Álcool etílico (C2 H5 OH) é queimado com 70 % de excesso de ar seco. Calcule as frações molares dos produtos formados e dos reagentes e determine a massa de água e de oxigênio contido nos produtos por unidade de massa de combustível queimado. Calcule também a razão ar/combustível.

Passo 1

Resumo do enunciado: Queimamos álcool etílico C2H5OH com 70 % de excesso de ar seco. Precisamos calcular as frações molares de reagentes e produtos, a massa de água e de oxigênio nos produtos por massa de combustível queimado e a razão ar/combustível.
Conteúdo: estequiometria de combustão, excesso de ar, composição do ar (21 % O2 + 79 % N2 em mol). Vamos usar:
  1. Equação balanceada da combustão estequiométrica,
  2. Ajuste para 70 % excesso de ar
  3. Cálculo de mols de entrada e saída
  4. Frações molares e massas.

Passo 2

Equação estequiométrica pura (sem excesso):
C2H5OH + 3,O2 longrightarrow 2,CO2 + 3,H2O
Aqui vemos que 1 mol de etanol precisa de 3 mol de O2.

Passo 3

Como temos 70 % de excesso de ar, fornecemos 1{,}7 vezes o O2 teórico:
O2, real = 1,7 times 3 = 5,1 mol
Esse ar traz também N₂ na proporção 79/21 ≃ 3,76 mol N₂ para cada mol O₂:
N2, real = 5,1 times 3,76 = 19,176 mol

Passo 4

Agora escrevemos a reação com excesso de ar:
C2H5OH + 5,1,O2 + 19,176,N2 ;longrightarrow; 2,CO2 + 3,H2O + (5,1-3),O2 + 19,176,N2
O oxigênio em excesso nos produtos é 5,1-3 = 2,1 mol.

Passo 5

Total de mols na entrada:
1 + 5,1 + 19,176 = 25,276 mol
Total de mols na saída:
2 + 3 + 2,1 + 19,176 = 26,276 mol
Frações molares dos reagentes:
xC2H5OH = 125,276, xO2 = 5,125,276, xN2 = 19,17625,276
Frações molares dos produtos:
yCO2=226,276,; yH2O=326,276,; yO2=2,126,276,; yN2=19,17626,276

Passo 6

Massa de H2O e de O2 nos produtos por mol de combustível (1 mol C2H5OH = 46 g):
  • Água: 3,mol × 18 g/mol = 54 g
  • Oxigênio: 2,1,mol × 32 g/mol = 67{,}2 g
    Logo, por grama de combustível:
5446=1,174 g H₂O/g combustível, 67,246=1,461 g O₂/g combustível íí

Passo 7

Razão ar/combustível em massa:
Massa do ar = massa de 5,1 mol O₂ + 19,176 mol N₂
mO2=5,1times32=163,2;g, mN2=19,176times28=536,9;g
Total ar = 700,1 g por 46 g de combustível ⇒
700,146=15,22 g ar/g combustível í
ou seja 15,22 kg de ar por kg de combustível.

Resposta

  • Frações molares reagentes:
    x₁(C₂H₅OH)=1/25,276; x₁(O₂)=5,1/25,276; x₁(N₂)=19,176/25,276
  • Frações molares produtos:
    y(CO₂)=2/26,276; y(H₂O)=3/26,276; y(O₂)=2,1/26,276; y(N₂)=19,176/26,276
  • Massa de água nos produtos: 1,174 g H₂O por g combustível
  • Massa de oxigênio nos produtos: 1,461 g O₂ por g combustível
  • Razão ar/combustível (m/m): 15,22 kg ar / kg combustível

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