Um óleo combustível é analisado, contendo
em massa de carbono,
em massa de hidrogênio elementar (H),
de enxofre e o resto são materiais nãocombustíveis. O óleo é queimado com
de excesso de ar, baseado na combustão completa de C a
, do H a
e do S a
. O óleo queima completamente, mas
do carbono formam CO. Calcule a
molar do produto.
Passo 1
Beleza, aqui o enunciado pede para a gente analisar a combustão de um óleo que tem 85,0 % em massa de C, 12,0 % de H, 1,7 % de S e o resto inerte. Esse óleo queima com 20 % de excesso de ar (baseado na combustão completa de C→CO₂, H→H₂O, S→SO₂), mas rola um “defeito” que faz 8 % do carbono virar CO em vez de CO₂. A matéria envolvida é estequiometria de combustão e balanço molar de produtos de reação. Vamos precisar:
- calcular quantos mols de cada elemento temos;
- obter O₂ estequiométrico;
- incluir 20 % de excesso;
- contabilizar falta de oxigênio que gera CO;
- achar todas as mols dos produtos (CO₂, CO, H₂O, SO₂, N₂ e O₂ em excesso);
- transformar em % molar.
Passo 2
Assumimos 100 kg de óleo para facilitar:
– mC = 85,0 kg → nC = 85,0 / 12,01 ≃ 7,0833 kmol
– mH = 12,0 kg → nH = 12,0 / 1,008 ≃ 11,90 kmol de átomos H (ou 5,95 kmol de H₂)
– mS = 1,7 kg → nS = 1,7 / 32,06 ≃ 0,0531 kmol
(Inertes a gente ignora em mol, porque não sabemos a composição. Eles não participam da reação.)
– mC = 85,0 kg → nC = 85,0 / 12,01 ≃ 7,0833 kmol
– mH = 12,0 kg → nH = 12,0 / 1,008 ≃ 11,90 kmol de átomos H (ou 5,95 kmol de H₂)
– mS = 1,7 kg → nS = 1,7 / 32,06 ≃ 0,0531 kmol
(Inertes a gente ignora em mol, porque não sabemos a composição. Eles não participam da reação.)
Passo 3
Calcula o O₂ estequiométrico (combustão completa):
C + O₂ → CO₂ ⇒ 1 mol C consome 1 mol O₂
H₂ + ½ O₂ → H₂O ⇒ 1 mol H₂ consome 0,5 mol O₂
S + O₂ → SO₂ ⇒ 1 mol S consome 1 mol O₂
C + O₂ → CO₂ ⇒ 1 mol C consome 1 mol O₂
H₂ + ½ O₂ → H₂O ⇒ 1 mol H₂ consome 0,5 mol O₂
S + O₂ → SO₂ ⇒ 1 mol S consome 1 mol O₂
Então
nO₂,C = 7,0833×1 = 7,0833 kmol
nO₂,H = 5,95×0,5 = 2,975 kmol
nO₂,S = 0,0531×1 = 0,0531 kmol
Total est. nO₂,stoich = 7,0833 + 2,975 + 0,0531 = 10,1114 kmol (aprox.)
nO₂,C = 7,0833×1 = 7,0833 kmol
nO₂,H = 5,95×0,5 = 2,975 kmol
nO₂,S = 0,0531×1 = 0,0531 kmol
Total est. nO₂,stoich = 7,0833 + 2,975 + 0,0531 = 10,1114 kmol (aprox.)
