Uma célula a combustível consome 2 mols de
e 1 mol de
para gerar 48 kWh de energia. Se um sistema possui 50 mols de
e 30 mols de
, qual é o reagente limitante?
Passo 1
O enunciado pergunta qual é o reagente limitante no sistema. As informações fornecidas são:
- A reação balanceada é
- A célula consome
mol de e mol de para gerar kWh (essa relação confirma a estequiometria ). - O sistema possui
mol de e mol de .
A partir disso, precisamos decidir qual dos dois reagentes será totalmente consumido primeiro (reagente limitante).
Passo 2
Explicação do conceito (didática): o reagente limitante é aquele que, seguindo a proporção estequiométrica da reação, se esgota antes do outro reagente. Para descobrir isso fazemos uma comparação entre a razão de moles disponível e a razão de moles exigida pela equação balanceada.
Passo 3
Analisando a estequiometria: da reação temos a razão estequiométrica
Isto significa que, para cada
mol de
precisamos de
mol de
; ou visto de outro modo, para cada
mol de
precisamos de
mol de
.
Passo 4
Calculemos quanto de
seria necessário para consumir totalmente os
mol de
disponíveis. Usando a razão
, cada
mol de
exige
mol de
. Logo,
Comparando com o que há disponível (
mol de
), vemos que há mais
do que o necessário para consumir todo o
.
Passo 5
Agora calculemos quanto de
seria necessário para consumir totalmente os
mol de
disponíveis. Pela mesma razão,
Comparando com o que há disponível (
mol de
), vemos que faltam
mol de
para reagir com todo o
.
Passo 6
Conclusão lógica: como para consumir todo o
seriam necessários
mol de
mas só há
mol, o
vai se esgotar primeiro. Alternativamente, vimos no Passo 4 que há O
suficiente (
mol) para consumir os
mol de H
(só seriam necessários
mol), então o
está em excesso e o
é o limitante.
Passo 7
Extra (opcional, útil para prova): quantidade de
que sobra quando o
se esgota:
Também podemos calcular a energia máxima gerada, usando a informação de que
mol de
geram
kWh: energia por mol de
é
kWh/mol, então com
mol de
obtém-se
kWh (confirma que H
limita a produção de energia a esse valor).