimos a quantidade de de cada componente.
onde:
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade de de dentro nos produtos;
- é a quantidade total de dos produtos sem levar em conta o . Ele é a soma do de cada componente do produto
Nesse caso, vale .
Nós podemos calcular os coeficientes que faltam através do balanço de cada elemento químico.
Com esses valores a equação química fica:
O significado do balanço de nitrogênio
Cuidado! Nesse caso, o balanço de nitrogênio não serve para encontrar o valor de um coeficiente estequiométrico. Ele serve apenas para verificar se o balanço dos elementos anteriores estava correto. Se o número do lado esquerdo for igual ao número do lado direito, quer dizer que o balanço dos outros elementos foi feito corretamente.
No nosso caso, o balanço do nitrogênio deu que é igual a . Esses números não são iguais! Mas são muito parecidos. Essa pequena diferença só é causada, porque a composição dos produtos dada enunciado não tem muitas casas decimais. É só um pequeno erro de arredondamento! Não é um erro nas contas do balanço que fizemos!
Por isso, podemos considerar que esses números são aproximadamente iguais. Ou seja, fizemos tudo certo! Como o balanço de pode dar esse pequeno erro de arredondamento, é importante deixarmos ele só pro final. Quando estamos resolvendo exercícios que nos dão a composição do produtos, o balanço de é usado só como uma verificação de resultado!
Exemplo com composições de combustível e produtos dadas pelo enunciado
Já calculamos os coeficientes estequiométricos dos produtos, conhecendo a composição do combustível. Já calculamos os coeficientes estequiométricos do combustível, conhecendo a composição dos produtos. Como podemos calcular os coeficientes estequiométricos da equação da combustão, quando conhecemos a composição do combustível e dos produtos?
Para entender como fazer isso, vamos resolver um exemplo! Determine os coeficientes estequiométricos da combustão de gás natural com ar seco. O gás natural é composto por de , de e de , de e de em base molar. Os produtos gerados são de , de , de e de em base molar seca.
Quando a gente só tinha a composição dos combustíveis, a gente calculava os coeficientes para uma reação de de combustível. Quando a gente só tinha a composição dos produtos, a gente calculava os coeficientes, considerando a geração de de produtos, excluindo a água. Qual vai ser nossa estratégia agora que temos as duas composições?
Cálculo dos coeficientes, quando temos as composições do combustível e dos produtos
Podemos escrever a equação química dessa reação com os coeficientes estequiométricos indeterminados.
Dessa vez nós não podemos considerar que existem de combustível e de produtos ao mesmo tempo! Isso não pode ser feito, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos. Por isso, consideramos que de combustível reagem e geram uma quantidade desconhecida de produtos.
Os coeficientes dos produtos, considerando que foram gerados de produtos são:
Agora é só descobrir quanto , e valem através do balanço dos elementos químicos!
A equação final é:
Novamente o balanço de nitrogênio só serviu de verificação das contas. Os números dão muito parecidos de novo. As diferenças não foram causadas por erros de conta. Logo, fizemos tudo certinho!
Como calcular os coeficientes estequiométricos a partir da composição dos produtos?
O significado do balanço de nitrogênio N
Exemplo com composições de combustível e produtos dadas pelo enunciado
Cálculo dos coeficientes, quando temos as composições do combustível e dos produtos
Exercícios Resolvidos
Exercício Resolvido #1
Elaboração própria
Gás metano é queimado com ar seco, gerando de produtos secos com a seguinte composição em base volumétrica: de e de . Determine a quantidade de de que está sendo queimada.
Passo 1
Oi, lindonas e lindões! Tudo bem com a vida de vocês? Vamos fazer um exercício de combustão pra dar aquela turbinada no seu conhecimento?
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , e são os reagentes. A questão também disse que os produtos secos (sem contar com o ) são e . Logo, , e são os produtos.
, , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão. Alguns desses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para a gente conseguir calcular a quantidade de de na combustão. Alguns deles serão determinados através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá a composição dos produtos é determinar a quantidade de dos produtos a partir dessa composição. Calcularemos, então, a quantidade de de multiplicando dos produtos secos pelos de .
Nós não vamos precisar calcular os demais coeficientes para achar a quantidade de de ! Como acharemos através do balanço de carbono , conhecer o coeficiente já basta.
Para balancear , os de nos produtos têm que ser iguais aos de dos reagentes.
Resposta
Exercício Resolvido #2
Elaboração própria
Uma mistura de gás natural com uma análise molar de de e de é queimada completamente com ar seco. Essa queima gera produtos secos com a seguinte análise molar: de e de . Determine a equação balanceada dessa reação de combustão.
Passo 1
Fala, querid@s! Tudo em ordem? Vamos fazer um exercício de combustão pra organizar bem as informações que aprendemos na teoria? Bora! Vai ser divertido!
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que , e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , , e são os reagentes. Também sabemos que os produtos secos (sem contar com o ) são e . Logo, , e são os produtos.
, , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão. Determinar a equação balanceada dessa reação de combustão é justamente determinar os valores desses coeficientes! Então vamos começar a fazer o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível. Pra isso, assumimos que de combustível é queimado! Calcularemos, então, os de de , multiplicando pelos de .
O coeficiente do também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o de combustível pelos de presente no combustível!
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos? Será que podemos supor que de produtos secos é gerado?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 3
Não podemos supor que de produtos secos é gerado, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos secos. Por isso, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Agora, pra achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam, faremos o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos. Como e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes em mais os de presentes em dos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Você pode achar que o coeficiente pode ser encontrado de duas formas: ou fazendo o balanço do oxigênio ou fazendo o balanço do nitrogênio . No entanto, o balanço de nitrogênio serve apenas para verificar se fizemos os balanços de antes corretamente!
Logo, devemos sempre achar os coeficientes sem usar o balanço de !
Então vamos usar o balanço de oxigênio pra calcular .
Esse balanço diz que de do dos reagentes mais de do devem ser iguais aos de presente nos produtos.
Substituindo o valor de todos os coeficientes na equação química, conseguimos determinar a equação balanceada da combustão!
Resposta
Exercício Resolvido #3
Elaboração própria
Em uma reação de combustão, etanol reage com ar seco, formando de produtos secos com a seguinte análise molar: de , de e de . Determine a massa de ar necessária para a realização dessa combustão.
Passo 1
E aí, fof@s! Tudo fluindo na vida de vocês? Vamos fazer um exercício de combustão pra tudo fluir também na hora da prova? Bora!
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , e são os reagentes. Os produtos secos (sem contar com o ) são: , e . Logo, , , e são os produtos.
onde , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão.
Para calcular a massa de ar , temos que multiplicar a quantidade de de ar presente na reação pela massa molar do ar .
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Para calcular o valor de e encontrar , começaremos a fazer o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá a composição dos produtos é determinar a quantidade de dos produtos a partir dessa composição. Calcularemos, então, a quantidade de de multiplicando os dos produtos secos pelos de presentes nos produtos secos.
O coeficiente do também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o dos produtos secos pelos de presentes nos produtos!
Por fim, achamos o coeficiente do , multiplicando os de produtos pelos de dos produtos!
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos produtos! No passo seguinte, acharemos os coeficientes dos reagentes para encontrar depois.
Passo 3
Pra achar a quantidade de de , temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos.
Pra balancear , os de presentes nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Por fim, achamos através do balanço de oxigênio . A quantidade de oxigênio fica balanceada, quando os de dos reagentes são iguais aos de dos produtos.
Pronto! Encerramos o balanço químico da equação de combustão. Com isso, podemos calcular no próximo passo.
