A reação entre os gases hidrogênio e oxigênio para produzir água é usada em células a combustível de naves espaciais para o fornecimento de eletricidade. Que massa de água é produzida na reação de 100,0 \mathrm{~L} de oxigênio armazenado em 25^{\circ} \mathrm{C} e 1,00 \mathrm{~atm} ? Considere que na reação há um excesso do gás hidrogênio.

Passo 1

O enunciado pede a massa de água produzida pela reação entre O_2 e H_2 quando se tem 100,0\\ \mathrm{L} de O_2 a 25^\circ\mathrm{C} e 1,00\\ \mathrm{atm}, com H_2 em excesso. O conteúdo envolvido é estequiometria de reação química e cálculo de mols de gás pela lei dos gases ideais \bigl(PV = nRT\bigr), além de uso de massa molar.

Passo 2

Calcular o número de mols de O_2 usando a lei dos gases ideais. Primeiro convertemos a temperatura:
T = 25^\circ\mathrm{C} = 25 + 273{,}15 = 298{,}15\\ \mathrm{K}.
Em seguida,
n_{O_2} = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{(1,00\\ \mathrm{atm})\,(100,0\\ \mathrm{L})}{(0,08206\\ \mathrm{L\cdot atm\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}})\,(298{,}15\\ \mathrm{K})} \approx 4,09\\ \mathrm{mol}.

Passo 3

Escrevemos a reação balanceada e a relação estequiométrica:
2\,H_2(g) + O_2(g) \to 2\,H_2O(l).
Da equação, 1 mol de O_2 produz 2 mol de H_2O. Logo,
n_{H_2O} = 2 \times n_{O_2} = 2 \times 4,09 = 8,18\\ \mathrm{mol}.

Passo 4

Calcular a massa de água formada usando m = n \, M. A massa molar da água é
M_{H_2O} = 2\times1{,}008 + 16{,}00 = 18{,}02\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Assim,
m_{H_2O} = 8,18\\ \mathrm{mol} \times 18,02\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}} \approx 147{,}4\\ \mathrm{g}.

Resposta

A massa de água produzida é aproximadamente 147\\ \mathrm{g}.

Exercícios relacionados