Exercícios Resolvidos de Composição dos Produtos

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Enunciado

Uma mistura de gás natural com uma análise molar de 60 % de C H 4 , 30 % de C 2 H 6 e 10 % de N 2 é queimada, gerando produtos com análise molar seca: 10,08 % de C O 2 , 3,78 % de O 2 e 86,14 % de N 2 . 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 C H 4 , C 2 H 6 , N 2 e ar seco (mistura de uma parte de O 2 e 3,76 partes de N 2 ) reagem. Logo, C H 4 , C 2 H 6 , N 2 e O 2 são os reagentes. Sabemos que os produtos secos (sem contar com o H 2 O ) são N 2 , C O 2 e O 2 . Logo, N 2 , C O 2 , O 2 e H 2 O são os produtos.

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

onde a , b , c , d , e , f , g e h 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 1   k m o l de combustível é queimado! Calcularemos, então, os a de k m o l de C H 4 , multiplicando 1   k m o l pelos 60   % de C H 4 .

a = 60 100 × 1 = 0,6   k m o l

O coeficiente b de C 2 H 6 também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o 1   k m o l de combustível pelos 30   % de C 2 H 6 presente no combustível!

b = 30 100 × 1 = 0,3   k m o l

Por fim, encontramos o coeficiente c de N 2 , multiplicando 1   k m o l pelos 10 % de N 2 presentes no combustível.

c = 10 100 × 1 = 0,1   k m o l

Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos reagentes! Mas como podemos calcular os coeficientes dos produtos? Será que podemos supor que 1   k m o l de produtos secos é gerado?

Veremos isso no próximo passo!

Passo 3

Não podemos supor que 1   k m o l de produtos secos é gerado, porque não sabemos se a reação de 1   k m o l de combustível vai realmente gerar 1   k m o l de produtos secos. Por isso, consideramos que 1   k m o l de combustível gera uma quantidade desconhecida x de produtos.

Dessa forma, achamos o coeficiente e do C O 2 , multiplicando x pelos 10,08   % de C O 2 .

e = 10,08 100 × x = 0,1008 x

O coeficiente f de N 2 é encontrado de forma bem parecida! Pra encontrar f , multiplicamos a quantidade x de produtos secos pela porcentagem 86,14 % de N 2 presente nos produtos secos!

f = 86,14 100 × x = 0,8614 x

Por fim, encontramos o coeficiente g de O 2 , multiplicando os x   k m o l de produtos secos pela porcentagem 3,78 % de O 2 presente nesses produtos.

g = 3,78 100 × x = 0,0378 x

Agora, pra achar x e os coeficientes estequiométricos d e h que faltam, faremos o balanço da equação química de combustão no próximo passo.

Passo 4

Pra achar o valor x de produtos secos gerados na combustão de 1   k m o l de combustível, temos que balancear a quantidade de carbono C da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos. Como e , f e g estão em função de x , colocamos o x em evidência!

Pra balancear C , os 0,6 + 2 × 0,3   k m o l de C presentes presente nos reagentes precisam ser iguais aos 0,1008 x   k m o l de C dos produtos. Logo:

0,6 + 0,3 × 2 = 0,1008 x

x = 11,9048   k m o l

Agora resta achar h e d !

Pra achar h , fazemos o balanço do hidrogênio H . Esse balanço nos diz que a quantidade 0,6 × 4 + 0,3 × 6 de k m o l de H dos reagentes deve ser igual à quantidade 2 h de k m o l dos produtos!

2 h = 0,6 × 4 + 0,3 × 6

h = 2,1   k m o l

Como, o balanço de nitrogênio serve apenas para verificar se fizemos os balanços corretamente, devemos sempre achar os coeficientes sem usar o balanço de N ! Portanto, calcularemos o coeficiente d no próximo passo, usando o balanço de oxigênio O !

Passo 5

O balanço de oxigênio O diz que 2 d   k m o l de O dos reagentes devem ser iguais a 2 × 0,1008 x + 2 × 0,0378 x + h   k m o l de O presente nos produtos.

2 d = 2 × 0,1008 x + 2 × 0,0378 x + h

2 d = 2 × 0,1008 × 11,9048 + 2 × 0,0378 × 11,9048 + 2,1

d = 2,7   k m o l

Substituindo o valor de todos os coeficientes na equação química, conseguimos determinar a equação balanceada da combustão!

Passo 6

Resposta

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