Exercícios Resolvidos de Composição dos Produtos

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Enunciado

Uma mistura de gás natural com uma análise molar de 80 % de C H 4 e 20 % de C O 2 é queimada completamente com ar seco. Essa queima gera produtos secos com a seguinte análise molar: 85,75   % de N 2 e 14,25   % de C O 2 . 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 C H 4 , C O 2 e ar seco (mistura de uma parte de O 2 e 3,76 partes de N 2 ) reagem. Logo, C H 4 , C O 2 , N 2 e O 2 são os reagentes. Também sabemos que os produtos secos (sem contar com o H 2 O ) são N 2 e C O 2 . Logo, N 2 , C O 2 e H 2 O são os produtos.

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

a , b , c , d , e e f 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 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 80   % de C H 4 .

a = 80 100 × 1 = 0,8   k m o l

O coeficiente b do C O 2 também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o 1   k m o l de combustível pelos 20   % de C O 2 presente no combustível!

b = 20 100 × 1 = 0,2   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 14,25   % de C O 2 .

e = 14,25 100 × x = 0,1425 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 85,75   % de N 2 presente nos produtos secos!

f = 85,75 100 × x = 0,8575 x

Agora, pra achar x e os coeficientes estequiométricos c e d 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 e f estão em função de x , colocamos o x em evidência!

0,8   C H 4 + 0,2   C O 2 + c   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ d   H 2 O + x   0,1425   C O 2 + 0,8575   N 2

Pra balancear C , os 0,8   k m o l de C presentes em C H 4 mais os 0,2   k m o l de C presentes em C O 2 dos reagentes precisam ser iguais aos 0,1425 x   k m o l de C dos produtos. Logo:

0,2 + 0,8 = 0,1425 x

x = 7,0175   k m o l

Agora resta achar c e d !

Pra achar d , fazemos o balanço do hidrogênio H . Esse balanço nos diz que a quantidade 0,8 × 4 de k m o l de H dos reagentes deve ser igual à quantidade 2 d de k m o l dos produtos!

2 d = 0,8 × 4

d = 1,6   k m o l

Você pode achar que o coeficiente c pode ser encontrado de duas formas: ou fazendo o balanço do oxigênio O ou fazendo o balanço do nitrogênio N . 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 N !

Então vamos usar o balanço de oxigênio O pra calcular c .

Esse balanço diz que 0,2 × 2   k m o l de O do C O 2 dos reagentes mais 2 c   k m o l de O do O 2 devem ser iguais aos 2 × 0,1425 x de O presente nos produtos.

0,2 × 2 + 2 c = 2 × 0,1425 x

0,2 × 2 + 2 c = 2 × 0,1425 × 7,0175

c = 0,8000

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

0,8   C H 4 + 0,2   C O 2 + 0,8   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ 1,6   H 2 O + 7,0175   0,1425   C O 2 + 0,8575   N 2

Passo 5

Resposta

0,8   C H 4 + 0,2   C O 2 + 0,8   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ 1,6   H 2 O + 7,0175   0,1425   C O 2 + 0,8575   N 2

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