Questão 10

IME 2014

Química

[IME- 2014/2015 - 2ª fase]

Monóxido de carbono a 473 K é queimado, sob pressão atmosférica, com 90% em excesso de ar seco, em base molar, a 773 K. Os produtos da combustão abandonam a câmara de reação a 1273 K. Admita combustão completa e considere que 1 mol de ar é constituído por 0,20 mol de oxigênio e 0,80 mol de nitrogênio. Calcule a quantidade de energia, em kJ, que é liberada no decorrer da reação, por mol de monóxido de carbono queimado. Considere que os gases apresentam comportamento ideal.

Gabarito:

Resolução:

Tem-se 90% em excesso de ar seco:

1CO +	¹/₂ O₂ →	1 CO₂
	0,5 mol		n_N2
	0,2 mol		0,8 mol de N₂

n_N2 = 2,0 mol

Sendo 90% de ar em escesso, tem se:

$0,5cdot 0,90=0,45; ext{ de excesso de }O_2$

$2,0cdot 0,90=3,8; ext{ de excesso de }N_2$

Energia absorvida pelo excesso de O₂ passando de 773 K para1273 K.

$egin{matrix} n_{O_2}=0,45;mol\C_{O_2}=0,03\Delta T_{O_2}=1273-773=500;K end{matrix}$

$Q_{O_2}=0,03cdot 0,45cdot 500=6,75;kJ$

Energia absorvida pelo nitrogênio de 773 K para 1273 K:

$egin{matrix} n_{N_2}=3,8;mol\C_{N_2}=0,03\Delta T_{N_2}=1273-773=500;K end{matrix}$

$Q_{N_2}=0,03cdot 3,8cdot 500=57,0;kJ$

As entalpias de formação podem ser medidas em diferentes temperaturas. As entalpias padrão de uma reação em diferentes temperaturas podem ser medidas a partir do calor específico médio, a pressão constante:

$Delta H_1=-283;kJ$

$H_2=H_1+Delta ncdot C_Pcdot Delta T$

Para um mol de CO₂:

$H_{CO_2}=H^0_{CO_2}+1cdot0,04cdot(1273-298)=H^0_{CO_2}+1cdot0,04cdot975$

$H_{CO_2}=H^0_{CO_2}+39;kJ$

Para um mol de CO:

$H_{CO}=H^0_{CO}+1cdot0,03cdot(473-298)=H^0_{CO}+5,25;kJ$

Para 0,5 mol de O₂:

$H_{O_2}=H^0_{O_2}+1cdot0,03cdot(773-298)=H^0_{CO}+7,125;kJ$

$Delta H_2=H_p-H_r$

$Delta H_2=(H^0_{CO_2}+39)-(H^0_{CO}+5,25+H^0_{O_2}+7,125)$

$Delta H_2=H^0_{CO_2}-(H^0_{CO}+H^0_{O_2})+39-5,25-7,125$

$Delta H_2=H_1+39-5,25-7,125$

$Delta H_2=H_1+26,625$

$Delta H_2=-283+26,625=-256,375;kJ$

E = energia liberada no decorrer da reação

$E=Delta H_2+Q_{O_2}+Q_{N_2}$

$E=-256,375+6,75+57$

$E=-192,625;kJ$

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