O ferro metálico pode ser produzido a partir da reação do Fe2 O3 com CO de acordo com a seguinte equação química não balanceada:
xFe2 O3(s)+yCO(g) wFe(s)+zCO2(g)
Considere a reação completa entre 1,60 g de Fe2 O3 e 3,00 g de CO e assinale a alternativa correta.
a) O reagente limitante dessa reação é o monóxido de carbono.
b) A quantidade máxima de ferro metálico produzida será de aproximadamente 1,12 g.
c) Após a reação se completar, restará 0,58 g de monóxido de carbono no meio reacional.
d) A quantidade máxima de dióxido de carbono produzida será de aproximadamente 4,60 g.
e) Se o rendimento for de 80 %, serão produzidos aproximadamente 2,50 g de ferro metálico.
Mostre os cálculos e justifique a sua resposta.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma reação química onde o óxido de ferro (Fe₂O₃) reage com monóxido de carbono (CO) para produzir ferro metálico (Fe) e dióxido de carbono (CO₂). O que precisamos descobrir é qual das opções está correta com base na quantidade de reagentes que temos. Para isso, vamos precisar usar conceitos de estequiometria, que é a parte da química que estuda as relações quantitativas entre os reagentes e produtos nas reações químicas.

Passo 2

Primeiro, vamos balancear a equação química. Balancear uma equação significa ajustar os coeficientes para que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos dois lados da reação. A equação dada é:
xFe2 O3(s)+yCO(g) wFe(s)+zCO2(g)
Balanceando:
Fe2 O3 + 3CO 2Fe + 3CO2
Então, os coeficientes são: x = 1, y = 3, w = 2, z = 3.

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de mol de cada reagente que temos. Para isso, usamos a fórmula:
mol = massa (g)massa molar (g/mol)
Massa molar:
  • Fe₂O₃: 2 times 55,845 , g/mol (Fe) + 3 times 16,00 , g/mol (O) = 159,69 , g/mol
  • CO: 12,01 , g/mol (C) + 16,00 , g/mol (O) = 28,01 , g/mol
Cálculos:
  • Moles de Fe₂O₃: 1,60 , g159,69 , g/mol approx 0,0100 , mol
  • Moles de CO: 3,00 , g28,01 , g/mol approx 0,107 , mol

Passo 4

Identificar o reagente limitante é essencial porque ele determina a quantidade máxima de produto que pode ser formado. A equação balanceada mostra que 1 mol de Fe₂O₃ reage com 3 mols de CO.
Vamos ver quantos mols de CO são necessários para reagir completamente com 0,0100 mol de Fe₂O₃:
0,0100 , mol Fe2O3 times 3 , mol CO1 , mol Fe2O3 = 0,0300 , mol CO
Temos 0,107 mol de CO, que é mais do que os 0,0300 mol necessários. Isso significa que o Fe₂O₃ é o reagente limitante.

Passo 5

Com o reagente limitante identificado, vamos calcular a quantidade máxima de ferro metálico (Fe) que pode ser produzido. Pela equação balanceada, 1 mol de Fe₂O₃ produz 2 mols de Fe.
0,0100 , mol Fe2O3 times 2 , mol Fe1 , mol Fe2O3 = 0,0200 , mol Fe
Agora, convertemos os mols de Fe para gramas:
0,0200 , mol Fe times 55,845 , g/mol approx 1,12 , g Fe

Resposta

A alternativa b) A quantidade máxima de ferro metálico produzida será de aproximadamente 1,12 g é a correta.

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