Passo 4
Substituindo o valor de que encontramos na fórmula de :
Pra achar , temos que ver o valor da massa molar do ar em uma tabela. vale . Logo:
Shooooow! Achamos o valor da massa de ar! Toca aqui!
Resposta
Exercício Resolvido #4
Elaboração própria
Pentano líquido reage com ar seco e a análise, na base seca, dos produtos de combustão apresentou a seguinte composição: de , de , de e de . Determine a fração mássica de pentano nos reagentes.
Passo 1
Oi, pessoal! Prontos pra mais um exercício de combustão?
O primeiro passo de um exercício de combustão é determinar quais os reagentes e produtos da combustão. A questão disse que e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , e são os reagentes. Os produtos secos (sem contar com o ) são: , , e . Logo, , , , e são os produtos da combustão.
onde , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão.
O enunciado quer que a gente calcule a fração mássica do pentano. Essa fração mássica é a massa de pentano dividida pela massa total dos reagentes.
A massa é a soma da massa do pentano com a massa de ar !
Pra achar e , precisamos calcular os coeficientes estequiométricos da combustão através do balanço da equação da reação do próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá a composição dos produtos é determinar a quantidade de dos produtos a partir dessa composição. Pra isso, supomos que de produtos secos são gerados. Logo, achamos os de , multiplicando os dos produtos pelos de dos produtos.
O coeficiente do também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o dos produtos secos pelos de presentes nos produtos!
O coeficiente do é calculado através da multiplicação dos pelos de .
Por fim, achamos o coeficiente do , multiplicando os de produtos pelos de dos produtos!
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos produtos! No passo seguinte, acharemos os coeficientes dos reagentes para encontrar a fração mássica depois.
Passo 3
Pra achar a quantidade de de , temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos.
Pra balancear , os de presentes nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Por fim, achamos através do balanço de oxigênio . A quantidade de oxigênio fica balanceada, quando os de dos reagentes são iguais aos de dos produtos.
Pronto! Encerramos o balanço químico da equação de combustão. Com isso, podemos calcular no próximo passo.
Passo 4
Iniciamos as contas, caculando o valor da massa total do pentano.
Pra achar , temos que multiplicar a quantidade de pentano presente na combustão pela massa molar do pentano vista em uma tabela. Logo:
Para encontrar utilizamos o mesmo método. Multiplicamos a quantidade de de ar pela massa molar do ar que vale obtida em tabelas de gases perfeitos.
Para calcular , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio . Logo, achamos somando a quantidade de de com a quantidade de de .
Substituindo na equação de :
Com esse valor, somos capazes de achar .
Agora sim podemos achar e encerrar com o exercício!
Parabéns pra gente! Depois de muito suor, achegamos na resposta da questão!
Resposta
Exercício Resolvido #5
Elaboração própria
Uma mistura de gás natural com uma análise molar de de , de e de é queimada, gerando produtos com análise molar seca: de , de e de . Sabendo que ar seco foi usado nessa queima, determine a equação de reação balanceada.
Passo 1
Fala, galera! Vamos fazer mais um exercício de combustão pra dominar o assunto?
Em um exercício de combustão temos primeiro que encontrar os reagentes e produtos da reação. A questão disse que , , e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , , e são os reagentes. Sabemos que os produtos secos (sem contar com o ) são , e . Logo, , , e são os produtos.
onde , , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação de combustão.
Quando a questão pede pra gente determinar a equação de reação balanceada, ela quer que a gente ache os valores desses coeficientes! Então vamos achar os coeficientes do combustível no passo a seguir.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível. Pra isso, assumimos que de combustível é queimado! Calcularemos, então, os de de , multiplicando pelos de .
O coeficiente de também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o de combustível pelos de presente no combustível!
Por fim, encontramos o coeficiente de , multiplicando pelos de presentes no combustível.
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos? Será que podemos supor que de produtos secos é gerado?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 3
Não podemos supor que de produtos secos é gerado, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos secos. Por isso, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Por fim, encontramos o coeficiente de , multiplicando os de produtos secos pela porcentagem de presente nesses produtos.
