Os foguetes impulsionadores de combustível sólido de ônibus espacial são baseados na seguinte reação entre o perclorato de amônio e o alumínio: 3 NH4 ClO4(s)+3 Al(s) Al2 O3(s)+AlCl3(g)+3 NO(g)+6 H2 O(g). Se um dos reagentes estiver em excesso, será adicionada massa desnecessária ao ônibus, logo se deseja uma mistura estequiométrica. Qual a massa de cada reagente deve ser usada para cada quilograma da mistura do combustível?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma reação química usada nos foguetes espaciais, onde o perclorato de amônio reage com o alumínio. O objetivo aqui é encontrar quanto de cada reagente (perclorato de amônio e alumínio) devemos usar para montar uma mistura que não tenha excesso de nenhum dos dois, ou seja, uma mistura estequiométrica. Isso é importante porque se a gente usar mais de um reagente, acaba adicionando peso desnecessário ao foguete. Vamos precisar usar conceitos de estequiometria e cálculos de massa para chegar na resposta.

Passo 2

Primeiro, vamos olhar para a equação balanceada da reação:
3 NH4 ClO4(s) + 3 Al(s) Al2 O3(s) + AlCl3(g) + 3 NO(g) + 6 H2 O(g)
Isso significa que 3 mols de perclorato de amônio reagem com 3 mols de alumínio.

Passo 3

Agora, precisamos calcular as massas molares de cada reagente para facilitar os cálculos. Vamos usar a tabela periódica para isso:
  • Massa molar do :
    • N: 14,01 g/mol
    • H: 1,01 g/mol × 4 = 4,04 g/mol
    • Cl: 35,45 g/mol
    • O: 16,00 g/mol × 4 = 64,00 g/mol
    • Total:
  • Massa molar do :
    • Al: 26,98 g/mol

Passo 4

Observamos na equação que a proporção molar entre e é de 3 para 3, ou seja, 1 para 1. Isso significa que para cada mol de perclorato de amônio, precisamos de 1 mol de alumínio para ter uma reação completa sem excesso.

Passo 5

Vamos calcular as massas necessárias para manter essa proporção na mistura total de combustível, que é de 1 kg (ou 1000 g).
Primeiro, somamos as massas molares dos dois reagentes na proporção 1:1:
Massa total por mol = 117,50 , g/mol (NH4ClO4) + 26,98 , g/mol (Al) = 144,48 , g/mol
Agora, queremos saber quantos conjuntos de 144,48 g cabem em 1000 g:
Número de conjuntos = 1000 , g144,48 , g approx 6,923 ú
Então, multiplicamos a massa de cada reagente pelo número de conjuntos:
  • Massa de 117,50 , g/mol times 6,923 approx 813,06 , g : 26,98 , g/mol times 6,923 approx 186,94 , g
  • Massa de :

Resposta

Para cada quilograma da mistura do combustível, devem ser usados aproximadamente 813,06 g de e 186,94 g de .

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