O metanol (CH3 OH) pode ser produzido pela reação de monóxido de carbono com o gás hidrogênio.
a- Escreva a reação balanceada.
b- Suponha que 365 g de CO sejam misturadas com 65 g de H2. Qual é o reagente limitante?
c- Qual a massa de metanol que pode ser produzida?
d- Depois de todo reagente limitante ser consumido, qual a massa do reagente em excesso que sobra?

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de química sobre a produção de metanol a partir de monóxido de carbono (CO) e gás hidrogênio (H₂). Vamos precisar balancear a equação química, identificar o reagente limitante, calcular a massa de metanol que pode ser produzida e descobrir quanto do reagente em excesso sobra. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria, que é a parte da química que estuda as quantidades envolvidas nas reações químicas.

Passo 2

a) Escrevendo a reação balanceada
Primeiro, precisamos escrever a equação química balanceada para a produção de metanol. A fórmula do metanol é CH3OH.
A reação inicial é:
CO + H2 CH3OH
Agora, vamos verificar se está balanceada:
  • Carbono ©: 1 em ambos os lados.
  • Hidrogênio (H): 2 no reator e 4 no produto ( CH3OH tem 4 H).
  • Oxigênio (O): 1 em ambos os lados.
Vemos que os hidrogênios não estão iguais. Para balancear, ajustamos o número de moléculas de H₂:
CO + 2,H2 CH3OH
Agora, checando novamente:
  • C: 1 em ambos.
  • H: 4 em ambos.
  • O: 1 em ambos.
Pronto, a equação está balanceada!

Passo 3

b) Identificando o reagente limitante
Para descobrir qual reagente limita a reação, vamos converter as massas dadas em mols e comparar as proporções.
  1. Calcular a massa molar de cada reagente:
    • CO: C (12 g/mol) + O (16 g/mol) = 28 g/mol
    • H₂: 2 × H (1 g/mol) = 2 g/mol
  2. Converter as massas em mols:
    • Mols de CO = 365,g28,g/mol approx 13,04,mol
    • Mols de H₂ = 65,g2,g/mol = 32,5,mol
  3. Usar a estequiometria da reação:
    • A reação balanceada mostra que 1 mol de CO reage com 2 mols de H₂.
    • Para 13,04 mol de CO, seriam necessários 13,04 times 2 = 26,08,mol de H₂.
  4. Comparar com a quantidade disponível de H₂:
    • Temos 32,5 mol de H₂, que é mais que o necessário (26,08 mol).
Isso significa que o CO é o reagente limitante, pois vai determinar a quantidade de produto formado.

Passo 4

c) Calculando a massa de metanol produzida
Agora que sabemos que o CO é o limitante, vamos calcular quantos mols de metanol podem ser produzidos.
  1. Relacionar mols de CO com mols de metanol:
    • Pela equação balanceada, 1 mol de CO produz 1 mol de metanol.
    • Portanto, 13,04 mol de CO produzem 13,04 mol de metanol.
  2. Calcular a massa molar do metanol ( CH3OH):
    • C: 12 g/mol
    • H: 4 × 1 g/mol = 4 g/mol
    • O: 16 g/mol
    • Total: 12 + 4 + 16 = 32,g/mol
  3. Calcular a massa de metanol:
    Massa de metanol = 13,04,mol times 32,g/mol approx 417,28,g
Portanto, podemos produzir aproximadamente 417,28 gramas de metanol.

Passo 5

d) Determinando a massa do reagente em excesso que sobra
Sabemos que o H₂ não é totalmente consumido. Vamos calcular quanto sobra.
  1. Quantidade de H₂ necessária:
    • Para 13,04 mol de CO, precisamos de 13,04 times 2 = 26,08,mol de H₂.
  2. Quantidade de H₂ disponível:
    • Tínhamos 32,5 mol de H₂.
  3. Calcular o excesso de H₂:
    Excesso de H₂ = 32,5,mol - 26,08,mol = 6,42,mol
  4. Converter o excesso de H₂ para massa:
    Massa de H₂ = 6,42,mol times 2,g/mol = 12,84,g
Então, depois da reação, 12,84 gramas de H₂ permanecem.

Resposta

a) A equação balanceada é CO + 2,H2 CH3OH.
b) O reagente limitante é o monóxido de carbono (CO).
c) A massa de metanol produzida é aproximadamente 417,28 gramas.
d) Sobra 12,84 gramas de hidrogênio (H₂).

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