O gás metano pode ser obtido pela seguinte reação (equação não balanceada):
CHCl3+Zn+H2 O CH4+Zn(OH) Cl
Quando 50,0 g de clorofórmio foram colocados para reagir com 100 g de zinco e água em excesso, foram obtidos 6,09 g de metano. Calcule o rendimento da reação.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício juntos! A gente tem uma reação química onde o clorofórmio (CHCl₃) reage com zinco (Zn) e água (H₂O) para formar metano (CH₄) e um composto de zinco. O objetivo aqui é calcular o rendimento dessa reação, ou seja, quanto do metano esperado a gente realmente conseguiu produzir. Vamos precisar usar conceitos de estequiometria, como balanceamento de equações químicas, cálculo de moles e determinação do reagente limitante.

Passo 2

Primeiro, vamos balancear a equação química. Isso significa ajustar os coeficientes para que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo dos dois lados da seta. A equação não está balanceada:
CHCl3 + Zn + H2O CH4 + Zn(OH)Cl
Vamos balancear:
  • Carbono ©: 1 em ambos os lados.
  • Hidrogênio (H): À esquerda temos 1 do CHCl₃ + 2 do H₂O = 3. À direita, 4 do CH₄ + 1 no Zn(OH)Cl = 5. Vamos ajustar o H₂O:
    Colocando 2 H₂O:
    CHCl3 + Zn + 2H2O CH4 + Zn(OH)Cl
  • Cloro (Cl): 3 do CHCl₃ à esquerda e 1 no Zn(OH)Cl à direita. Colocando 3 Zn(OH)Cl:
    CHCl3 + Zn + 2H2O CH4 + 3Zn(OH)Cl
  • Zinco (Zn): 1 à esquerda e 3 à direita. Ajustando o coeficiente do Zn à esquerda:
    CHCl3 + 3Zn + 2H2O CH4 + 3Zn(OH)Cl
Agora a equação está balanceada.

Passo 3

Vamos calcular as massas molares dos reagentes e produtos envolvidos:
  • CHCl₃ (Clorofórmio):
    • C: 12,01 g/mol
    • H: 1,01 g/mol
    • Cl: 35,45 g/mol × 3 = 106,35 g/mol
    • Total: 12,01 + 1,01 + 106,35 = 119,37 g/mol
  • Zn (Zinco): 65,38 g/mol
  • CH₄ (Metano):
    • C: 12,01 g/mol
    • H: 1,01 g/mol × 4 = 4,04 g/mol
    • Total: 16,05 g/mol

Passo 4

Agora, vamos calcular quantos moles temos de cada reagente:
  • CHCl₃:
    50,0 g119,37 g/mol approx 0,420 mol
  • Zn:
    100,0 g65,38 g/mol approx 1,53 mol

Passo 5

Vamos identificar o reagente limitante, ou seja, aquele que vai determinar a quantidade máxima de produto que pode ser formado. Olhando para a equação balanceada:
CHCl3 + 3Zn + 2H2O CH4 + 3Zn(OH)Cl
  • Para cada 1 mol de CHCl₃, precisamos de 3 mols de Zn.
Vamos ver quanto Zn seria necessário para os 0,420 mols de CHCl₃:
0,420 mol CHCl3 times 3 mol Znmol CHCl3 = 1,26 mol Zn
Temos 1,53 mols de Zn disponíveis, que é mais que suficiente. Então, o CHCl₃ é o reagente limitante.

Passo 6

Vamos calcular a massa teórica de CH₄ que poderia ser formada a partir do CHCl₃ limitante.
A partir da equação, 1 mol de CHCl₃ produz 1 mol de CH₄. Então, 0,420 mols de CHCl₃ produziriam 0,420 mols de CH₄.
Agora, convertendo isso para gramas:
0,420 mol times 16,05 gmol approx 6,74 g de CH4

Passo 7

Finalmente, vamos calcular o rendimento da reação usando a fórmula:
Rendimento (%) = ( Rendimento RealRendimento Teórico ) times 100 ó
Substituindo os valores:
Rendimento (%) = ( 6,09 g6,74 g ) times 100 approx 90,32%

Resposta

O rendimento da reação é de aproximadamente 90,3 %.

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