Butano é queimado com ar. Não há formação de CO nos produtos de combustão. Calcule a composição molar do produto gasoso para cada um dos três casos seguintes:
é fornecido ar teórico e
de conversão de butano
é fornecido ar teórico e
Passo 1
Beleza, o exercício pede pra gente queimar butano (C₄H₁₀) com ar teórico, sem gerar CO, e com 100% de conversão do butano. Isso é um problema de estequiometria de combustão: vamos precisar balancear a reação, calcular quanto de ar entra e quais produtos saem, e no final achar a fração molar de cada componente no gás de saída.
Passo 2
Balanceando a reação de combustão completa do butano com oxigênio:
– Cada carbono vira CO₂, então
– Cada 10 hidrogênios formam 5 H₂O, então
Agora conta os átomos de O no produto:
– CO₂ tem
– H₂O tem
Total de átomos de O = 8+5 = 13, ou seja, 6,5 moléculas de O₂.
Logo a reação balanceada é:
Passo 3
Como o ar é teórico, usamos exatamente a quantidade de O₂ requisitada. No ar seco típico tem 3,76 mol de N₂ para cada 1 mol de O₂.
Então a quantidade de nitrogênio que entra junto é
Então a quantidade de nitrogênio que entra junto é
A reação completa com ar fica:
Passo 4
Agora conta quantos mols de produto a gente tem por 1 mol de butano:
– CO₂: 4 mol
– H₂O: 5 mol
– N₂: 24,44 mol
Total de mols de gás = 4 + 5 + 24,44 = 33,44 mol
– CO₂: 4 mol
– H₂O: 5 mol
– N₂: 24,44 mol
Total de mols de gás = 4 + 5 + 24,44 = 33,44 mol
Passo 5
Fração molar de cada componente é mol componente dividido pelo total:
Não sobra O₂ porque foi ar teórico.
Resposta
Fração molar no gás de exaustão (ar teórico, 100% de conversão):
y_CO₂ ≈ 0,1196
y_H₂O ≈ 0,1496
y_N₂ ≈ 0,7310
y_CO₂ ≈ 0,1196
y_H₂O ≈ 0,1496
y_N₂ ≈ 0,7310