Uma mistura contendo apenas
pesa
. Quando aquecido em fluxo de hidrogênio, o
não se modifica, mas o
é convertido em ferro e vapor dágua. Se o residuo pesa
qual a percentagem em massa de óxido de alumínio na mistura original? (2,0)
Passo 1
Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre uma mistura que tem dois óxidos:
(óxido de alumínio) e
(óxido de ferro). A mistura pesa 4,00 g. Quando a gente aquece essa mistura em um fluxo de hidrogênio, o
não muda, mas o
se transforma em ferro e vapor d’água. Após esse processo, o resíduo pesa 3,20 g. O que precisamos descobrir é qual a porcentagem em massa de óxido de alumínio na mistura original.
Vamos precisar usar conceitos de reações químicas, especialmente de redução, e cálculos de porcentagem em massa. Além disso, vamos mexer com algumas fórmulas químicas e conversões de massa.
Passo 2
Primeiro, vamos definir o que temos:
- Massa total da mistura original: 4,00 g
- Massa do resíduo após a reação: 3,20 g
A mistura original é composta de
e
. Vamos chamar:
- Massa de
na mistura: - Massa de
na mistura:
Como a massa total é 4,00 g, temos:
Passo 3
Agora, vamos analisar o que acontece durante a reação. O
não muda, então sua massa permanece a mesma no resíduo. Já o
é reduzido a ferro (
) e libera vapor d’água (
).
A massa do resíduo após a reação é composta apenas pelo
e pelo ferro formado a partir do
.
Então, temos:
Onde
é a massa de ferro formada.
Dado que a massa do resíduo é 3,20 g:
Passo 4
A diferença de massa entre a mistura original e o resíduo é devido ao vapor d’água formado. Vamos calcular essa perda de massa:
Essa perda de 0,80 g corresponde à massa de
formada.
Passo 5
Agora, vamos escrever a equação química da redução do
:
Essa equação mostra que 1 mol de
produz 3 mols de
. Vamos usar essa relação para encontrar a massa de
que reagiu.
Passo 6
Primeiro, vamos calcular a massa molar de
:
- Hidrogênio (H): 1 g/mol
- Oxigênio (O): 16 g/mol
Então:
Como a perda de massa foi de 0,80 g e isso corresponde à massa de
, vamos calcular quantos mols de
foram formados:
Passo 7
Pela equação química, sabemos que 3 mols de
são produzidos a partir de 1 mol de
. Vamos usar essa proporção para encontrar os mols de
que reagiram:
Passo 8
Agora, vamos calcular a massa de
que reagiu. Primeiro, encontramos a massa molar de
:
- Ferro (Fe): 55,85 g/mol
- Oxigênio (O): 16 g/mol
Então:
Agora, multiplicamos pelos mols que reagiram:
Passo 9
Sabemos que a massa total da mistura original é 4,00 g, e que a massa de
é aproximadamente 2,366 g. Agora, podemos encontrar a massa de
:
Passo 10
Finalmente, para encontrar a porcentagem em massa de óxido de alumínio na mistura original, usamos a fórmula:
Substituindo os valores:
Resposta
A percentagem em massa de óxido de alumínio (
) na mistura original é aproximadamente 40,85%.