Questão 21. O metanol líquido é um combustível de “queima limpa”, que pode ser obtido a partir da reação entre o monóxido de carbono (CO) e hidrogênio ( \mathrm{H}_{2} ), ambos gasosos. Usando-se uma mistura de 12,00 gramas de hidrogênio e 74,50 \mathrm{~g} de monóxido de carbono, indique qual é o reagente limitante. Qual a massa do reagente em excesso depois da reação completada? Qual a produção esperada de metanol? ( \mathrm{m}_{\text {excesso }}=1,276 \mathrm{~g} e \mathrm{m}_{\text {produto }}=85,22 \mathrm{~g} )

Passo 1

O enunciado trata de um problema de estequiometria, mais especificamente de reagente limitante. A reação de síntese do metanol é
\mathrm{CO} + 2\,\mathrm{H}_2 \longrightarrow \mathrm{CH}_3\mathrm{OH}.
Para resolver, vamos precisar de:
1. Calcular os mols de \mathrm{H}_2 e de \mathrm{CO} a partir das massas fornecidas.
2. Comparar a razão molar disponível com a razão exigida pela estequiometria para determinar o limitante.
3. Calcular a massa do reagente em excesso após a reação completa.
4. Calcular a massa de metanol produzida.

Passo 2

Calcular os mols de cada gás usando n = \dfrac{m}{M}.
n_{\mathrm{H}_2} = \frac{12,00}{2,016} = 5,952
n_{\mathrm{CO}} = \frac{74,50}{28,01} = 2,6596

Passo 3

A estequiometria exige 2 mols de \mathrm{H}_2 para cada mol de \mathrm{CO}.
  • Se todo o \mathrm{CO} fosse consumido ( 2,6596 mol), precisaríamos de 2 \times 2,6596 = 5,3192\;\text{mol de \(\mathrm{H}_2\)}.
  • Como há 5,952 mol de \mathrm{H}_2 disponível, sobra \mathrm{H}_2.
    Logo, o reagente limitante é o monóxido de carbono ( \mathrm{CO}).

Passo 4

Calcular a massa de \mathrm{H}_2 que sobra:
  • Mols de \mathrm{H}_2 consumidos: n_{\mathrm{H}_2,\mathrm{usado}} = 2 \times 2,6596 = 5,3192.
  • Mols de \mathrm{H}_2 restantes: n_{\mathrm{H}_2,\mathrm{restante}} = 5,952 - 5,3192 = 0,6328.
  • Massa de \mathrm{H}_2 em excesso: m_{\mathrm{H}_2,\mathrm{excesso}} = 0,6328 \times 2,016 = 1,276\;\text{g}.

Passo 5

Calcular a massa de metanol produzida. Como \mathrm{CO} é limitante, moles de \mathrm{CH}_3\mathrm{OH} gerados são iguais a n_{\mathrm{CO}}=2,6596.
m_{\mathrm{CH}_3\mathrm{OH}} = 2,6596 \times 32,04 = 85,22\;\text{g}.

Resposta

Reagente limitante: monóxido de carbono ( \mathrm{CO}).
Massa de \mathrm{H}_2 em excesso: 1,276 g.
Massa de metanol produzida: 85,22 g.

Exercícios relacionados