Como ar tem, em mol, 21 % O₂ e 79 % N₂ ou, mais fácil, N₂/O₂=3,76:
nN₂,stoich = 10,1114 × 3,76 = 38,0248 kmol
nN₂,stoich = 10,1114 × 3,76 = 38,0248 kmol
Passo 4
Agora 20 % de excesso de ar:
nO₂,real = 1,20 × 10,1114 = 12,1337 kmol
nN₂,real = 1,20 × 38,0248 = 45,6298 kmol
nO₂,real = 1,20 × 10,1114 = 12,1337 kmol
nN₂,real = 1,20 × 38,0248 = 45,6298 kmol
Passo 5
Na queima real 8 % do C vira CO e o resto CO₂:
nC,total = 7,0833 kmol
nCO = 0,08 × 7,0833 = 0,5667 kmol
nCO₂ = 0,92 × 7,0833 = 6,5166 kmol
nC,total = 7,0833 kmol
nCO = 0,08 × 7,0833 = 0,5667 kmol
nCO₂ = 0,92 × 7,0833 = 6,5166 kmol
H₂O: todo o H vira água:
nH₂ = 11,90/2 = 5,95 kmol → nH₂O = 5,95 kmol
nH₂ = 11,90/2 = 5,95 kmol → nH₂O = 5,95 kmol
SO₂: todo o S vira SO₂:
nSO₂ = 0,0531 kmol
nSO₂ = 0,0531 kmol
Agora veja quanto O₂ consumiu de verdade:
– p/ CO₂: 6,5166 mol O₂ (1 para 1)
– p/ CO: 0,5667×0,5 = 0,2834 mol O₂
– p/ H₂O: 5,95×0,5 = 2,975 mol O₂
– p/ SO₂: 0,0531×1 = 0,0531 mol O₂
Total consumido = 6,5166 + 0,2834 + 2,975 + 0,0531 = 9,8281 kmol
– p/ CO₂: 6,5166 mol O₂ (1 para 1)
– p/ CO: 0,5667×0,5 = 0,2834 mol O₂
– p/ H₂O: 5,95×0,5 = 2,975 mol O₂
– p/ SO₂: 0,0531×1 = 0,0531 mol O₂
Total consumido = 6,5166 + 0,2834 + 2,975 + 0,0531 = 9,8281 kmol
O₂ que sobra (excesso não consumido):
nO₂,excess = 12,1337 − 9,8281 = 2,3056 kmol
nO₂,excess = 12,1337 − 9,8281 = 2,3056 kmol
N₂ sai todo igual: nN₂ = 45,6298 kmol
Passo 6
Agora temos no produto gás:
CO₂ = 6,5166 kmol
CO = 0,5667 kmol
H₂O = 5,95 kmol
SO₂ = 0,0531 kmol
O₂ = 2,3056 kmol
N₂ = 45,6298 kmol
CO₂ = 6,5166 kmol
CO = 0,5667 kmol
H₂O = 5,95 kmol
SO₂ = 0,0531 kmol
O₂ = 2,3056 kmol
N₂ = 45,6298 kmol
Total = 6,5166 + 0,5667 + 5,95 + 0,0531 + 2,3056 + 45,6298 ≃ 61,0218 kmol
Em % molar:
yᶜᵒ₂ = 6,5166 / 61,0218 × 100 ≃ 10,68 %
yᶜᵒ = 0,5667 / 61,0218 × 100 ≃ 0,93 %
yʰ₂ᵒ = 5,95 / 61,0218 × 100 ≃ 9,75 %
yˢᵒ₂ = 0,0531 / 61,0218 × 100 ≃ 0,09 %
yᴏ₂ = 2,3056 / 61,0218 × 100 ≃ 3,78 %
yⁿ₂ = 45,6298/ 61,0218 × 100 ≃ 74,77 %
yᶜᵒ₂ = 6,5166 / 61,0218 × 100 ≃ 10,68 %
yᶜᵒ = 0,5667 / 61,0218 × 100 ≃ 0,93 %
yʰ₂ᵒ = 5,95 / 61,0218 × 100 ≃ 9,75 %
yˢᵒ₂ = 0,0531 / 61,0218 × 100 ≃ 0,09 %
yᴏ₂ = 2,3056 / 61,0218 × 100 ≃ 3,78 %
yⁿ₂ = 45,6298/ 61,0218 × 100 ≃ 74,77 %
Resposta
As frações molares dos gases no produto são aproximadamente:
CO₂: 10,68 %
CO: 0,93 %
H₂O: 9,75 %
SO₂: 0,09 %
O₂: 3,78 %
N₂: 74,77 %
CO₂: 10,68 %
CO: 0,93 %
H₂O: 9,75 %
SO₂: 0,09 %
O₂: 3,78 %
N₂: 74,77 %