O etano é queimado a 30 % em excesso de ar. A percentagem de conversão do etano é 90 %. Do etano queimado, 25 % reagem para formar CO e o restante forma CO2. Calcule as frações do gás de chaminé em base seca e a razão mols de H 2 O / mols de gás chaminé seco. Lembrando que o ar teórico é a quantidade de ar necessária para que ocorra a combustão completa e a queima total do combustível.

Passo 1

Beleza, vamos resumir o que tá rolando:
Você tem 1 mol de etano (C₂H₆) queima com 30 % de ar em excesso e só 90 % dele reage. Dessas 90 % que reagiram, 25 % vai pra CO e o resto vira CO₂.
Conteúdo: reações de combustão, estequiometria e balancinho de mols.
O que vamos precisar:
  • Escrever as reações de combustão completa e incompleta do etano
  • Calcular o O₂ teórico, achar o O₂ real (com 30 % excesso)
  • Distribuir a reação (90 % reage, 10 % fica sem queimar)
  • Contar mols de produtos e reagentes finais
  • Calcular frações molares no gás seco e a razão H₂O/(gás seco)

Passo 2

Escolhi base de 1 mol de C₂H₆ alimentado.
Reações:
  1. Combustão completa:
C2H6 + tfrac72,O2 longrightarrow 2,CO2 + 3,H2O
  1. Combustão incompleta (gera CO):
C2H6 + 2,5,O2 longrightarrow 2,CO + 3,H2O

Passo 3

O₂ teórico p/ 1 mol C₂H₆ é 3,5 mol (da reação completa).
Ar teórico corresponderia a 3,5 mol O₂ + (3,5×3,76) mol N₂ = 3,5 O₂ + 13,16 N₂ = 16,66 mol ar.
Com 30 % de excesso, o O₂ real = 1,3×3,5 = 4,55 mol O₂ e o N₂ real = 4,55×3,76 = 17,108 mol N₂.

Passo 4

Só 90 % do etano queima (0,9 mol), 10 % (0,1 mol) fica sem queimar.
Dessas 0,9 mol:
  • 25 % → CO: 0,9×0,25 = 0,225 mol C₂H₆ reage na rota do CO
  • 75 % → CO₂: 0,9×0,75 = 0,675 mol C₂H₆ reage na rota do CO₂

Passo 5

Agora vamos ver quantos mols de O₂ consome cada rota:
  • Para CO: 0,225×2,5 = 0,5625 mol O₂
  • Para CO₂: 0,675×3,5 = 2,3625 mol O₂
    Total O₂ consumido = 2,925 mol.
    Logo sobra de O₂ no gás:
4,55;-;2,925 ;=;1,625;mol O₂

Passo 6

Montando o balanço final de mols (gás úmido):
  • CO₂: 0,675×2 = 1,35 mol
  • CO: 0,225×2 = 0,45 mol
  • H₂O: (0,225+0,675)×3 = 2,7 mol
  • O₂ (excesso): 1,625 mol
  • N₂: 17,108 mol
  • C₂H₆ não reagido: 0,1 mol
Total mols gás úmido = 1,35 + 0,45 + 2,7 + 1,625 + 17,108 + 0,1 = 23,333 mol.

Passo 7

Gás seco: tira a água, fica
1,35 + 0,45 + 1,625 + 17,108 + 0,1 = 20,633 mol.
Frações molares no seco:
yCO2=1,3520,633approx0,0654 yCO=0,4520,633approx0,0218
yO2=1,62520,633approx0,0788 yN2=17,10820,633approx0,8291 yC2H6=0,120,633approx0,0048
Razão molar H₂O / gás seco =
2,720,633approx0,131

Resposta

Frações molares no gás de chaminé, base seca:
y(CO₂)=0,0654
y(CO)=0,0218
y(O₂)=0,0788
y(N₂)=0,8291
y(C₂H₆)=0,0048
Razão mol H₂O / mol de gás seco = 0,131

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