Em uma oficina escolar, uma solução de sulfato de cobre é usada para recuperar cobre metálico de uma peça de…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar as propriedades dos materiais para avaliar a adequação de seu uso em diferentes aplicações (industriais, cotidianas, arquitetônicas ou tecnológicas) e/ ou propor soluções seguras e sustentáveis considerando seu contexto local e cotidiano.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma oficina escolar, uma solução de sulfato de cobre é usada para recuperar cobre metálico de uma peça de ferro descartada. A transformação pode ser representada por Fe(s) + CuSO4(aq) -> FeSO4(aq) + Cu(s). Para um ensaio, são usados 250 mL de solução de CuSO4 com concentração de 0,80 mol/L e uma peça que contém 10,0 g de ferro puro. Considere que a reação ocorre completamente, que o ferro é o único componente da peça que reage e que as massas molares são Fe = 56 g/mol e Cu = 63,5 g/mol. Com base na equação e nos dados do ensaio, qual reagente é limitante e qual é a massa máxima de cobre metálico que pode ser recuperada?
- A) O sulfato de cobre é o reagente limitante, e podem ser recuperados, no máximo, aproximadamente 12,7 g de cobre.
- B) O ferro é o reagente limitante, e podem ser recuperados, no máximo, aproximadamente 22,7 g de cobre.
- C) O sulfato de cobre é o reagente limitante, e podem ser recuperados, no máximo, 0,200 g de cobre.
- D) O ferro é o reagente limitante, e podem ser recuperados, no máximo, aproximadamente 11,3 g de cobre.
- E) O ferro é o reagente limitante, e podem ser recuperados, no máximo, 10,0 g de cobre.
✅ Resposta correta: alternativa D
Resolução passo a passo
- Calcule a quantidade de matéria de CuSO4 a partir de volume e concentração. 250 mL = 0,250 L; n(CuSO4) = 0,250 L x 0,80 mol/L = 0,200 mol. Passo 2: Calcule a quantidade de matéria de Fe a partir da massa e da massa molar. n(Fe) = 10,0 g / 56 g/mol = 0,1786 mol. Passo 3: Pela equação, a proporção é 1 mol de Fe para 1 mol de CuSO4, então o reagente limitante é o que tem menor quantidade de matéria. Como 0,1786 mol de Fe é menor que 0,200 mol de CuSO4, o ferro é o reagente limitante e o sulfato de cobre está em excesso. Passo 4: A quantidade de cobre formada é determinada pelo ferro, na proporção 1:1. n(Cu) = 0,1786 mol. Passo 5: Converta para massa: m(Cu) = 0,1786 mol x 63,5 g/mol = 11,3 g, aproximadamente. Passo 6: Conclusão: o ferro é o reagente limitante e a massa máxima de cobre recuperável é de cerca de 11,3 g, o que corresponde à alternativa D, que coincide com o gabarito oficial. Por que as outras estão erradas: A apontou o sulfato como limitante, sem comparar corretamente as quantidades de matéria; B dobrou a quantidade de Fe ou usou proporção errada; C confundiu quantidade de matéria em mol com massa em gramas; E assumiu que a massa de cobre seria igual à massa de ferro, ignorando as massas molares.
💡 Dica: Calcule os mols de cada reagente, compare-os pela proporção 1:1 e use o limitante para obter a massa de Cu.
Alternativa por alternativa
O aluno calculou corretamente 0,200 mol de Cu possível, mas identificou o sulfato como limitante, provavelmente por considerar o maior valor de quantidade de matéria como o que se esgota primeiro.
Por que engana: Escolher o limitante pela massa em gramas ou calcular o produto a partir do reagente em excesso.
O aluno acertou o reagente limitante (ferro), mas calculou a quantidade de cobre com proporção incorreta, obtendo cerca de 0,357 mol, como se a estequiometria fosse 2 mol de Fe para 1 mol de Cu.
O aluno confundiu quantidade de matéria com massa, tomando o valor 0,200 mol de CuSO4 como se fosse 0,200 g de cobre, e identificou o sulfato como limitante.
A solução contém 0,250 L x 0,80 mol/L = 0,200 mol de CuSO4. A peça contém 10,0 g / 56 g/mol = aproximadamente 0,179 mol de Fe. Como a equação estabelece proporção molar de 1:1, o ferro é consumido primeiro. Essa quantidade forma aproximadamente 0,179 mol de Cu, ou 0,179 x 63,5 = 11,3 g.
O aluno acreditou que a massa de cobre obtida seria igual à massa de ferro da peça, como se houvesse conservação de massa termo a termo, ignorando as massas molares e a proporção estequiométrica.
Raio-X da questão
Reagente limitante e cálculo estequiométrico.
Identificar o reagen
Conversão entre massa, mol e massa molar. · Cálculo de quantidade de matéria em soluções a partir de concentração e volume.
Relação molar entre reagentes e produto numa equação balanceada.
Escolher o limitante pela massa em gramas ou calcular o produto a partir do reagente em excesso.
Consumo e reaproveitamento de materiais.
Recuperação de cobre
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