Exercícios Resolvidos de Composição dos Produtos

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Enunciado

Em uma reação de combustão, etanol C 2 H 5 O H reage com ar seco, formando 10   k m o l de produtos secos com a seguinte análise molar: 82,86   % de N 2 , 9,79   % de C O 2 e 7,35   % de O 2 . 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 C 2 H 5 O H e ar seco (mistura de uma parte de O 2 e 3,76 partes de N 2 ) reagem. Logo, C 2 H 5 O H , N 2 e O 2 são os reagentes. Os produtos secos (sem contar com o H 2 O ) são: N 2 , O 2 e C O 2 . Logo, N 2 , O 2 , C O 2 e H 2 O são os produtos.

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

onde a , b , c , d , e e f são os coeficientes estequiométricos da equação química da combustão.

Para calcular a massa de ar m a r , temos que multiplicar a quantidade n a r de k m o l de ar presente na reação pela massa molar do ar M a r .

m a r = n a r M a r

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 b de k m o l de O 2 com a quantidade 3,76   b de k m o l de N 2 .

n a r = b + 3,76 b = 4,76 b

Para calcular o valor de b e encontrar m a r , 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 k m o l dos produtos a partir dessa composição. Calcularemos, então, a quantidade d de k m o l de C O 2 multiplicando os 10   k m o l dos produtos secos pelos 9,79   % de C O 2 presentes nos produtos secos.

d = 9,79 100 × 10 = 0,979   k m o l

O coeficiente e do O 2 também pode ser determinado dessa forma. Por isso, multiplicamos o 10   k m o l dos produtos secos pelos 7,35   % de O 2 presentes nos produtos!

e = 7,35 100 × 10 = 0,735   k m o l

Por fim, achamos o coeficiente c do N 2 , multiplicando os 10   k m o l de produtos pelos 82,86   % de N 2 dos produtos!

c = 82,86 100 × 10 = 8,286   k m o l

Beleza! Achamos um monte de coeficiente dos produtos! No passo seguinte, acharemos os coeficientes dos reagentes para encontrar m a r depois.

Passo 3

Pra achar a quantidade a de k m o l de C 2 H 5 O H , temos que balancear a quantidade de carbono C da equação abaixo. A equação abaixo mostra os coeficientes que já calculamos.

a   C 2 H 5 O H + b   O 2 + 3,76   N 2 ⟶ 8,286   N 2 + 0,979   C O 2 + 0,735   O 2 + f   H 2 O

Pra balancear C , os 2 a   k m o l de C presentes nos reagentes precisam ser iguais aos 0,979   k m o l de C dos produtos. Logo:

2 a = 0,979

a = 0,4895   k m o l

Agora resta achar f e b !

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

2 f = 6 a

2 f = 6 × 0,4895

f = 1,4685   k m o l

Por fim, achamos b através do balanço de oxigênio O . A quantidade de oxigênio fica balanceada, quando os a + 2 b   k m o l de O dos reagentes são iguais aos 2 × 0,979 + 2 × 0,735 + f   k m o l de O dos produtos.

a + 2 b = 2 × 0,979 + 2 × 0,735 + f

0,4895 + 2 b = 2 × 0,979 + 2 × 0,735 + 1,4685

b = 2,2035   k m o l

Pronto! Encerramos o balanço químico da equação de combustão. Com isso, podemos calcular m a r no próximo passo.

Passo 4

Substituindo o valor de b que encontramos na fórmula de n a r :

n a r = 4,76 b

n a r = 4,76 × 2,2035

n a r = 10,489   k m o l

Pra achar m a r , temos que ver o valor da massa molar do ar M a r em uma tabela. M a r vale 28,97   k g / k m o l . Logo:

m a r = n a r M a r

m a r = 10,489 × 28,97 = 303,9   k g

Shooooow! Achamos o valor da massa de ar! Toca aqui!

Resposta

m a r = 303,9   k g

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