Questão 8
IME 2020
(IME - 2020/2021 - 2ª Fase)
Um propelente (combustível) utilizado nos foguetes Veículo Lançador de Satélites (VLS) contém alumínio, perclorato de amônia e resina de polibutadieno. Considere que esse combustível queime conforme a reação de oxirredução:
NH4ClO4(s) + (CH2)n(l) + 2 Al(s) → 1/2 N2(g) + CO(g) + 51/2 H2(g) + Al2O3(g) + HCl(g)
Se um dos reagentes estiver em excesso, haverá peso desnecessário no foguete. Um protótipo foi desenvolvido na proporção 4:1 em massa, entre o agente oxidante e o agente redutor, para um quilo da mistura. Desconsiderando a resina incorporada na massa deste propelente, determine:
a) Qual é o reagente limitante?
b) Qual o percentual da mistura de combustível é desperdiçada na queima do propelente nessa proporção?
Gabarito:
Resolução:
a)
NH4ClO4(s) + (CH2)n(l) + 2 Al(s) → 1/2 N2(g) + CO(g) + 51/2 H2(g) + Al2O3(g) + HCl(g)
Variações de nox:
• O nox do alumínio vai de 0 para +3 ⇒ oxidação ⇒ agente redutor
• O nox do Cl vai de +7 para -1 ⇒ redução ⇒ agente oxidante
A massa da mistura é 1000g. A proporção entre agente oxidante (NH4ClO4) e agente redutor (Al) é de 4:1. Portanto, a massa de NH4ClO4 é 800g e a de Al é 200g.
Da proporção estequiométrica, temos que 1 mol de NH4ClO4 reage com 2mol de Al. Então 117,5g de NH4ClO4 reage com 54g de Al. Fazemos uma regra de três para determinar qual reagente é o limitante e qual reagente está em excesso:
• Massa de Al necessária para reagir completamente com 800g de NH4ClO4
117,5g de NH4ClO4 ___________ 54g de Al
800g de NH4ClO4 ____________ x
• Massa de NH4ClO4 necessária para reagir completamente com 200kg de Al
117,5g de NH4ClO4 ___________ 54g de Al
x' _________________________ 200g
Como a massa de Al necessária para reagir completamente com 800g de NH4ClO4 é maior do que a disponível, o Al é o reagente limitante. Além disso, a massa necessária para reagir completamente com 200g de Al é menor do que a disponível, então o NH4ClO4 é o reagente em excesso.
b)
NH4ClO4 necessária para reagir completamente com 200g de Al é 435,18g. Portanto, a massa de substâncias que reagem é:
A massa de combustível desperdiçada é a massa total de combustível menos a massa que reage. Como visto na letra A, a massa de
Porcentagem da massa de combustível desperdiçada: