Em uma unidade de tratamento de resíduos, alumínio metálico reage com oxigênio para formar óxido de alumínio…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Em uma unidade de tratamento de resíduos, alumínio metálico reage com oxigênio para formar óxido de alumínio, segundo a equação balanceada 4 Al + 3 O2 -> 2 Al2O3. Um gráfico representa, no eixo horizontal, o avanço da reação x, em mol, e, no eixo vertical, a quantidade de matéria dos reagentes ainda presente. As retas começam em 5,0 mol de Al e 5,0 mol de O2. À medida que x aumenta, a quantidade de Al diminui 4,0 mol por mol de avanço, enquanto a quantidade de O2 diminui 3,0 mol por mol de avanço. Considere que a reação ocorre completamente até um dos reagentes se esgotar e que a massa molar de Al2O3 é 102 g/mol. Com base no gráfico descrito e na equação balanceada, determine qual reagente é limitante, a massa máxima de Al2O3 que pode ser formada e a quantidade de O2 que permanece sem reagir.
- A) O O2 é o reagente limitante; formam-se 340 g de Al2O3 e não sobra O2.
- B) O Al é o reagente limitante; formam-se 25,5 g de Al2O3 e sobram 1,25 mol de O2.
- C) O Al é o reagente limitante; formam-se 255 g de Al2O3 e sobram 1,25 mol de O2.
- D) O Al é o reagente limitante; formam-se 127,5 g de Al2O3 e sobram 1,25 mol de O2.
- E) O Al é o reagente limitante; formam-se 255 g de Al2O3 e não sobra O2.
✅ Resposta correta: alternativa C
Resolução passo a passo
- Pela equação 4 Al + 3 O2 -> 2 Al2O3, para consumir todo o Al (5,0 mol) são necessários 3/4 de 5,0 mol de O2, ou seja, 3,75 mol de O2. Como há 5,0 mol de O2 disponíveis, o O2 está em excesso. Passo 2: Conclui-se que o Al é o reagente limitante. Pelo gráfico, o Al se esgota quando x = 5,0/4,0 = 1,25 mol de avanço. Passo 3: Cálculo do produto: com x = 1,25 mol, formam-se 2 x 1,25 = 2,5 mol de Al2O3. Massa = 2,5 x 102 = 255 g. Passo 4: Cálculo do O2 que sobra: consumiu-se 3 x 1,25 = 3,75 mol, restando 5,0 - 3,75 = 1,25 mol de O2. Passo 5: Por isso a alternativa C está correta, e o gabarito oficial está certo. Por que as outras estão erradas: A) o O2 não é limitante, pois ele é suficiente para reagir com todo o Al; B) a massa de 25,5 g corresponde a 0,25 mol de Al2O3, valor que não decorre da estequiometria da reação; D) 127,5 g corresponde a 1,25 mol de Al2O3, valor que ignora o coeficiente 2 do produto; E) embora a massa de 255 g esteja correta, não sobra O2 é falso, pois restam 1,25 mol de O2.
💡 Dica: Calcule o avanço em que cada reagente se esgota e use o menor para determinar produto e excesso.
Alternativa por alternativa
Comparou as quantidades iniciais (5,0 mol de cada) sem dividi-las pelos coeficientes e escolheu o O2 como limitante. Além disso, calculou o produto como se todo o O2 fosse consumido, sem perceber que o Al é o reagente que se esgota primeiro.
Identificou corretamente o Al como limitante e calculou corretamente o O2 que sobra, mas errou a quantidade de Al2O3 formada, obtendo 0,25 mol em vez de 2,5 mol. Provavelmente confundiu a relação estequiométrica entre o avanço e o produto.
Pelas retas, n(Al) = 5,0 - 4x e n(O2) = 5,0 - 3x. O Al se esgota primeiro, quando x = 5,0/4 = 1,25 mol. A equação indica formação de 2 mol de Al2O3 por mol de avanço, então se formam 2,50 mol, ou 255 g. Para o O2, restam 5,0 - 3(1,25) = 1,25 mol.
Identificou corretamente o reagente limitante e o O2 que sobra, mas tomou a quantidade de Al2O3 igual ao avanço da reação (1,25 mol), esquecendo que o coeficiente do Al2O3 na equação é 2.
Por que engana: Identificar como limitante o reagente com menor quantidade inicial, sem comparar a proporção estequiométrica.
Calculou corretamente a massa de 255 g e o Al como limitante, mas assumiu que o O2 é consumido por completo. Não percebeu que a reação consome apenas 3,75 mol de O2 dos 5,0 mol disponíveis, o que deixa 1,25 mol sem reagir.
Raio-X da questão
Reagente limitante e reagente em excesso.
Determinar o reagent
Balanceamento e proporções molares. · Conversão entre quantidade de matéria e massa molar.
Estequiometria e avanço da reação.
Identificar como limitante o reagente com menor quantidade inicial, sem comparar a proporção estequiométrica.
Meio ambiente e gestão de resíduos.
Tratamento de resídu
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