04 - (Mackenzie SP)
O alumínio em pó é um sólido inflamável e pode ser utilizado para obtenção de titânio metálico, a partir do seu óxido, no processo denominado de aluminotermia, como mostra a equação química abaixo, NÃO BALANCEADA.
Dado: Massa molar em g/mol
e
De acordo com a equação e as informações citadas, é correto afirmar que
a) o processo é endotérmico e o alumínio atua como agente oxidante.
b) o processo é exotérmico e o dióxido de titânio atua como agente redutor.
c) o valor da soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento da equação dada é dez.
d) reagindo-se 720 kg de dióxido de titânio com 324 kg de alumínio, obtém-se 432 kg de titânio metálico, admitindo-se
de rendimento.
e) o óxido de alumínio é um exemplo de óxido ácido.
De acordo com a equação e as informações citadas, é correto afirmar que
a) o processo é endotérmico e o alumínio atua como agente oxidante.
b) o processo é exotérmico e o dióxido de titânio atua como agente redutor.
c) o valor da soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento da equação dada é dez.
d) reagindo-se 720 kg de dióxido de titânio com 324 kg de alumínio, obtém-se 432 kg de titânio metálico, admitindo-se
e) o óxido de alumínio é um exemplo de óxido ácido.
Passo 1
O enunciado dá a reação não balanceada
e fornece massas molares (em g/mol):
,
,
.
As perguntas implícitas (cada alternativa) que precisamos analisar são:
- a) A reação é endotérmica e o alumínio atua como agente oxidante?
- b) A reação é exotérmica e o
atua como agente redutor? - c) A soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento é
? - d) Reagindo
de com de Al obtém-se de Ti (rend. )? - e) O
é um óxido ácido?
Vou analisar cada ponto passo a passo, explicando a teoria necessária para você entender e conseguir resolver questões parecidas na prova. Força aí — vamos com calma que dá para entender tudo.
Passo 2
Interpretação do sinal de
(exo/endo)
- Se
, a reação libera calor para o ambiente; esse é o sinal de uma reação exotérmica. - Se
, a reação absorve calor; é endotérmica.
Aqui o enunciado diz
, portanto a reação é exotérmica. Assim a primeira parte da alternativa (a) que diz “endotérmico” está incorreta, e qualquer alternativa que afirme “endotérmico” é falsa.
Passo 3
Como identificar agente oxidante e agente redutor: revisão rápida e didática
- Oxidação é perda de elétrons (aumenta o nº de oxidação).
- Redução é ganho de elétrons (diminui o nº de oxidação).
- Agente redutor é a espécie que doa elétrons (ela própria é oxidada).
- Agente oxidante é a espécie que aceita elétrons (ela própria é reduzida).
Vamos atribuir números de oxidação aos elementos na reação proposta:
- Em
: oxigênio normalmente é . Como há dois oxigênios, soma . Para a molécula ser neutra, deve ser . Então passa de (em ) para (em metálico) — isso é redução (ganho de elétrons). - Em
metálico: estado . Em , alumínio normalmente é . Então Al vai de para — isso é oxidação (perda de elétrons).
Conclusão: o alumínio é oxidado (alimenta elétrons), logo o alumínio é o agente redutor; o
é reduzido e, portanto, atua como agente oxidante. Assim a alternativa (b) que diz que
é agente redutor está errada; a alternativa (a) que diz que Al é agente oxidante também está errada.
Passo 4
Balanceamento da equação — método e desenvolvimento passo a passo
Queremos os menores coeficientes inteiros que equilibrem átomos de Ti, Al e O.
Queremos os menores coeficientes inteiros que equilibrem átomos de Ti, Al e O.
Escrevendo coeficientes genéricos:
Balanceando elemento a elemento:
- Titânio:
. - Alumínio:
(pois tem 2 Al por molécula). - Oxigênio:
(pois moléculas de fornecem átomos O; produto tem átomos O).
Escolhemos o menor inteiro
que torne
inteiro: a menor solução inteira para
é pegar
, porque
e
dá
. Então:
-
então . -
então .
Logo a equação balanceada mínima é:
Isso também é fácil de checar contando átomos: Ti:
, Al:
, O:
.
Passo 5
Resposta sobre a alternativa (c) — soma dos coeficientes
A soma dos menores coeficientes inteiros aqui é . Calculemos:
A soma dos menores coeficientes inteiros aqui é
Portanto a afirmação "(c) a soma é dez" é falsa (na verdade é
).
Passo 6
Cálculo estequiométrico para a alternativa (d) — massa molar e raciocínio
Primeiro calculemos massas molares necessárias (em g/mol). Vou mostrar como montar:
Primeiro calculemos massas molares necessárias (em g/mol). Vou mostrar como montar:
-
: massa molar .
- Alumínio:
. - Titânio metálico:
.
Observe pela equação balanceada que
mol de
produzem
mol de
. Portanto, por mol de
, obtém-se
mol de
. Em termos de massa:
- De cada
mol de (que pesa ) obtém-se mol de Ti (que pesa ). - Logo a razão massa de Ti produzida por massa de
é
Se reagirmos
de
, a massa máxima teórica de Ti é
Então a parte da alternativa (d) que diz
está coerente, desde que haja alumínio suficiente.
Agora verificar se
de Al é a quantidade estequiométrica necessária:
Usando a equação balanceada, para cada mol de
(massa
) são necessários
mol de Al (massa
). Assim a razão massa de Al por massa de
é
Usando a equação balanceada, para cada
Para
de
a massa de Al necessária é
Portanto
de Al é exatamente a quantidade estequiométrica necessária para reagir com
de
. Com rendimento
e reagentes na proporção estequiométrica, obtém-se mesmo
de Ti. Logo a alternativa (d) está correta em todos os pontos.
Passo 7
Comentário sobre a alternativa (e) — natureza de
Precisamos saber o caráter ácido/base de óxidos:
Precisamos saber o caráter ácido/base de óxidos:
- Óxidos metálicos simples costumam ser básicos (por exemplo,
básico). - Óxidos de elementos não metálicos costumam ser ácidos (por exemplo,
ácido). - Alguns óxidos são anfóteros: reagem tanto com ácidos quanto com bases.
é clássico exemplo de óxido anfótero (ou seja, possui caráter tanto ácido quanto básico), não é exclusivamente óxido ácido.
Portanto a afirmação “(e) o óxido de alumínio é um exemplo de óxido ácido” é incorreta — o correto é chamá-lo de óxido anfótero.
Passo 8
Resumo das avaliações das alternativas (sem repetir o rótulo final)
- (a) Incorreta:
indica exotérmico (não endotérmico) e Al é agente redutor (não oxidante). - (b) Incorreta: a reação é exotérmica (ok) mas
é agente oxidante (não redutor). - (c) Incorreta: soma dos menores coeficientes é
, não . - (d) Correta: os cálculos estequiométricos (massa molar e proporções) confirmam que com
de e de Al, a massa de Ti obtida a de rendimento é . - (e) Incorreta:
é anfótero, não um óxido exclusivamente ácido.
Resposta
d)