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Termoquímica - exercícios + resolução

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massa de água que circula na serpentina (1800 g) serão as quantidades a ser usadas 
como base do cálculo. 
 O número total de moles da mistura combustível (nt) resulta da soma do número de moles do 
propano (nP) e do butano (nB): nt = 0,0544 = nP + nB. 
 A estas quantidades, nP e nB, correspondem as reações de combustão a seguir, com ar 
atmosférico (4 moles de N2 para 1 mol de O2), e os respectivos calores: 
 Combustão de np mol de propano: 
 nPC3H8 + 5nPO2 + 20nPN2 = 3nPCO2 + 4nPH2O + 20nPN2, H1 = -2,04x10
3
nP, em kJ. 
 Combustão de nB mol de butano: 
 nBC4H10 + (13/2)nBO2 + 26nBN2 = 4nBCO2 + 5nBH2O + 26nBN2, H2 = -2,65x10
3
nB, em kJ. 
 Para a combustão de nt mol da mistura combustível somam-se as reações anteriores: 
 nPC3H8 + nBC4H10 + [5nP + (13/2)nB]O2 + (20nP + 26nB)N2 = 
 (3nP + 4nB)CO2 + (4nP + 5nB)H2O + (20nP + 26nB)N2. 
 O calor liberado pela combustão da mistura no tempo de 1 minuto resultará de: 
 Hreação = H1 + H2 = -2,04x10
3
nP - 2,65x10
3
nB, em kJ. 
 Para determinar a composição da mistura de propano e butano, considerar-se-á que este calor 
aquecerá os produtos da combustão de 20 
o
C a 40 
o
C, e aquecerá a água que circula na serpentina de 20 
o
C a 35 
o
C. O balanço térmico terá, portanto, a seguinte expressão: 
 Hreação + Hprod + Hágua = 0. 
 O calor de aquecimento dos produtos (Hprod) expressa-se pela equação: 
 Hprod = 
293
313
 nprodCp,prod dT, 
que, em virtude de serem constantes as capacidades caloríficas, logo se integra e, tendo em vista a 
estequiometria da reação de combustão, assume a forma: 
 Hprod = [(3nP + 4nB)Cp,CO2 + (4nP + 5nB)Cp,H2O + (20nP + 26nB)Cp,N2 ](313-293), 
onde 
 Cp,CO2 = 46,8, Cp,H2O = 33,5 e Cp,N2 = 29,0, em J/mol 
 A substituição destes valores e a realização das operações algébricas indicadas, produzem o 
seguinte resultado: 
 Hprod = 17,1nP + 22,2nB, em kJ. 
 O calor de aquecimento da água que circula na serpentina, sendo a capacidade calorífica da 
água constante, pode ser calculado pela equação abaixo: 
 Hágua = máguaCp,água(308 - 293), 
que se susbtituindo os valores, produz: 
 Hágua = 1,8x4,18(308 - 293) = 113 kJ. 
 Retomando a equação do balanço térmico e nela substituindo o valor e as expressões das 
parcelas, encontra-se: 
 -2,04x10
3
nP - 2,65x10
3
nB + 17,1nP + 22,2nB + 113 = 0, 
ou 
 2,02x10
3
nP + 2,63x10
3
nB = 113 
 Sabendo que: 
 nP + nB = 0,0544 mol, 
chega-se ao resultado procurado: 
 nP = 0,0498 mol e nB = 0,0046 mol, 
 
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3
a
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implicando na seguinte proporção dos dois gases na mistura: 91,5% de propano e 8,5% de butano, em 
percentagem volumar. 
 
 
 
 
 
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