Realize o balanceamento da reação COMPLETA, e calcule a relação Ar/Combustível estequiométrica em massa e em volume para combustão do butano(C4H10):
Passo 1
Beleza, vamos lá! O exercício pede para a gente balancear a reação completa da combustão do butano (C₄H₁₀) e calcular a relação estequiométrica de ar para combustível, tanto em massa quanto em volume. Isso envolve química de combustão e cálculo de proporções químicas usando a estequiometria.
Passo 2
Primeiro, vamos balancear a reação de combustão completa do butano. A combustão completa de um hidrocarboneto como o butano envolve oxigênio (O₂) e produz dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). A equação geral é:
Passo 3
Agora, vamos balancear os átomos um por um. Começamos com o carbono ©. O butano tem 4 átomos de carbono, então precisamos de 4 moléculas de CO₂:
Passo 4
Em seguida, balanceamos o hidrogênio (H). O butano tem 10 átomos de hidrogênio, então precisamos de 5 moléculas de H₂O:
Passo 5
Agora, balanceamos o oxigênio (O). No lado dos produtos, temos:
- 4 CO₂ × 2 O = 8 O
- 5 H₂O × 1 O = 5 O
Total = 13 átomos de oxigênio.
Como o O₂ tem 2 átomos de oxigênio, precisamos de 6,5 moléculas de O₂:
Passo 6
Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:
Agora, a equação está balanceada.
Passo 7
Agora, vamos calcular a relação estequiométrica ar/combustível em massa. Primeiro, sabemos que o ar é composto aproximadamente por 21% de O₂ e 79% de N₂ em volume. A massa molecular do O₂ é 32 g/mol e do N₂ é 28 g/mol. Então, para cada mol de O₂, temos aproximadamente 3,76 mol de N₂ (79/21 ≈ 3,76).
Portanto, a massa de ar necessária para 13 mol de O₂ é:
A massa de combustível (butano) é:
Então, a relação ar/combustível em massa é:
Passo 8
Agora, para a relação ar/combustível em volume. Considerando que, em condições padrões, 1 mol de gás ocupa o mesmo volume, podemos usar as proporções molares diretamente. Temos 13 mol de O₂ e 2 mol de C₄H₁₀.
A relação em volume é então:
Resposta
A relação ar/combustível estequiométrica para a combustão do butano (C₄H₁₀) é aproximadamente 15,39 g de ar por grama de combustível e 30,94 mol de ar por mol de combustível.