Agora, pra achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam, faremos o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos. Como , e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes presente nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Como, o balanço de nitrogênio serve apenas para verificar se fizemos os balanços corretamente, devemos sempre achar os coeficientes sem usar o balanço de ! Portanto, calcularemos o coeficiente no próximo passo, usando o balanço de oxigênio !
Passo 5
O balanço de oxigênio diz que de dos reagentes devem ser iguais a de presente nos produtos.
Substituindo o valor de todos os coeficientes na equação química, conseguimos determinar a equação balanceada da combustão!
Resposta
Exercício Resolvido #6
Michael A. Boles e Yunus A. Çengel, Termodinâmica, 7ª ed. Porto Alegre: AMGH EDITORA LTDA., 2013, pp. 807-15.98(a)
Um combustível gasoso com de , de e de (em mols) é queimado com ar seco que entra na câmara de combustão a e . A análise volumétrica dos produtos em base seca é de de , de , de e de . Determine (a) a razão entre a massa de ar e a massa de combustível da reação.
Passo 1
Oi, gente! Vamos entender como se resolve um exercício de combustão que pode cair na sua prova? Seria um sonho, né?
Em um exercício de combustão temos primeiro que encontrar os reagentes e produtos da reação. A questão disse que , , e ar seco (mistura de uma parte de e partes de ) reagem. Logo, , e são os reagentes. Sabemos que os produtos secos (sem contar com o ) são , , e . Logo, , , , e são os produtos.
onde , , , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação de combustão.
Esses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para encontrarmos a razão entre a massa de ar e a massa de combustível.
Essas massas são determinadas através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível. Pra isso, assumimos que de combustível é queimado! Calcularemos, então, os de de , multiplicando pelos de .
O coeficiente de também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o de combustível pelos de presente no combustível!
Por fim, encontramos o coeficiente de , multiplicando pelos de presentes no combustível.
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos? Será que podemos supor que de produtos secos é gerado?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 3
Não podemos supor que de produtos secos é gerado, porque não sabemos se a reação de de combustível vai realmente gerar de produtos secos. Por isso, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Encontramos o coeficiente de , multiplicando os de produtos secos pela porcentagem de presente nesses produtos.
Por fim, calculamos o coeficiente de de , multiplicando pelos de nos produtos secos.
Agora, pra achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam, faremos o balanço da equação química de combustão no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, temos que balancear a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos. Como , e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes presente nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Como, o balanço de nitrogênio serve apenas para verificar se fizemos os balanços corretamente, devemos sempre achar os coeficientes sem usar o balanço de ! Portanto, calcularemos o coeficiente no próximo passo, usando o balanço de oxigênio !
Passo 5
O balanço de oxigênio diz que de dos reagentes devem ser iguais a de presente nos produtos.
Substituindo o valor de todos os coeficientes na equação química, conseguimos determinar a equação balanceada da combustão!
Com a equação balanceada, somos capazes de calcular e no próximo passo!
Passo 6
Para achar a massa de ar seco que reage com o combustível, temos que multiplicar a quantidade de de ar presente nos reagentes pela massa molar do ar seco.
vale segundo tabelas de gases ideais.
Já é a soma entre os de do ar com os de do ar.
Substituindo esses valores na fórmula de , achamos:
Pronto! Já achamos uma das massas necessárias para o cálculo de ! Falta achar . A massa de combustível é calculada de forma muito parecida! Achamos , somando as massas de cada componente do combustível. Ou seja, é a soma entre a massa de com a massa de e a massa de .
, e são calculados multiplicando as quantidades de , e de , e pelas massas molares , e de , e . Essas massas molares estão contidas na tabela abaixo.
Com esses valores, calculamos a massa de combustível.
