Beleza, vamos lá! O exercício trata da combustão de um gás de alto-forno e envolve conceitos de estequiometria, composição de gases pós-combustão e temperatura adiabática de chama. Para resolver as questões, vamos precisar entender como balancear reações químicas, calcular a quantidade de produtos formados e determinar a temperatura resultante da combustão sem troca de calor com o ambiente.
Passo 2
Primeiro, vamos analisar a composição do gás de alto-forno que temos:
CO: 12%
: 24%
: 4%
: 60%
Esses porcentuais representam a fração molar dos componentes no gás.
Passo 3
Para a combustão, precisamos balancear a reação química de cada componente combustível com o oxigênio presente no ar. O ar é composto principalmente por nitrogênio (≈79%) e oxigênio (≈21%). Vamos supor uma quantidade estequiométrica de ar, ou seja, a quantidade exata de ar necessária para queimar completamente os combustíveis sem sobrar oxidante ou combustível.
Passo 4
Vamos balancear as reações de combustão para cada componente:
Combustão do CO:
Combustão do :
não reage mais na combustão porque já está na forma oxidada.
Passo 5
Agora, vamos calcular a quantidade de oxigênio necessária para cada reação com base nas porcentagens fornecidas:
Para CO: 12% do gás.
Cada 2 moles de CO consomem 1 mol de .
Para : 4% do gás.
Cada 2 moles de consomem 1 mol de .
Passo 6
Calculando o total de oxigênio necessário:
CO: 12% / 2 = 6% de
: 4% / 2 = 2% de
Total de necessário = 6% + 2% = 8%
Passo 7
Como o ar contém aproximadamente 21% de , a quantidade de ar necessária para fornecer 8% de é:
Passo 8
Agora, distribuindo os produtos após a combustão:
: Originalmente 24% + 12% queimada = 36%
: 4% convertida em 2% de = 2%
: A maior parte do ar é nitrogênio, então vamos calcular:Porém, normalizamos para 100%, então:Assim, total = 60% + 3,76 × 21% ≈ 60% + 79,0% ≈ 139%
Passo 9
Finalmente, ajustando as porcentagens para que a soma seja 100%:
Resposta
Após a queima do gás com a quantidade estequiométrica de ar seco a 298 K, a composição do gás resultante é aproximadamente 27,7% de CO2, 3,07% de H2O e 69,26% de N2.