Um reator utiliza carbono como combustível segundo a reação abaixo:
Se são queimados 2 kg de carbono com
de excesso de ar, determine:
Volume de
gerado (
)
Volume de
Passo 1
Vamos listar claramente o que o enunciado nos dá e o que pede.
- Reação fornecida:
. - Massa de carbono queima-da:
. - Excesso de ar:
(ou seja, ar fornecido é vezes o necessário). - Pergunta: calcular o volume de
gerado em (metros cúbicos nas condições normais).
Informações úteis que vamos usar (explicarei cada uma nos próximos passos):
- Relação estequiométrica entre
e . - Como converter massa de
em número de mols. - Volume molar nas condições normais (Nm):
(volume ocupado por mol de gás em e ).
Passo 2
Entender a química e as grandezas envolvidas (aulas rápidas, sem pânico).
-
Estequiometria da reação: a equação
indica que para cada mol de carbono queimado forma-se exatamente mol de . Logo, o número de mols de gerado é igual ao número de mols de queimado (assumindo combustão completa, que é o caso implícito). -
Converter massa em mols: a relação é
onde
é o número de mols,
é a massa e
é a massa molar. Para o carbono, usamos
(valor típico; poderia usar
se quiser aproximação).
- Volume molar nas condições normais (Nm): por definição,
mol de gás ideal ocupa aproximadamente
em
e
. Para converter número de mols em
multiplicamos por
:
Comentário sobre excesso de ar: o excesso de ar significa que foi fornecido mais oxigênio do que o necessário. Isso altera quanto ar/azoto entra no sistema, mas não altera a quantidade de
formada se a combustão for completa — a quantidade de
depende apenas da quantidade de carbono oxidado. Portanto, o excesso de ar não muda o cálculo do volume de
produzido aqui.
Passo 3
Calcular o número de mols de carbono queimado.
Primeiro, passar a massa para gramas porque a massa molar está em
:
Usando
,
Agora fazemos a divisão (mostrando o passo):
Passo 4
Determinar o número de mols de
formado.
Pela estequiometria
mol
gera
mol
. Portanto
Passo 5
Converter o número de mols de
em volume nas condições normais.
Usamos o volume molar em Nm:
Logo
Fazendo a multiplicação:
Observação final sobre o excesso de ar: mesmo com
de excesso de ar (ar fornecido
vezes o necessário), a quantidade de
formada permanece a calculada acima, porque todo o carbono queima completamente para
. O excesso de ar apenas implica que haverá mais gás inerte (principalmente
) presente nos produtos, mas isso não altera o volume de
gerado.