Calcule o máximo de massa de água que se pode obter a partir de 10,0 gramas de hidrogênio e 46,0 gramas de oxigênio. Indique o reagente em excesso e qual a massa em excesso (o quanto sobra desse reagente). Dados: H = 1u e O = 16u.
Passo 1
Resumo do Enunciado e Conteúdo da Matéria
Vamos resolver um exercício de química onde precisamos descobrir a quantidade máxima de água que podemos obter a partir de 10,0 gramas de hidrogênio (H) e 46,0 gramas de oxigênio (O). Além disso, precisamos identificar qual dos reagentes está em excesso e quanto desse reagente sobra. Para isso, vamos utilizar conceitos de estequiometria, que envolvem balanço de equações químicas e cálculos de mols.
Passo 2
Escrevendo a Equação Química Balanceada
Primeiro, precisamos saber como hidrogênio e oxigênio reagem para formar água (H₂O). A equação química balanceada é:
Isso significa que 2 moléculas de hidrogênio reagem com 1 molécula de oxigênio para formar 2 moléculas de água.
Passo 3
Convertendo as Massas em Mols
Para trabalhar com a reação, precisamos converter as massas dos reagentes em mols usando suas massas molares. As massas molares fornecidas são:
- Hidrogênio (H): 1 u (unidade de massa atômica) → massa molar = 1 g/mol
- Oxigênio (O): 16 u → massa molar = 16 g/mol
Calculando os mols:
Passo 4
Determinando o Reagente Limitante
O reagente limitante é aquele que se esgota primeiro na reação, determinando a quantidade de produto formado. Usamos a relação da equação balanceada para descobrir isso.
Segundo a equação:
Para cada 2 mols de H₂, precisamos de 1 mol de O₂. Então, vamos ver quantos mols de O₂ são necessários para reagir com os 10,0 mols de H₂ que temos:
Mas temos apenas 2,875 mols de O₂ disponíveis. Como precisamos de 5,0 mols de O₂ para reagir completamente com o H₂ disponível, o O₂ está em quantidade insuficiente. Portanto, o oxigênio (O₂) é o reagente limitante.
Passo 5
Calculando a Massa Máxima de Água Formada
Como o O₂ é limitante, ele determina a quantidade de água que podemos formar. Pela equação balanceada, 1 mol de O₂ produz 2 mols de H₂O. Então:
Agora, convertendo os mols de água para massa. A massa molar da água (H₂O) é:
Então:
Passo 6
Calculando a Massa do Reagente em Excesso
Agora, vamos descobrir quanto de hidrogênio sobra após a reação. Sabemos que 2 mols de H₂ reagem com 1 mol de O₂. Portanto, para os 2,875 mols de O₂ que temos:
Como inicialmente tínhamos 10,0 mols de H₂:
Convertendo para massa:
Resposta
Podemos obter 103,5 gramas de água a partir de 10,0 gramas de hidrogênio e 46,0 gramas de oxigênio. O hidrogênio é o reagente em excesso, sobrando 4,25 gramas desse reagente após a reação.