Considere a combustão do butano, o combustível de isqueiros descartáveis:
2 \mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{10(l)}+13 \mathrm{O}_{2(g)} \rightarrow 8 \mathrm{CO}_{2(g)}+10 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}_{(g)}
Calcule a massa de \mathrm{CO}_{2} produzida quando 1,00 grama de \mathrm{C}_{4} \mathrm{H}_{10} é queimado.

Passo 1

O que o enunciado pede e os dados fornecidos:
  • Pede a massa de \mathrm{CO}_2 produzida quando 1{,}00\\ \text{g} de \mathrm{C_4H_{10}} é completamente queimado.
  • A reação balanceada é
2\mathrm{C}_{4}\mathrm{H}_{10(l)}+13\mathrm{O}_{2(g)} \rightarrow 8\mathrm{CO}_{2(g)}+10\mathrm{H}_{2}\mathrm{O}_{(g)}.
  • Informações implícitas que vamos usar:
    • Considera-se que há oxigênio em excesso (ou seja, o butano é o reagente limitante).
    • Precisamos usar estequiometria e massas molares para converter massa de butano em massa de \mathrm{CO}_2.

Passo 2

Entendendo a estequiometria (a “receita” da reação):
  • A equação mostra que 2 mol de \mathrm{C_4H_{10}} produzem 8 mol de \mathrm{CO}_2.
  • Então, por proporção, 1 mol de \mathrm{C_4H_{10}} produz 4 mol de \mathrm{CO}_2, porque
\frac{8\\ \text{mol }\mathrm{CO}_2}{2\\ \text{mol }\mathrm{C_4H_{10}}}=4.
Isso é a base da conversão molar entre reagente e produto.

Passo 3

Calcular as massas molares (explicando o que é massa molar):
  • Massa molar é a massa de 1 mol de uma substância; para compostos soma-se as massas atômicas dos átomos.
  • Para \mathrm{C_4H_{10}}:
    • cada átomo de carbono tem massa aproximada 12{,}01\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}};
    • cada hidrogênio tem 1{,}008\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
    • Portanto,
M(\mathrm{C_4H_{10}})=4\times 12{,}01 + 10\times 1{,}008.
Em números:
M(\mathrm{C_4H_{10}})=48{,}04 + 10{,}08 = 58{,}12\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
  • Para \mathrm{CO}_2:
    • carbono 12{,}01, oxigênio 16{,}00 (cada),
M(\mathrm{CO}_2)=12{,}01 + 2\times 16{,}00 = 44{,}01\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.

Passo 4

Converter a massa de butano em número de mols (usando a definição de mol):
  • Fórmula usada: \;n=\dfrac{m}{M}\;, onde n é o número de mols, m a massa dada e M a massa molar.
  • Para \mathrm{C_4H_{10}}:
n(\mathrm{C_4H_{10}})=\dfrac{1{,}00\\ \mathrm{g}}{58{,}12\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}}.
  • Calculando:
n(\mathrm{C_4H_{10}})=0{,}01720\\ \mathrm{mol}\quad(\text{mantendo casas decimais para cálculo}).á

Passo 5

Usar a estequiometria para achar os mols de \mathrm{CO}_2:
  • Sabemos que 1 mol de \mathrm{C_4H_{10}} gera 4 mol de \mathrm{CO}_2.
  • Então
n(\mathrm{CO}_2)=4\times n(\mathrm{C_4H_{10}})=4\times 0{,}01720.
  • Portanto
n(\mathrm{CO}_2)=0{,}06879\\ \mathrm{mol}.

Passo 6

Converter os mols de \mathrm{CO}_2 em massa:
  • Fórmula: m=n\times M.
  • Usando M(\mathrm{CO}_2)=44{,}01\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}},
m(\mathrm{CO}_2)=0{,}06879\\ \mathrm{mol}\times 44{,}01\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
  • Calculando:
m(\mathrm{CO}_2)=3{,}027\\ \mathrm{g}.
  • Ajustando algarismos significativos: a massa inicial 1{,}00\\ \mathrm{g} tem três algarismos significativos, então a resposta final deve ter três algarismos significativos: 3{,}03\\ \mathrm{g}.

Passo 7

Resumo rápido (como aplicar isso numa prova):
  • Escreva a reação balanceada e identifique a proporção entre mols do reagente e do produto.
  • Calcule a massa molar do reagente e do produto somando massas atômicas.
  • Converta a massa inicial em mols, use a razão estequiométrica para obter mols do produto e converta para massa do produto.
  • Sempre verifique algarismos significativos no final.

Resposta

3{,}03\\ \mathrm{g}

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