Um reator utiliza carbono como combustível segundo a reação abaixo:
Se são queimados 2 kg de carbono com
de excesso de ar, determine:
a) Volume de ar necessário (
)
b) Volume de
gerado (
)
c) Volume de
não reagido (
)
Se são queimados 2 kg de carbono com
a) Volume de ar necessário (
b) Volume de
c) Volume de
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado dá e o que pede, e também as hipóteses que vou usar (porque o enunciado não especificou alguns dados padrão).
Dados do enunciado:
- Reação química:
. - Massa de carbono queimada:
. - Excesso de ar:
(isto é, foi fornecido vezes o ar estequiométrico).
O enunciado pede:
a) Volume de ar necessário (em );
b) Volume de gerado (em
);
c) Volume de não reagido (em
).
a) Volume de ar necessário (em
b) Volume de
c) Volume de
Hipóteses / dados padrão que vou usar (declaro isto aqui porque são necessários e não vieram no enunciado):
- Massa molar do carbono:
. - Ar é considerado com fração volumétrica de oxigénio
(21% em volume), valor típico usado em cálculos industriais. - Volume molar nas condições “N” (normal:
e ) é . - Convenção de excesso de ar:
de excesso significa fornecer vezes o ar estequiométrico.
Agora que sabemos o que é pedido e os dados que usaremos, começo a resolver passo a passo.
Passo 2
Entender a estequiometria da reação e converter massa em mols.
A reação indica que 1 mol de carbono consome 1 mol de
e forma 1 mol de
. Em símbolos: para cada mol de C temos
Converter massa de carbono em mols usando a fórmula
onde
é o número de mols,
a massa e
a massa molar.
Aplicando ao carbono:
Vou guardar este valor:
Passo 3
Calcular os mols e o volume de
estequiométrico (o requerido teoricamente sem excesso) e o volume de
formado estequiometricamente.
Pela estequiometria, o número de mols de
necessário é igual ao de carbono consumido:
O volume de um gás nas condições normais é dado por
onde
.
Logo o volume estequiométrico de
(em
nas condições N) é
O
formado em mols é igual ao carbono consumido (1:1), então
e o volume de
nas CN (Nm^3) é
(Simplificando a leitura: o volume de
gerado, na condição normal, é igual ao volume estequiométrico de
consumido porque ambos têm o mesmo número de mols.)
Passo 4
Calcular o volume de ar estequiométrico e o volume de ar com o excesso de
.
Como a fração volumétrica de
no ar é
, a relação entre volume de
e volume de ar é
Portanto o volume de ar necessário estequiométrico é
Com
de excesso (isto é, fornecendo
vezes o ar estequiométrico), o volume de ar fornecido é
Este é o volume de ar necessário (resposta do item a).
Passo 5
Calcular o volume total de
fornecido e, a partir disso, a quantidade de
que sobra (não reagida).
O volume de
efetivamente fornecido com o ar em excesso é
A parte consumida é o volume estequiométrico calculado em Passo 3,
.
Portanto o volume de
não reagido (excesso que sobra) é
Passo 6
Resumo dos valores calculados (arredondando de forma prática para três casas decimais — escolha usual em problemas deste tipo).
- Volume de ar fornecido (com
de excesso): . - Volume de
gerado: . - Volume de
não reagido (sobrante): .
Estou confiante nesses números dado o uso das hipóteses padrão declaradas no Passo 1 (fração de
no ar =
, volume molar
, massa molar do C =
). Se o professor usar valores ligeiramente diferentes (por ex.
ou
com arredondamentos), os resultados mudam pouco.
Resposta
a)
b)
c)
b)
c)