Exercícios Resolvidos de Balanço de Equações de Combustão

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Enunciado

Em uma reação de combustão, 4   k m o l de etanol C 2 H 5 O H reagem com ar seco, formando gás carbônico C O 2 , água H 2 O , nitrogênio N 2 e 6   k m o l de oxigênio O 2 . Determine a razão entre a quantidade de k m o l de ar e a quantidade de k m o l de combustível dessa reação de combustão.

Passo 1

Oi, galera bonita! Vamos direto ao ponto para resolver logo esse exercício!

O enunciado quer que a gente determine a razão A C entre a quantidade n a r de k m o l de ar e a quantidade n c o m b de k m o l de combustível presentes na combustão. Como o combustível é o octano, o n c o m b já foi informado e vale 4   k m o l .

A C = n a r n c o m b

A C = n a r 4

Para calcular n a r , temos que lembrar de uma informação! Quando utilizamos o O 2 presente no ar seco para realizar uma reação combustão, ele vem junto com nitrogênio N 2 . Logo, achamos n a r somando a quantidade a de k m o l de O 2 com a quantidade b de k m o l de N 2 .

n a r = a + b

Pra determinar o valor de a e b , precisamos escrever a equação química da reação de combustão que o enunciado descreveu. O enunciado diz que 4   k m o l de C 2 H 5 O H reagem com a   k m o l de O 2 e b k m o l de N 2 para formar c   k m o l de C O 2 , d   k m o l de H 2 O , e   k m o l de N 2 e 6   k m o l de O 2 .

4   C 2 H 5 O H + a   O 2 + b   N 2 ⏟ r e a g e n t e s ⟶ c   C O 2 + d   H 2 O + e   N 2 + 6   O 2 ⏟ p r o d u t o s

Escrever a equação química da reação é a mesma coisa que colocar os reagentes a esquerda da seta e os produtos a direita da seta e determinar os coeficientes estequiométricos a , b , c , d e e da equação! Para achar a , b , c , d e e faremos o balanço da equação química no próximo passo!

Passo 2

A primeira informação que precisamos lembrar quando fazemos o balanço da combustão com ar seco é que a cada k m o l de O 2 presente no ar, existem 3,76   k m o l de N 2 presentes no ar. Ou seja, a quantidade b de k m o l do N 2 é 3,76 maior que a quantidade a de k m o l do O 2 !

b = 3,76   a

4   C 2 H 5 O H + a   O 2 + 3,76   a   N 2 ⏟ r e a g e n t e s ⟶ c   C O 2 + d   H 2 O + e   N 2 + 6   O 2 ⏟ p r o d u t o s

Agora só precisamos achar o valor de a pra descobrir n a r ! Pra isso, temos que achar os coeficientes c e d ! Achamos c através do balanço do carbono C . Para a quantidade de carbono ficar balanceada, a quantidade c de k m o l de C presente nos produtos tem que ser igual à quantidade 4 × 2   k m o l de C presente nos reagentes.

c = 4 × 2

c = 8   k m o l

4   C 2 H 5 O H + a   O 2 + 3,76   a   N 2 ⏟ r e a g e n t e s ⟶ 8   C O 2 + d   H 2 O + e   N 2 + 6   O 2 ⏟ p r o d u t o s

Pronto! Achamos c ! Agora resta encontrar d e a ! Faremos isso no próximo passo!

Passo 3

d é encontrado por meio do balanço de hidrogênio H . Nos produtos, existem 2 d   k m o l de H que precisam ser iguais aos 4 × 6   k m o l de H nás moléculas de C 2 H 5 O H dos reagentes.

2 d = 4 × 6

d = 12   k m o l

4   C 2 H 5 O H + a   O 2 + 3,76   a   N 2 ⏟ r e a g e n t e s ⟶ 8   C O 2 + 12   H 2 O + e   N 2 + 6   O 2 ⏟ p r o d u t o s

Para finalmente achar a , temos que fazer o balanço de oxigênio! Ou seja, 2 a   k m o l de O presente em O 2 dos reagentes mais 4   k m o l de O presente em C 2 H 5 O H têm que ser iguais a 8 × 2   k m o l de O nas moléculas de C O 2 mais 12   k m o l de O nas moléculas de H 2 O , mais 6 × 2   k m o l de O nas molécilas de O 2 .

2 a + 4 = 8 × 2 + 12 + 6 × 2

a = 18   k m o l

Com esse valor, achamos b .

b = 3,76   a

b = 3,76 × 18

b = 67 , 68   k m o l

4   C 2 H 5 O H + 18   O 2 + 67 , 68   N 2 ⏟ r e a g e n t e s ⟶ 8   C O 2 + 12   H 2 O + e   N 2 + 6   O 2 ⏟ p r o d u t o s

Substituindo a e b na equação de k m o l de ar, achamos n a r .

n a r = a + b

n a r = 18 + 67 , 68 = 85 , 68   k m o l

Substituindo n a r na equação de A C :

A C = n a r 4

A C = 85 , 68 4

A C = 21 , 42   k m o l   d e   a r k m o l   d e   c o m b .

Show of ball, galera! Mais um exercício pra conta!

Resposta

A C = 21 , 42   k m o l   d e   a r k m o l   d e   c o m b .

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