Um motor queima uma mistura estequiométrica de combustível em oxigênio líquido. A câmara de combustão é cilíndrica, com 100 cm de comprimento e 25 cm de raio. O processo produz
de gases de exaustão. Se a combustão for completa, encontre as taxas de reação de hidrogênio e oxigênio (
e O
).
Passo 1
Dados do enunciado (vou listar tudo explicitamente para a gente não se perder):
A reação dada (precisamos balanceá‑la):
Massas atômicas fornecidas:
O que o problema pede:
Observação: o enunciado diz “combustão estequiométrica” e “combustão completa”, ou seja, todo o combustível e oxidante reagem na proporção estequiométrica e o produto é exclusivamente água. A partir daqui começamos a resolução.
Passo 2
Balanceamento da reação e razões estequiométricas (a parte teórica básica).
Primeiro balanceamos a equação química corretamente. A forma balanceada é
Primeiro balanceamos a equação química corretamente. A forma balanceada é
Explicando: o balanceamento garante conservação de átomos. A equação balanceada diz que para cada
mol de
consumidos forma‑se
mol de
; ou seja, a razão molar é
Aqui
representa número de mols (ou taxa molar quando falamos em mol/s). Em palavras: 1 mol de
gera 1 mol de
; 1 mol de
gera 2 mol de
.
Passo 3
Calcular massas molares (fórmula e aplicação).
Massa molar de cada espécie (em ):
Massa molar de cada espécie (em
Explicação didática: multiplicamos o número de átomos pelo valor da massa atômica e convertemos gramas para quilogramas dividindo por
.
Passo 4
Converter a taxa de massa de produtos em taxa molar de água (passo-chave).
A relação entre taxa de massa e taxa molar
é
A relação entre taxa de massa
onde
é a massa molar (em
). Aqui
é toda massa em forma de
, então
Explicação: dividimos massa por massa molar para obter mol/s. Usei vírgula decimal conforme pedido.
Passo 5
Usar razões estequiométricas para obter as taxas molares de
e
.
Pelo balanceamento temos
Pelo balanceamento temos
Explicando: as razões vêm diretamente dos coeficientes estequiométricos da reação balanceada.
Passo 6
Converter as taxas molares obtidas para taxas de massa (se for desejado em
) e checar conservação de massa.
Converter usando :
Converter usando
Verificação rápida:
o que confere com a taxa de saída de produtos — bom sinal de que tudo está consistente.
Passo 7
Resumo interpretativo e dica para prova (didática).
- O caminho padrão: balancear reação → calcular massa molar → usar taxa de massa do produto para obter taxa molar do produto → usar razões estequiométricas para obter taxas molares dos reagentes → converter para massa se necessário.
- Atenção às unidades (sempre trabalhar em
e para ficar com e ). - Na prova: faça os passos na ordem e cheque a conservação de massa como verificação rápida.