Estimar as combustões completa e incompleta da mistura equimolar de n-pentano, n-hexano, n-heptano e n-octano.
Passo 1
O enunciado pede: estimar as combustões — completa e incompleta — de uma mistura equimolar de n-pentano, n-hexano, n-heptano e n-octano.
Informações dadas (peguei do enunciado):
Informações dadas (peguei do enunciado):
- Mistura equimolar: a fração molar de cada componente é
. - Componentes:
.
O que vou entregar como estimativa:
- As reações globais balanceadas para 1 mol da mistura (uso 1 mol da mistura composta por
mol de cada hidrocarboneto). - A quantidade de
necessária (mol por mol de mistura) para combustão completa (tudo vira ) e para um caso de combustão “incompleta” assumindo conversão a em vez de (extremo típico de falta de oxigênio). - A quantidade de ar estequiométrico correspondente (uso
mol de por mol de ar) e a razão ar/combustível em massa (uso massas molares aproximadas inteiras: , , , ).
Passo 2
Como determinar o oxigénio estequiométrico para um alcano genérico.
Considere um alcano linear
. A combustão completa (todo carbono vira
e todo hidrogénio vira
) escreve-se:
Balanceando o oxigénio: átomos de O no produto =
(de
) +
(de
) =
. Cada
tem 2 átomos de O, logo
Para o caso extremo de combustão incompleta onde todo carbono vira
(e não
):
Átomos de O no produto =
(de
) +
(de
) =
, logo
Explicação curta das variáveis:
-
= número de átomos de carbono do alcano. -
= mols de necessários por mol de alcano na combustão completa. -
= mols de necessários por mol de alcano quando todo C forma .
Passo 3
Calcular
e
para cada componente (uso
).
Para
(
):
Para
(
):
Para
(
):
Para
(
):
Interpretação: cada valor
é mol de
por mol do respectivo alcano se tudo virar
; cada
é mol de
se todo carbono virar
.
Passo 4
Passar para a mistura equimolar. Trabalho com 1 mol da mistura que contém
mol de cada hidrocarboneto.
O
total para combustão completa (somando as contribuições ponderadas):
Produtos (mols de
e
) para a mistura:
-
: . -
: .
Escrevendo a reação global (combustão completa) para 1 mol da mistura:
Passo 5
Combustão incompleta (todo carbono convertido a CO) para 1 mol da mistura.
O
total neste caso:
Produtos:
-
: (mesmo número de átomos de C). -
: (mesmo que antes).
Reação global (incompleta → CO):
Passo 6
Converter
necesário em ar e calcular razão ar/combustível em massa.
Dados usados:
- Fração molar de
no ar: . Logo mols de ar = mols /0,21. - Massas molares aproximadas (inteiras) usadas:
-
, -
, -
, -
.
-
- Massa molar média da mistura (1 mol da mistura =
mol de cada):
- Massa molar do ar (média):
.
Calculando para combustão completa:
- Mols de ar estequiométrico:
- Massa de ar por mol de mistura:
- Razão ar/combustível (massa):
Calculando para combustão incompleta (CO):
- Mols de ar:
- Massa de ar:
- Razão ar/combustível (massa):
Resposta
Combustão completa (1 mol da mistura):
Necessita
por mol de mistura
. Razão ar/combustível (massa)
.
Combustão incompleta (todo C como CO, 1 mol da mistura):
Necessita
por mol de mistura
. Razão ar/combustível (massa)
.