Dividindo por :
Aeeeee! Conseguimos entender o passo a passo do exercício de combustão! Realizamos nosso sonho!
Resposta
Exercício Resolvido #7
Michael J. Moran, Howard N. Shapiro, Daisie D. Boettner e Margaret B. Bailey, Princípios de Termodinâmica para Engenharia, 8ª ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018, pp. 705-13.36
Óleo combustível com uma análise em base mássica de de , de e de matéria inerte, queima com ar pra gerar produtos com a análise molar seca de de ; de de . Determine a razão entre a massa de ar e a massa de combustível em uma base mássica.
Passo 1
Oi, galerinha! Seria incrível entender como se resolve um exercício de combustão que pode cair na sua prova, não é mesmo? Com esse passo a passo seu sonho pode virar realidade!
Em um exercício de combustão temos primeiro que encontrar os reagentes e produtos da reação. A questão disse que , e ar seco reagem. Como ar é feito de e , os reagentes são: , , e . Sabemos que os produtos secos (sem contar com o ) são , e . Logo, , , e são os produtos.
onde , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação de combustão.
A matéria inerte não entrou na equação da combustão, porque ela não participa da reação.
Esses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para encontrarmos a razão entre a massa de ar e a massa de combustível.
Essas massas são determinadas através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível.
Calcularemos , supondo que de combustível é queimado. Pra isso, achamos primeiro a massa de multiplicando pelos de no combustível.
Da mesma forma, achamos a massa de , multiplicando pelos de no combustível.
Nós calculamos as massas pro caso de de combustível serem queimados, mas poderia ser qualquer quantidade de combustível! Esse valor não interfere no cálculo de !
Agora, para achar a quantidade de de nos reagentes, dividimos pela massa molar do carbono que vale .
é encontrado, dividindo pela massa molar do hidrogênio que vale segundo as tabelas termodinâmicas de gases.
Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos?
Veremos isso no próximo passo!
Passo 3
Para achar os coeficientes dos produtos, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Por fim, encontramos o coeficiente de , multiplicando os de produtos secos pela porcentagem de presente nesses produtos.
Agora, falta achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, balanceamos a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes já calculados. Como , e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes presente nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Como, o balanço de nitrogênio serve apenas para verificar se fizemos os balanços corretamente, devemos sempre achar os coeficientes sem usar o balanço de ! Portanto, calcularemos o coeficiente no próximo passo, usando o balanço de oxigênio !
Passo 5
O balanço de oxigênio diz que de dos reagentes devem ser iguais a de presente nos produtos.
Substituindo o valor de todos os coeficientes na equação química, conseguimos determinar a equação balanceada da combustão!
Com a equação balanceada, somos capazes de calcular e no próximo passo!
Passo 6
Para achar a massa de ar seco que reage com o combustível, temos que multiplicar a quantidade de de ar presente nos reagentes pela massa molar do ar seco.
vale segundo tabelas de gases ideais.
Já é a soma entre os de do ar com os de do ar.
Substituindo esses valores na fórmula de , achamos:
Pronto! Já achamos uma das massas necessárias para o cálculo de ! vale , porque consideramos anteriormente que de combustível foram queimados.
Dividindo por :
Uhuuuuuuuul! Show de bola, pessoal! Achamos o resultado que o enunciado pediu!
Resposta
Exercício Resolvido #8
Elaboração própria
Uma amostra seca de carvão apresenta a seguinte análise mássica de: de carbono , de hidrogênio , de oxigênio , de nitrogênio , de enxofre e o restante de cinzas não combustíveis.
Admita que a amostra deste carvão é queimada com ar seco, gerando produtos com análise molar seca de de , de e de .
Determine a razão entre a massa de ar e a massa de combustível necessária para essa reação ocorrer.
Passo 1
Oie, galera! Esse enunciado é cheio de informação, né? Ele fala sobre uma reação de combustão que envolve tantas moléculas que fica difícil entender quais são os reagentes e produtos. Por isso, nosso primeiro passo deve ser escrever a equação química da combustão, mostrando os reagentes e produtos sem os valores dos coeficientes estequiométricos.
