ITA 2027 (2ª fase) Química — Questão 1

Considere um motor de combustão interna hipotético que opera em condição de combustão completa, com a admissão fixa de 200 L de ar atmosférico (à pressão de 1 bar), cuja composição é de 20% oxigênio e 80% nitrogênio. O combustível, pentano, pode ser injetado em quantidade ajustável. Considere também que o calor gerado na combustão é completamente transferido para os gases após a combustão e que a reação é isobárica. Sabendo que a temperatura inicial do sistema é de 300,84 K, que a entalpia de combustão do pentano é de $-3440\ \mathrm{kJ \cdot mol^{-1}}$ e que a capacidade calorífica molar à pressão constante da mistura dos gases (ou seja, misturas contendo quantidades variáveis de $\mathrm{CO_2}$, $\mathrm{H_2O}$, $\mathrm{N_2}$, $\mathrm{O_2}$) é igual a $40\ \mathrm{J^{-1} \cdot K^{-1} \cdot mol^{-1}}$, determine:

a) a equação química balanceada da combustão.

b) as quantidades, em mols e expressas com uma casa decimal, de $\mathrm{O_2}$ e $\mathrm{N_2}$ na câmara de combustão.

c) a temperatura dos gases após a combustão, na condição estequiométrica.

d) quanto deve ser alterada a quantidade de combustível, expressa na forma de porcentagem (número inteiro %), em relação à quantidade estequiométrica, para que a temperatura dos gases de combustão seja 1600,84 K, levando em consideração uma condição de economia de combustível.