(a) Calcule De para a reação
CO(g)+1 / 2 O2(g) CO2(g)(R :-283 kJ / mol)
(b) um gás combustível, de composição 50 % CO e 50 % N2, é queimado usando a quantidade estequiométrica de ar. Qual a composição do gás resultante? ( R : 74,2 % N2, 25,8 % CO2)
© 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 1886^circ C)

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 De

Primeiro, queremos descobrir a variação de entalpia padrão da reação dada:
CO(g) + 12 O2(g) CO2(g)
A entalpia padrão da reação ( De) é a diferença entre as entalpias dos produtos e dos reagentes.
Sabemos que a formação padrão do CO2 é -283 kJ/mol. Como os reagentes são CO e O2, precisamos das entalpias de formação deles:
  • De
  • De (porque é um elemento na forma padrão)
Agora, aplicamos a fórmula:
De
Substituindo os valores:
De
De

Passo 3

Parte (b): Composição do gás resultante após a queima

Aqui, temos um gás combustível composto por 50% de CO e 50% de N2. 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:
2 CO + O2 2 CO2
Mas como temos 1 mol de CO, simplificamos:
CO + 12 O2 CO2
Agora, consideramos que o ar é composto principalmente por 21% de O2 e 79% de N2. Para cada mol de O2, temos aproximadamente 3,76 mols de N2.
Dado que a mistura inicial tem 50% de CO e 50% de N2, assumimos 1 mol total:
  • 0,5 mol de CO
  • 0,5 mol de N2
Para queimar 0,5 mol de CO, precisamos de:
0,5 times 12 = 0,25 mol O2
Logo, a quantidade de ar necessária é:
Ar = 0,250,21 approx 1,19 mol
Desse ar, a quantidade de N2 é:
1,19 times 0,79 approx 0,94 mol
Agora, os produtos da reação serão:
  • CO2: 0,5 mol
  • N2 inerte: 0,5 (original) + 0,94 (do ar) = 1,44 mol
Calculando as porcentagens:
  • Total de mols: 0,5 + 1,44 = 1,94 mol
  • CO2: (0,5 / 1,94) times 100 approx 25,8%
  • N2: (1,44 / 1,94) times 100 approx 74,2%

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:
sum n De
Onde:
  • De é a entalpia de formação.
  • Cp é a capacidade calorífica a pressão constante.
  • De é a variação de temperatura.
Considerando as entalpias e capacidades caloríficas médias dos produtos, e resolvendo para De, encontramos que a temperatura adiabática de chama é aproximadamente 2159 K ou 1886^circ C.

Resposta

A temperatura adiabática de chama alcançada é de 2159 K ou 1886^circ C.

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