O enuciado diz que , , , e reagem com ar seco que é composto por uma parte de e partes de . Como essas moléculas reagem, elas são os reagentes, certo?
O enunciado também diz que , , e são produzidos pela reação. Logo, essas moléculas são os produtos. Colocando os reagentes na esquerda e produtos na direita:
, , , , , , , , e são os coeficientes estequiométricos da equação química!
As cinzas não estão nessa equação, porque não participam da reação!
Esses coeficientes estequiométricos precisam ser encontrados para encontrarmos a razão entre a massa de ar e a massa de combustível.
Essas massas são determinadas através do balanço da equação química que começaremos a fazer no próximo passo.
Passo 2
O primeiro passo para fazer o balanço de uma equação, quando o enunciado nos dá as composições dos produtos e do combustível, é determinar os coeficientes de cada componente do combustível.
Calcularemos , supondo que de combustível é queimado. Pra isso, achamos primeiro a massa de multiplicando pelos de no combustível.
Da mesma forma, achamos a massa de , multiplicando pelos de no combustível. A massa de é encontrada, multiplicando pelos de .
Fazemos o mesmo com e . Suas massas e são calculadas, multiplicando a massa de do combustível todo pelas suas porcentagens mássicas dadas pelo enunciado.
Nós calculamos as massas pro caso de de combustível serem queimados, mas poderia ser qualquer quantidade de combustível! Esse valor não interfere no cálculo de !
Agora, para achar a quantidade de de nos reagentes, dividimos pela massa molar do carbono que vale .
é encontrado, dividindo pela massa molar do hidrogênio que vale segundo as tabelas termodinâmicas de gases.
Encontramos a quantidade de de presente no combustível, dividindo pela massa molar do que vale .
Por fim, achamos e , dividindo e pelas massas molares de e de .
Com esses coeficientes já somos capazes de achar os coeficientes restantes!
Passo 3
Para achar os coeficientes dos produtos, consideramos que de combustível gera uma quantidade desconhecida de produtos.
Dessa forma, achamos o coeficiente do , multiplicando pelos de .
O coeficiente de é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar , multiplicamos a quantidade de produtos secos pela porcentagem de presente nos produtos secos!
Por fim, encontramos o coeficiente de , multiplicando os de produtos secos pela porcentagem de presente nesses produtos.
Agora, falta achar e os coeficientes estequiométricos e que faltam no próximo passo.
Passo 4
Pra achar o valor de produtos secos gerados na combustão de de combustível, balanceamos a quantidade de carbono da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes já calculados. Como , e estão em função de , colocamos o em evidência!
Pra balancear , os de presentes presente nos reagentes precisam ser iguais aos de dos produtos. Logo:
Agora resta achar e !
Pra achar , fazemos o balanço do hidrogênio . Esse balanço nos diz que a quantidade de de dos reagentes deve ser igual à quantidade de dos produtos!
Calcularemos o coeficiente , usando o balanço de oxigênio !
O balanço de oxigênio diz que de dos reagentes devem ser iguais a de presente nos produtos.
Agora sim estamos aptos a calcular a razão entre a massa de ar e a massa de combustível no próximo passo!
Passo 5
Para achar a massa de ar seco que reage com o combustível, temos que multiplicar a quantidade de de ar presente nos reagentes pela massa molar do ar seco.
vale segundo tabelas de gases ideais.
Já é a soma entre os de do ar com os de do ar.
Substituindo esses valores na fórmula de , achamos:
Pronto! Já achamos uma das massas necessárias para o cálculo de ! vale , porque consideramos anteriormente que de combustível foram queimados.
Dividindo por :
Que coisa boa! Já chegamos ao final desse exercício! Tudo que é bom passa rápido, né?