(2,0 pontos) O óxido de ferro(III) (
) pode ser reduzido a ferro metálico (Fe) na presença de monóxido de carbono (CO), gerando dióxido de carbono
como produto. A reação ocorre conforme a equação abaixo, que precisa ser balanceada:
Em um processo industrial,
de óxido de ferro (III) reagem completamente com monóxido de carbono. Sabendo que todo o dióxido de carbono produzido é coletado em um recipiente de
a
, determine a pressão do gás
no recipiente.
Passo 1
Vou listar claramente o que o enunciado nos dá e o que pede (peguei os números do enunciado).
- Equação química (a ser balanceada):
- Massa de óxido de ferro(III) disponível:
de . - Todo o
reage completamente com . - Todo o
gerado é coletado em um recipiente de volume à temperatura . - O que se pede: determinar a pressão do gás
no recipiente (pressionar o resultado com a unidade adequada).
Passo 2
Balancear a equação química (passo a passo, sem pular etapas).
- Contar átomos iniciais na equação não balanceada: na esquerda há 2 átomos de Fe e 3 de O vindos de
, e cada fornece 1 C e 1 O; à direita cada tem 1 C e 2 O, e é ferro metálico simples. - Balancear o ferro: como há 2 Fe no
, colocamos átomos de à direita (ou seja, coeficiente frente a ). - Agora equilibrar os oxigênios e carbonos usando
e . Uma maneira direta é testar coeficiente para e para : - O total de oxigênios à esquerda seria
(de ) (de ) . - À direita, com
temos oxigênios. As contagens batem.
- O total de oxigênios à esquerda seria
- Portanto a equação balanceada é:
Passo 3
Converter a massa de
em mols (a partir da massa molar), explicando o conceito de mol.
- Lembrete curto: a relação massa ↔ mol é
, onde é o número de mols, a massa em gramas e a massa molar em . - Calcular a massa molar de
: usar massas atômicas aproximadas (valores típicos que se usam em provas): -
: -
:
-
- Então
- Calcular o número de mols de
: (Aqui mostrei a divisão; o resultado é o número de mols de óxido de ferro consumidos.)
Passo 4
Usar a estequiometria da reação para achar o número de mols de
produzido.
- Da equação balanceada,
mol de produz mols de . - Logo
- Interpretação prática: a quantidade de
que vai para o frasco é mol.
Passo 5
Explicar e aplicar a lei dos gases ideais para relacionar
,
,
e
.
- A lei dos gases ideais é
onde: -
é a pressão do gás (unidade que vamos obter: ), -
é o volume ocupado pelo gás (em ), -
é o número de mols do gás, -
é a constante universal dos gases, -
é a temperatura absoluta em kelvin.
-
- Vou usar a forma de
compatível com e : - Rearranjando para
:
Passo 6
Substituir os valores numéricos (mantendo os cálculos visíveis) e preparar a expressão final.
- Valores que vamos usar (peguei do enunciado):
-
(do Passo 4), -
, -
, -
.
-
- Montando a expressão:
- Não vou repetir o valor final nesta etapa (o resultado numérico final está na seção de resposta abaixo). Aqui mostrei todos os passos e como chegar na expressão que dá a pressão.