Questão 3

Lavoisier demonstrou que a água não era um elemento simples, mas sim uma substância composta formada pela reação entre os gases hidrogênio e oxigênio.
Ao reagir completamente 4 gramas de gás hidrogênio \left(\mathrm{H}_{2}\right) com oxigênio suficiente, a massa de água \left(\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}\right) produzida será: (Dados massa atômica em g/mol: \mathrm{H}=1 ; \mathrm{O}=16 ).

Passo 1

O enunciado dá as seguintes informações e pede uma coisa:
  • Massa de gás hidrogênio disponível: 4\\ \text{g} de \mathrm{H}_2.
  • Oxigênio em excesso (ou seja, não é limitante).
  • Massas atômicas: \mathrm{H}=1\\ \text{g/mol} e \mathrm{O}=16\\ \text{g/mol}.
    O que se pede: calcular a massa de água \mathrm{H}_2\mathrm{O} formada quando toda a massa de \mathrm{H}_2 reage.

Passo 2

Escrevendo e balanceando a reação química (reação de combustão do hidrogênio):
2\mathrm{H}_2 + \mathrm{O}_2 \rightarrow 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}
Explicação: a equação balanceada indica a relação estequiométrica entre as quantidades de reagentes e produtos. Aqui, 2 mols de \mathrm{H}_2 reagem com 1 mol de \mathrm{O}_2 para formar 2 mols de \mathrm{H}_2\mathrm{O}. Logo, a proporção molar entre \mathrm{H}_2 e \mathrm{H}_2\mathrm{O} é de 1:1 (cada mol de \mathrm{H}_2 gera um mol de \mathrm{H}_2\mathrm{O}).

Passo 3

Conceito de mol e cálculo do número de mols de \mathrm{H}_2:
  • Definição rápida: o número de mols n de uma substância é dado por n=\dfrac{m}{M}, onde m é a massa (em gramas) e M é a massa molar (em \text{g/mol}).
  • Calcular a massa molar de \mathrm{H}_2:
M_{\mathrm{H}_2}=2\times(\text{massa atômica do H})=2\times 1 = 2\\ \text{g/mol}.ô
  • Então o número de mols de \mathrm{H}_2 presentes é
n_{\mathrm{H}_2}=\frac{m_{\mathrm{H}_2}}{M_{\mathrm{H}_2}}=\frac{4}{2}=2\\ \text{mol}.

Passo 4

Usar a estequiometria para achar o número de mols de \mathrm{H}_2\mathrm{O} formados:
  • Da equação balanceada a razão é \mathrm{H}_2:\mathrm{H}_2\mathrm{O}=1:1 (ou 2:2).
  • Portanto:
n_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}=n_{\mathrm{H}_2}=2\\ \text{mol}.

Passo 5

Calcular a massa molar da água \mathrm{H}_2\mathrm{O}:
M_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}=2\times(\text{H})+1\times(\text{O})=2\times 1 + 16 = 18\\ \text{g/mol}.
Explicação: conta-se quantos átomos de cada elemento há na molécula e multiplica-se pela massa atômica respectiva.

Passo 6

Calcular a massa de \mathrm{H}_2\mathrm{O} formada:
m_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}=n_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}\times M_{\mathrm{H}_2\mathrm{O}}=2\times 18 = 36\\ \text{g}.
Interpretação final: com 4\\ \text{g} de \mathrm{H}_2 e oxigênio em excesso, forma-se 36\\ \text{g} de água.

Resposta

36\\ \text{g}

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