Calcule a análise do gás de combustão quando metano é queimado com uma deficiência de 5 % de ar estequiométrico.

Passo 1

Beleza, vamos lá. O problema diz: “Calcule a análise do gás de combustão quando metano é queimado com uma deficiência de 5 % de ar estequiométrico.”
Conteúdo: reação de combustão estequiométrica, conceito de deficiência de ar e como achar a composição do gás de saída (frações molares). A gente vai precisar escrever a reação ideal, achar o ar teórico, reduzir 5 % desse ar, achar qual é o reagente limitante e, por fim, calcular quantos mols de cada produto aparecem e as frações molares.

Passo 2

Reação estequiométrica completa (sem excesso nem falta de ar):
CH4 + 2,O2 + 2times3,76,N2 ;longrightarrow; CO2 + 2,H2O + 7,52,N2
– Aqui 2 mol de O₂ vêm do ar e cada mol de O₂ do ar traz 3,76 mol de N₂ (número padrão para ar seco).

Passo 3

A gente precisa achar o ar teórico e depois reduzir 5 % dele:
  • O₂ teórico é 2 mol para cada 1 mol de CH₄.
  • Então “ar teórico” = 2 mol O₂ + 7,52 mol N₂.
  • Com deficiência de 5 %, a gente fornece só 95 % disso:
O2, real = 0,95 times 2 = 1,90 mol N2, real = 0,95 times 7,52 = 7,144 mol

Passo 4

Como há menos O₂ do que o necessário (1,90 mol < 2,00 mol), o O₂ é reagente limitante.
  • Cada mol de CH₄ queimado gasta 2 mol de O₂.
  • Com 1,90 mol de O₂ dá para queimar 2,x = 1,90 Rightarrow x=0,95 mol de CH₄ queimado mol de CH₄: 0,95,mol CO2 e 2times0,95 = 1,90,mol H2O
  • Isso produz: 1 - 0,95 = 0,05 mol de CH₄
  • CH₄ restante (não queimado):
  • Não sobra O₂. O N₂ do ar só passa batido, inteiro nos produtos: 7,144 mol.

Passo 5

Calcula o total de mols de produto e as frações molares ntot = 0,95 + 1,90 + 0,05 + 7,144 = 10,044 mol :
yCO2 &= 0,9510,044 = 0,0946 (9,46%) yH2O &= 1,9010,044 = 0,1893 (18,93%) yCH4 &= 0,0510,044 = 0,0050 (0,50%) yN2 &= 7,14410,044= 0,7116 (71,16%) yO2 &= 0

Resposta

A análise do gás de combustão (frações molares) é:
CO₂ ≃9,46 %, H₂O ≃18,93 %, CH₄ ≃0,50 %, N₂ ≃71,16 %, O₂ = 0 %.

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