12- Em um recipiente fechado existem 100 g de ferro, 100 g de água e 100 g de oxigênio. Supondo que ocorra a reação representada abaixo, qual(is) é (são) o(s) reagente(s) limitante(s)?
.
Passo 1
O enunciado dá a reação
e informa que, num recipiente fechado, existem
g de cada um dos reagentes:
,
e
. A pergunta é: qual(is) é (são) o(s) reagente(s) limitante(s)?
Informações dadas:
Passo 2
O que precisamos fazer: transformar as massas em número de mols e comparar com a estequiometria. Vou explicar a ideia usada (passo a passo e didático):
- Definição de mol e molaridade aqui não é necessária; o importante é que para reagentes sólidos ou gasosos usamos o número de mols
, dado por
- A massa molar de uma substância é a soma das massas atômicas dos elementos na molécula (ou do átomo, no caso de um elemento). Vou usar os valores aproximados típicos:
, , . - Portanto, as massas molares que precisamos:
- Depois de calcular
para cada reagente, para decidir o reagente limitante usamos a razão entre o número de mols disponível e o coeficiente estequiométrico da equação. Para cada reagente com coeficiente e mols , definimos
onde
é a máxima “extensão de reação” que aquele reagente permitiria sozinho. O reagente que fornece o menor
é o reagente limitante (porque se ele se esgota primeiro, a reação não pode avançar mais).
Passo 3
Calcular o número de mols de cada reagente usando
.
Para
:
Para
:
Para
:
(Usei as massas molares indicadas no passo anterior; essas divisões são simples e podem ser feitas com uma calculadora da prova ou estimadas se necessário.)
Passo 4
Agora aplicamos a comparação estequiométrica. Os coeficientes na equação são
,
,
. Calculamos
Quem tiver o menor valor de
limita a reação.
Passo 5
Calcular cada
:
Para
:
Para
:
Para
:
Comparando os três valores:
O menor é
. Logo o ferro é o reagente que se esgota primeiro.
Passo 6
Conclusão e interpretação prática: com
g de cada reagente, o ferro (
) limita a reação — ou seja, a quantidade de produto formado será determinada pela quantidade de
disponível. Água e oxigênio estarão em excesso nesse caso.
Resposta
Apenas o ferro (
).