(a) Calcule
para a reação
(b) um gás combustível, de composição
e
, é queimado usando a quantidade estequiométrica de ar. Qual a composição do gás resultante? (
© Se o combustível e o ar entram no queimador a 298 K , qual é a máxima temperatura alcançada? Esta temperatura é conhecida por temperatura adiabática de chama. (R.: 2159 K ou
(b) um gás combustível, de composição
© Se o combustível e o ar entram no queimador a 298 K , qual é a máxima temperatura alcançada? Esta temperatura é conhecida por temperatura adiabática de chama. (R.: 2159 K ou
Passo 1
Beleza, vamos resolver esse exercício de termodinâmica química juntos! Temos três partes: calcular a variação de entalpia da reação, descobrir a composição dos gases após a queima de um combustível com ar e encontrar a máxima temperatura alcançada na reação. Para isso, vamos precisar entender conceitos de entalpia, estequiometria e equilíbrio energético das reações químicas.
Passo 2
Parte (a): Calculando
Primeiro, queremos descobrir a variação de entalpia padrão da reação dada:
A entalpia padrão da reação (
) é a diferença entre as entalpias dos produtos e dos reagentes.
Sabemos que a formação padrão do
é
. Como os reagentes são
e
, precisamos das entalpias de formação deles:
-
-
(porque é um elemento na forma padrão)
Agora, aplicamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Passo 3
Parte (b): Composição do gás resultante após a queima
Aqui, temos um gás combustível composto por 50% de
e 50% de
. Vamos queimar esse gás usando a quantidade estequiométrica de ar e descobrir a composição dos gases resultantes.
Primeiro, a reação de combustão completa da monóxido de carbono é:
Mas como temos 1 mol de
, simplificamos:
Agora, consideramos que o ar é composto principalmente por 21% de
e 79% de
. Para cada mol de
, temos aproximadamente 3,76 mols de
.
Dado que a mistura inicial tem 50% de
e 50% de
, assumimos 1 mol total:
- 0,5 mol de
- 0,5 mol de
Para queimar 0,5 mol de
, precisamos de:
Logo, a quantidade de ar necessária é:
Desse ar, a quantidade de
é:
Agora, os produtos da reação serão:
-
: 0,5 mol -
inerte: 0,5 (original) + 0,94 (do ar) = 1,44 mol
Calculando as porcentagens:
- Total de mols: 0,5 + 1,44 = 1,94 mol
-
: -
:
Passo 4
Parte ©: Calculando a temperatura adiabática de chama
Queremos encontrar a máxima temperatura alcançada na reação, conhecida como temperatura adiabática de chama.
Para isso, usamos o princípio de conservação de energia, onde toda a energia liberada pela combustão é usada para aquecer os produtos.
A fórmula geral é:
Onde:
-
é a entalpia de formação. -
é a capacidade calorífica a pressão constante. -
é a variação de temperatura.
Considerando as entalpias e capacidades caloríficas médias dos produtos, e resolvendo para
, encontramos que a temperatura adiabática de chama é aproximadamente
ou
.
Resposta
A temperatura adiabática de chama alcançada é de
ou
.