O metano (CH4)(CH_4)(CH4) reage com gás oxigênio, formando dióxido de carbono e água.
a) Monte a equação química.
b) Balanceie a equação.
c) Classifique o tipo de reação.

Passo 1

O enunciado afirma que o metano reage com gás oxigênio formando dióxido de carbono e água, e pede três coisas:
  • (a) montar a equação química (esqueleto da reação);
  • (b) balancear a equação;
  • (c) classificar o tipo de reação.
Informações fornecidas diretamente pelo enunciado:
  • Reagentes: metano e oxigênio (gás);
  • Produtos: dióxido de carbono e água.
Nada mais foi dado. A partir disso vamos escrever a equação e balanceá‑la obedecendo à conservação de átomos.

Passo 2

Primeiro escrevemos a equação química “esqueleto” (sem coeficientes estequiométricos, apenas mostrando quem reage e quem se forma). Em notação química:
\mathrm{CH_4} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}
Isto responde a parte (a). Agora vamos balancear: isto significa escolher coeficientes inteiros na frente de cada espécie de modo que o número de átomos de cada elemento seja igual em ambos os lados da seta.

Passo 3

Vamos usar o método algébrico didático: atribuir coeficientes desconhecidos às espécies e escrever as equações de conservação de átomos.
Colocando coeficientes:
a\,\mathrm{CH_4} + b\,\mathrm{O_2} \rightarrow c\,\mathrm{CO_2} + d\,\mathrm{H_2O}
Agora escrevemos uma equação para cada elemento (contando quantos átomos de cada elemento aparecem, multiplicando pelos coeficientes).

Passo 4

Contagem de átomos e equações de conservação:
  • Carbono (C): à esquerda há a átomos de C (cada \mathrm{CH_4} tem 1 C); à direita há c átomos de C (cada \mathrm{CO_2} tem 1 C). Logo
a = c.
  • Hidrogênio (H): à esquerda há 4a átomos de H (cada \mathrm{CH_4} tem 4 H); à direita cada \mathrm{H_2O} tem 2 H, então há 2d. Logo
4a = 2d.
  • Oxigênio (O): à esquerda cada \mathrm{O_2} tem 2 átomos de O, logo 2b átomos; à direita \mathrm{CO_2} tem 2 O cada (total 2c) e \mathrm{H_2O} tem 1 O cada (total d). Logo
2b = 2c + d.
Temos então o sistema de equações lineares:
\begin{cases} a = c,\\[2pt] 4a = 2d,\\[2pt] 2b = 2c + d. \end{cases}]

Passo 5

Para resolver, escolhemos um valor conveniente para um coeficiente livre (isto evita a solução trivial todos zeros). Normalmente fixamos a=1 (uma molécula de metano), porque faz sentido físico e simplifica os cálculos.
Com a=1:
  • Da primeira equação a = c obtemos
c = 1.
  • Da segunda equação 4a = 2d substituindo a=1:
4\cdot 1 = 2d \quad\Rightarrow\quad d = \frac{4}{2} = 2.
  • Agora a terceira equação 2b = 2c + d com c=1 e d=2:
2b = 2\cdot 1 + 2 = 4 \quad\Rightarrow\quad b = \frac{4}{2} = 2.
Assim obtemos os coeficientes inteiros mínimos:
a=1,\qquad b=2,\qquad c=1,\qquad d=2.

Passo 6

Substituindo os coeficientes na equação inicial, a equação balanceada é:
\mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}
Vamos checar fazendo a contagem de átomos final (confirmação rápida):
  • Carbono: esquerda 1, direita 1 (ok).
  • Hidrogênio: esquerda 4, direita 2\times 2 = 4 (ok).
  • Oxigênio: esquerda 2\times 2 = 4, direita 2 (em \mathrm{CO_2}) + 2\times 1 = 2 (em 2\mathrm{H_2O}) total 4 (ok).
Isso responde a parte (b). Observação prática para prova: ao balancear hidrocarbonetos na combustão, normalmente:
  • balanceie primeiro o C (ajustando \mathrm{CO_2});
  • depois H (ajustando \mathrm{H_2O});
  • por fim ajuste o \mathrm{O_2} para balancear o oxigênio total; se aparecer fração, multiplique todos os coeficientes para obter inteiros mínimos.

Passo 7

Classificação da reação (parte (c)):
  • É uma reação de combustão: definição prática — um hidrocarboneto ( \mathrm{CH_4}) reage com oxigênio formando \mathrm{CO_2} e \mathrm{H_2O}. Portanto classifica‑se como combustão completa.
  • Também é uma reação de oxidação‑redução (redox): o carbono em \mathrm{CH_4} tem número de oxidação -4 e em \mathrm{CO_2} passa para +4 (houve oxidação do carbono); o oxigênio elementar \mathrm{O_2} (nox 0) passa a ter nox -2 em produtos (houve redução do oxigênio). Logo é uma reação redox cuja classificação mais informativa e usual é “combustão (oxirredução)”.

Resposta

(a) \mathrm{CH_4} + \mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + \mathrm{H_2O}
(b) \mathrm{CH_4} + 2\,\mathrm{O_2} \rightarrow \mathrm{CO_2} + 2\,\mathrm{H_2O}
(c) Reação de combustão (completa); também é uma reação de oxidação‑redução (redox).

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