A reação de síntese mais utilizada para a formação do me- tanol (CH3OH), um biocombustível muito utilizado nas indús- trias químicas como solvente, oc...

Alternativa (C) - 200 g.

Introdução

Esta questão aborda um conceito fundamental da química, a estequiometria, que permite quantificar as relações de massa e mol entre reagentes e produtos em uma reação química. Para resolver o problema, é necessário balancear a equação química, calcular as massas molares das substâncias envolvidas e aplicar os coeficientes estequiométricos para determinar a quantidade de produto formada a partir de uma quantidade conhecida de reagente.

Desenvolvimento

A estequiometria é o ramo da química que lida com as relações quantitativas entre as substâncias que participam de reações químicas. Para realizar cálculos estequiométricos, os passos essenciais são:

1. Balancear a equação química: Garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos reagentes e nos produtos, seguindo a Lei de Conservação das Massas (Lei de Lavoisier).
2. Calcular as massas molares: Determinar a massa em gramas por mol (g/mol) de cada substância de interesse, utilizando as massas atômicas dos elementos presentes na tabela periódica.
3. Converter a massa do reagente conhecido em moles: Utilizar a massa molar para transformar a massa fornecida do reagente em sua quantidade em moles.
4. Utilizar a proporção estequiométrica: A partir da equação balanceada, estabelecer a relação em moles entre o reagente conhecido e o produto desejado.
5. Converter os moles do produto em massa: Usar a massa molar do produto para converter sua quantidade em moles para a massa final em gramas.

No problema em questão, temos a reação de síntese do metanol (CH3OH) a partir de monóxido de carbono (CO) e hidrogênio (H2). O rendimento da reação é de 100%, o que significa que toda a quantidade do reagente limitante será convertida em produto.

Análise

Vamos seguir os passos descritos para resolver a questão:

1. Balancear a equação química: A equação não balanceada fornecida é: CO (g) + H2 (g) → CH3OH (ℓ)

Vamos contar os átomos de cada elemento nos reagentes e produtos: | Elemento | Reagentes | Produtos | | :------- | :-------- | :------- | | Carbono (C) | 1 | 1 | | Oxigênio (O) | 1 | 1 | | Hidrogênio (H) | 2 | 4 |

Para balancear os átomos de hidrogênio, precisamos de mais dois átomos de hidrogênio nos reagentes. Isso pode ser feito colocando um coeficiente de 2 na frente do H2:

CO (g) + 2 H2 (g) → CH3OH (ℓ)

Verificando novamente: | Elemento | Reagentes | Produtos | | :------- | :-------- | :------- | | Carbono (C) | 1 | 1 | | Oxigênio (O) | 1 | 1 | | Hidrogênio (H) | 2 × 2 = 4 | 4 |

A equação agora está balanceada.

2. Calcular as massas molares: Massas atômicas aproximadas: C ≈ 12 g/mol, O ≈ 16 g/mol, H ≈ 1 g/mol.

• Hidrogênio (H2): 2 × 1 g/mol = 2 g/mol
• Metanol (CH3OH): 1 × 12 g/mol (C) + 4 × 1 g/mol (H) + 1 × 16 g/mol (O) = 12 + 4 + 16 = 32 g/mol

3. Converter a massa do reagente conhecido em moles: Foi empregado 25 g de hidrogênio gasoso (H2). Moles de H2 = Massa de H2 / Massa molar de H2 Moles de H2 = 25 g / 2 g/mol = 12.5 mol

4. Utilizar a proporção estequiométrica: Pela equação balanceada, sabemos que 2 moles de H2 reagem para produzir 1 mol de CH3OH. Portanto, a proporção é: 2 mol H2 : 1 mol CH3OH.

Para 12.5 moles de H2, a quantidade de CH3OH produzida será: Moles de CH3OH = 12.5 mol H2 × (1 mol CH3OH / 2 mol H2) = 6.25 mol CH3OH

5. Converter os moles do produto em massa: Massa de CH3OH = Moles de CH3OH × Massa molar de CH3OH Massa de CH3OH = 6.25 mol × 32 g/mol = 200 g

A quantidade máxima de metanol produzida é 200 g.

Comparação com as alternativas:

• (A) 50 g: Incorreto.
• (B) 100 g: Incorreto. Seria a resposta se a proporção fosse 1:1 e a massa molar do metanol fosse 16g/mol, ou se usasse a massa do H2 (25g) e a massa molar do metanol (32g/mol) dividido por 2 (16), 25 * 16 / 25 = 100. Ou se a massa molar do metanol fosse 16g/mol e a proporção 1:1 com H2.
• (C) 200 g: Correto.
• (D) 400 g: Incorreto.
• (E) 800 g: Incorreto.

Conclusão

Ao aplicar os princípios da estequiometria, começando pelo balanceamento da equação química e utilizando as massas molares corretas, foi possível determinar que 25 g de hidrogênio gasoso, reagindo com quantidade suficiente de monóxido de carbono, produzirão 200 g de metanol, considerando um rendimento de 100% para a reação.

Alternativa (C).