1. Uma das rotas de aproveitamento do hidrogênio (H2) de baixo carbono é o seu uso na captura de gás carbônico (CO2) através da hidrogenação em compostos de interesse como o metanol (CH3 OH). Sabendo que em um tanque de alta pressão e na presença de catalisadores metálicos 18 g de gás carbônico são adicionados e produzem 0,5 g de metanol, calcule a extensão da reação e a quantidade de hidrogênio consumida.

Passo 1

Beleza, vamos lá! O exercício fala sobre a transformação do gás carbônico ( CO2) em metanol ( CH3OH) usando hidrogênio ( H2). A gente sabe que 18 g de CO2 reagem e resultam em 0,5 g de CH3OH. Nosso objetivo aqui é calcular dois coisas: a extensão da reação e a quantidade de hidrogênio consumida. Para isso, vamos usar conceitos de estequiometria, que é a parte da química que estuda as relações de quantidade entre reagentes e produtos em uma reação química.

Passo 2

Primeiro, vamos identificar a reação química envolvida. A hidrogenação do gás carbônico para formar metanol pode ser representada pela seguinte equação balanceada:
CO2 + 3,H2 CH3OH + H2O
Nessa reação, 1 mol de CO2 reage com 3 mols de H2 para produzir 1 mol de CH3OH e 1 mol de H2O. Esse balanceamento é importante para relacionarmos as quantidades dos reagentes e produtos.

Passo 3

Agora, vamos calcular a quantidade de matéria (mols) dos compostos envolvidos. Para isso, precisamos das massas molares de cada substância:
  • Massa molar do CO2:
    MCO2 = 12,01,g/mol (C) + 2 times 16,00,g/mol (O) = 44,01,g/mol
  • Massa molar do CH3OH:
    MCH3OH = 12,01,g/mol (C) + 4 times 1,01,g/mol (H) + 16,00,g/mol (O) = 32,05,g/mol
Com essas massas molares, vamos calcular os mols de CO2 e CH3OH:
  • Mols de CO2:
    nCO2 = 18,g44,01,g/mol approx 0,409,mol
  • Mols de CH3OH:
    nCH3OH = 0,5,g32,05,g/mol approx 0,0156,mol

Passo 4

A extensão da reação, geralmente representada pela letra grega ξ (xi), indica quantos mols de reagente foram consumidos ou de produto formado durante a reação. Pela equação balanceada, vemos que para cada 1 mol de CO2 que reage, se forma 1 mol de CH3OH. Portanto, a relação entre a quantidade de CO2 consumido e a extensão da reação é direta.
Como sabemos que 0,409 mol de CO2 reagiram, a extensão da reação é igual a esse valor:
xi = 0,409,mol

Passo 5

Agora, vamos calcular a quantidade de hidrogênio ( H2) consumida na reação. A equação balanceada nos diz que para cada 1 mol de CO2, são necessários 3 mols de H2. Então, usando a extensão da reação, podemos determinar os mols de H2 consumidos:
nH2 = 3 times xi = 3 times 0,409,mol approx 1,227,mol

Resposta

A extensão da reação é de aproximadamente 0,409,mol e a quantidade de hidrogênio consumida é de aproximadamente 1,227,mol.

Exercícios relacionados