O metanol, CH3 OH, usado como combustível, pode ser produzido pela reação de monóxido de carbono com hidrogênio. CO(g)+2 H2(g) CH3 OH(l). Suponha que 356 g de CO e 65,0 g de H2 sejam misturados e se permite que reajam.
a) Qual a massa de metanol pode ser produzida?
b) Qual a massa de reagente em excesso sobra quando todo o reagente limitante é consumido?

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão juntos! A gente tem uma reação química onde monóxido de carbono ( CO) reage com hidrogênio ( H2) para formar metanol ( CH3OH). A equação da reação é:
CO(g) + 2,H2(g) CH3OH(l)
Nos foram dadas 356 g de CO e 65,0 g de H2 que vão reagir. Vamos precisar usar a estequiometria, que é a parte da química que nos ajuda a calcular as quantidades de reagentes e produtos nas reações químicas. Vamos precisar converter as massas dadas em mols, descobrir qual reagente vai acabar primeiro (o limitante) e depois calcular quanto de metanol será produzido e quanto do reagente em excesso vai sobrar.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a massa molar de cada substância envolvida na reação:
  • CO:
    • C (Carbono) = 12,01 g/mol
    • O (Oxigênio) = 16,00 g/mol
    • Massa molar de CO: 12,01 + 16,00 = 28,01,g/mol
  • H2:
    • H (Hidrogênio) = 1,008 g/mol (cada átomo)
    • Massa molar de H2: 1,008 times 2 = 2,016,g/mol
  • CH3OH:
    • C = 12,01 g/mol
    • H (4 átomos) = 1,008 times 4 = 4,032,g/mol
    • O = 16,00 g/mol
    • Massa molar de CH3OH: 12,01 + 4,032 + 16,00 = 32,042,g/mol
Agora, vamos converter as massas dos reagentes em mols usando a fórmula:
Mols = Massa (g)Massa molar (g/mol)
  • Mols de CO:
    356,g28,01,g/mol approx 12,71,mol
  • Mols de H2:
    65,0,g2,016,g/mol approx 32,23,mol

Passo 3

Agora, vamos identificar qual dos reagentes é o limitante, ou seja, qual vai acabar primeiro e, portanto, vai determinar a quantidade de produto formado.
A equação balanceada nos diz que:
1,mol CO + 2,mol H2 1,mol CH3OH
Isso significa que para cada mol de CO, precisamos de 2 mols de H2. Vamos verificar se temos H2 suficiente para reagir com todo o CO disponível:
  • Mols de H2 necessários:
    12,71,mol CO times 2 = 25,42,mol H2
  • Mols de H2 disponíveis:
    32,23,mol
Como temos 32,23 mols de H2 e precisamos apenas de 25,42 mols, o CO é o reagente limitante. Isso significa que todo o CO vai reagir e vai determinar a quantidade de metanol que pode ser formada.

Passo 4

Agora que sabemos que o CO é o reagente limitante, vamos calcular a massa de metanol ( CH3OH) que pode ser produzida. Pela estequiometria da reação, 1 mol de CO produz 1 mol de CH3OH. Portanto:
  • Mols de CH3OH produzidos:
    12,71,mol CO times 1 = 12,71,mol CH3OH
  • Massa de CH3OH produzida:
    12,71,mol times 32,042,g/mol approx 407,1,g

Passo 5

Por último, vamos calcular quanto do reagente em excesso ( H2) vai sobrar depois que todo o CO for consumido.
  • Mols de H2 utilizados:
    12,71,mol CO times 2 = 25,42,mol H2
  • Mols de H2 que sobraram:
    32,23,mol - 25,42,mol = 6,81,mol
  • Massa de H2 que sobra:
    6,81,mol times 2,016,g/mol approx 13,73,g

Resposta

a) A massa de metanol que pode ser produzida é aproximadamente 407,1 gramas.
b) A massa de H2 que sobra, ou seja, o reagente em excesso, é aproximadamente 13,73 gramas.

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