O gás metano pode ser obtido pela seguinte reação (equação não balanceada):
Quando
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:
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:
-
Cloro (Cl): 3 do CHCl₃ à esquerda e 1 no Zn(OH)Cl à direita. Colocando 3 Zn(OH)Cl:
-
Zinco (Zn): 1 à esquerda e 3 à direita. Ajustando o coeficiente do Zn à esquerda:
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:
-
Zn:
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:
- 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:
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:
Passo 7
Finalmente, vamos calcular o rendimento da reação usando a fórmula:
Substituindo os valores:
Resposta
O rendimento da reação é de aproximadamente 90,3 %.