Uma boca de fogão a gás queima 5 L de butano (C4H10) por hora. Qual a velocidade da produção de gás carbônico nesta reação em L/hora, nas mesmas condições de temperatura e pressão?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse problema juntos! A situação envolve uma boca de fogão a gás que queima butano (C₄H₁₀) e queremos descobrir a velocidade com que ela produz gás carbônico (CO₂) por hora, tudo isso considerando que a temperatura e a pressão são as mesmas. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria e leis dos gases, que nos ajudam a relacionar as quantidades de reagentes e produtos nas reações químicas.

Passo 2

Primeiro, precisamos escrever a equação química balanceada da combustão do butano. A combustão completa de um hidrocarboneto como o butano com excesso de oxigênio (O₂) produz dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O). A equação geral fica assim:
C4H10 + O2 CO2 + H2O

Passo 3

Agora, vamos balancear essa equação. Balancear significa ajustar os coeficientes para que o número de átomos de cada elemento seja igual nos reagentes e nos produtos. Vamos começar com o carbono ©:
  • Temos 4 átomos de carbono no butano (C₄H₁₀), então precisamos de 4 moléculas de CO₂ para balancear o carbono:
C4H10 + O2 4,CO2 + H2O
Agora, balanceamos o hidrogênio (H):
  • O butano tem 10 átomos de hidrogênio, então precisamos de 5 moléculas de H₂O para totalizar 10 átomos de hidrogênio:
C4H10 + O2 4,CO2 + 5,H2O
Por último, balanceamos o oxigênio (O):
  • Nos produtos, temos 4 times 2 = 8 átomos de oxigênio das moléculas de CO₂ e 5 times 1 = 5 átomos de oxigênio das moléculas de H₂O, totalizando 13 átomos de oxigênio.
  • No lado dos reagentes, cada molécula de O₂ tem 2 átomos de oxigênio. Para obter 13 átomos, precisamos de 6,5 moléculas de O₂:
C4H10 + 6,5,O2 4,CO2 + 5,H2O
Para evitar frações, multiplicamos todos os coeficientes por 2:
2,C4H10 + 13,O2 8,CO2 + 10,H2O

Passo 4

Agora que a equação está balanceada, podemos usar a estequiometria dos gases. Como a temperatura e a pressão são as mesmas para todos os gases envolvidos, a relação entre os volumes será a mesma que a relação molar.
Na equação balanceada, vemos que 2 volumes de C₄H₁₀ produzem 8 volumes de CO₂. Simplificando isso, 1 volume de C₄H₁₀ produz 4 volumes de CO₂.

Passo 5

Sabendo que a boca do fogão queima 5 litros de butano por hora, podemos calcular a produção de dióxido de carbono:
5,L de C4H10 times 4,L de CO2/L de C4H10 = 20,L de CO2

Resposta

A velocidade da produção de gás carbônico é de 20 litros por hora.

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