Nível 3

Uma massa de óxido de ferro(II), $\ce{FeO}$, é aquecida até $\pu{1273 K}$ e, em seguida, exposta a uma mistura gasosa de monóxido de carbono e hidrogênio. O óxido é reduzido ao metal sem qualquer fornecimento adicional de energia. O sistema perde $\pu{4,2 kJ}$ de calor para a vizinhança por mol de óxido reduzido.

1. Apresente as equações balanceadas para as reações químicas do processo.

2. Determine a menor razão possível entre as pressões parciais de monóxido de carbono e hidrogênio para que a reação seja autossustentável.

A ustulação da blenda de zinco é conduzida em $\pu{1350 K}$ em um reator do tipo leito fluidizado. Sulfeto de zinco, $\ce{ZnS}$, e quantidade estequiométrica de ar são adicionados em fluxo contínuo a $\pu{77 \degree C}$. Nessa temperatura, a reação libera $\pu{460 kJ}$ de calor por mol de sulfeto reduzido, formando óxido de zinco e dióxido de enxofre.

1. Verifique se a reação é autossustentável em $\pu{1350 K}$.

2. Determine maior a fração mássica possível de $\ce{SiO2}$ na blenda para que a reação seja autossustentável em $\pu{1350 K}$.

A temperatura adiabática de chama é a temperatura que resulta de uma combustão completa em pressão constante que ocorre sem qualquer transferência de calor para a vizinhança.

Considere a combustão do octano, $\ce{C8H18}$, em $\pu{25 \degree C}$.

1. Determine a temperatura adiabática de chama da combustão com quantidade estequiométrica de oxigênio.

2. Determine a temperatura adiabática de chama da combustão com $\pu{300}\%$ de excesso de ar.

Uma mistura de metano e ar na proporção $1:15$, em $\pu{25 \degree C}$ e $\pu{1 atm}$, entra em combustão em um reservatório adiabático, consumindo completamente o metano. O processo ocorre sob pressão constante e os produtos formados permanecem em fase gasosa. O estado de referência para entalpias padrão das substâncias é $\pu{298 K}.$

Considere que a capacidade calorífica é constante na faixa de temperaturas entre $\pu{1700 K}$ e $\pu{2000 K}$.

1. Determine a fração molar de vapor d’água no reservatório ao final da reação.

2. Determine a temperatura final do sistema.

Monóxido de carbono em $\pu{473 K}$ é queimado com $\pu{90}\%$ de excesso de ar em $\pu{773 K}$ e $\pu{1 atm}$. Os produtos da combustão abandonam a câmara de reação a $\pu{1273 K}$.

1. Determine o calor liberado por mol de monóxido de carbono formado.

2. Determine a maior temperatura possível para os produtos de combustão ao final da reação.

Um carro comum possui quatro cilindros, que totalizam um volume de $\pu{1,6 L}$ e um consumo de combustível de $\pu{9,5 L}$ por $\pu{100 km}$ quando viaja a $\pu{80 km.h-1}$. Cada cilindro sofre 20 ciclos de queima por segundo. O combustível é o octano, $\ce{C8H18}$, com densidade $\pu{0,75 g.cm-3}$. O combustível gaseificado e ar são introduzidos a $\pu{390 K}$ no cilindro quando seu volume é máximo, até que a pressão atinja $\pu{1 atm}$. A densidade do Na combustão, $\pu{10}\%$ do carbono é convertido em monóxido de carbono e o restante em dióxido de carbono. Ao final do ciclo, o cilindro se expande novamente até o volume máximo, sob pressão final de $\pu{2 atm}$.

1. Determine a vazão de entrada de ar no motor.

2. Determine a composição dos produtos de combustão.

3. Determine a temperatura dos produtos de combustão imediatamente após o final da reação.

4. Determine a temperatura de saída dos gases de exaustão.