1. O cobre reage com ácido sulfúrico de acordo com a seguinte reação:
2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{SO}_{4}+\mathrm{Cu} \rightarrow \mathrm{CuSO}_{4}+2 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}+\mathrm{SO}_{2}
Quantos gramas de dióxido de enxofre são criados por essa reação se 14,2 \mathrm{~g} de cobre reagem com 18,0 \mathrm{~g} de ácido sulfúrico?

Passo 1

O enunciado dá a reação
2\mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}+\mathrm{Cu}\rightarrow \mathrm{CuSO}_{4}+2\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}+\mathrm{SO}_{2}
e fornece as massas iniciais:
\text{massa de Cu} = 14,2\\ \mathrm{g}
\text{massa de } \mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4} = 18,0\\ \mathrm{g}
A pergunta é: quantos gramas de dióxido de enxofre ( \mathrm{SO_{2}}) são formados por essa reação?
Listei aqui as informações relevantes:
  • Equação química balanceada (já está balanceada no enunciado).
  • Massas iniciais de reagentes: \mathrm{Cu} e \mathrm{H_{2}SO_{4}}.
  • Objetivo: massa de \mathrm{SO_{2}} produzida.

Passo 2

Conceitos e estratégia (pequena aula prática):
  • Para passar de massa para quantidade de substância usamos o conceito de mol. A relação é
n=\dfrac{m}{M}
onde n é o número de mols, m a massa (em gramas) e M a massa molar (em \mathrm{g\cdot mol^{-1}}). A massa molar é a soma das massas atômicas dos elementos na fórmula química (usamos valores aproximados fáceis para conta de prova: \mathrm{Cu}=63,5, \mathrm{H}=1, \mathrm{S}=32, \mathrm{O}=16, todas em \mathrm{g\cdot mol^{-1}}).
  • Precisamos descobrir qual reagente é o limitante (aquele que acaba primeiro) usando as proporções estequiométricas da reação. O reagente limitante determina quanto de produto pode ser formado.
  • Depois de achar o reagente limitante, usamos a razão estequiométrica para calcular os mols de \mathrm{SO_2} produzidos e, finalmente, convertê-los em gramas.
Vou calcular as massas molares necessárias:
M(\mathrm{H_{2}SO_{4}})=2\cdot 1 + 32 + 4\cdot 16 = 98\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}
M(\mathrm{SO_{2}})=32 + 2\cdot 16 = 64\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}
M(\mathrm{Cu})=63,5\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}

Passo 3

Calcular os mols de cada reagente:
  • Mols de cobre:
n(\mathrm{Cu})=\dfrac{m(\mathrm{Cu})}{M(\mathrm{Cu})}=\dfrac{14,2}{63,5}=0,2236\\ \text{mol}\quad(\text{aprox.})
  • Mols de ácido sulfúrico:
n(\mathrm{H_{2}SO_{4}})=\dfrac{m(\mathrm{H_{2}SO_{4}})}{M(\mathrm{H_{2}SO_{4}})}=\dfrac{18,0}{98}=0,1837\\ \text{mol}\quad(\text{aprox.})
Expliquei cada divisão para que você consiga reproduzir na prova.

Passo 4

Determinar o reagente limitante usando a estequiometria da reação:
  • A reação mostra que são necessários 2 mol de \mathrm{H_{2}SO_{4}} para reagir com 1 mol de \mathrm{Cu}. Portanto, para consumir todo o cobre disponível precisaríamos de
\text{H}_{2}\text{SO}_{4}\\ \text{necessário} = 2\cdot n(\mathrm{Cu}) = 2\cdot 0,2236 = 0,4472\\ \text{mol}á
mas só temos 0,1837\\ \text{mol} de \mathrm{H_{2}SO_{4}}, logo falta \mathrm{H_{2}SO_{4}}. Assim, \mathrm{H_{2}SO_{4}} é o reagente limitante.
  • (Verificação alternativa: quantos mols de Cu seriam necessários para reagir com todo o \mathrm{H_{2}SO_{4}} disponível?)
n(\mathrm{Cu})_{\text{necessário}}=\dfrac{n(\mathrm{H_{2}SO_{4}})}{2}=\dfrac{0,1837}{2}=0,09185\\ \text{mol}á
como isso é menor que os 0,2236\\ \text{mol} de \mathrm{Cu} que temos, confirma-se que \mathrm{H_{2}SO_{4}} é o limitante.

Passo 5

Calcular os mols de \mathrm{SO_{2}} formados a partir do reagente limitante:
  • Pela equação, 2 mol de \mathrm{H_{2}SO_{4}} produzem 1 mol de \mathrm{SO_{2}}. Assim
n(\mathrm{SO_{2}})=\dfrac{n(\mathrm{H_{2}SO_{4}})}{2}=\dfrac{0,1837}{2}=0,09185\\ \text{mol}
Outro jeito de ver: 1 mol de \mathrm{Cu} produz 1 mol de \mathrm{SO_{2}}, mas como o \mathrm{H_{2}SO_{4}} limita, a quantidade de \mathrm{SO_{2}} é determinada por ele (a conta acima é a correta).

Passo 6

Converter os mols de \mathrm{SO_{2}} para massa:
m(\mathrm{SO_{2}})=n(\mathrm{SO_{2}})\cdot M(\mathrm{SO_{2}})=0,09185\cdot 64=5,8784\\ \mathrm{g}
Agora arredondamento: como os dados do enunciado têm três algarismos significativos ( 14,2 e 18,0), o resultado final deve ter três algarismos significativos. Portanto:
m(\mathrm{SO_{2}})\approx 5,88\\ \mathrm{g}

Resposta

5,88\\ \mathrm{g} de \mathrm{SO_{2}}

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