Durante a manutenção do sistema de aquecimento de um planetário, a equipe analisa a combustão de metano em uma…
Publicado por Alexandre Lombardi dos Santos, fundador do GeraProva
Analisar e representar, com ou sem o uso de dispositivos e de aplicativos digitais específicos, as transformações e conservações em sistemas que envolvam quantidade de matéria, de energia e de movimento para realizar previsões sobre seus comportamentos em situações cotidianas e em processos produtivos que priorizem o desenvolvimento sustentável, o uso consciente dos recursos naturais e a preservação da vida em todas as suas formas.
Fonte: Base Nacional Comum Curricular (MEC).Questão
Durante a manutenção do sistema de aquecimento de um planetário, a equipe analisa a combustão de metano em uma câmara experimental. O modelo da reação é CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O. Em um teste, são introduzidos 3 mol de CH4 e 10 mol de O2. Para simular uma falha no fornecimento de ar, um segundo teste mantém os 3 mol de CH4, mas reduz o oxigênio disponível para 4 mol. Considere que a reação ocorre até o consumo completo do reagente limitante. Com base no modelo e nos dados do texto, qual efeito a redução do oxigênio provoca no segundo teste?
- A) O oxigênio passa a ser o reagente limitante; reage 1 mol de CH4, forma-se 1 mol de CO2 e 2 mol de H2O, e sobram 2 mol de CH4.
- B) O oxigênio passa a ser o reagente limitante; reagem 2 mol de CH4, formam-se 2 mol de CO2 e 4 mol de H2O, e sobra 1 mol de CH4.
- C) O oxigênio passa a ser o reagente limitante; reagem 2 mol de CH4, formam-se 2 mol de CO2 e 3 mol de H2O, e sobra 1 mol de CH4.
- D) O metano passa a ser o reagente limitante; reagem 3 mol de CH4, formam-se 3 mol de CO2 e 6 mol de H2O, e sobra 1 mol de O2.
- E) O oxigênio passa a ser o reagente limitante; reagem 2 mol de CH4, formam-se 2 mol de CO2 e 2 mol de H2O, e sobra 1 mol de CH4.
✅ Resposta correta: alternativa B
Resolução passo a passo
- Identifique a proporção estequiométrica da equação CH4 + 2 O2 -> CO2 + 2 H2O: 1 mol de CH4 reage com 2 mol de O2.
- No segundo teste há 3 mol de CH4 e 4 mol de O2. Para consumir todo o O2 disponível, seriam necessários 2 mol de CH4 por 4 mol de O2, o que é possível, pois há 3 mol de CH4 disponíveis.
- Como o CH4 necessário (2 mol) é menor que o disponível (3 mol), o oxigênio é o reagente limitante, pois se esgota primeiro.
- Calcule os produtos a partir de 2 mol de CH4 consumidos: formam-se 2 mol de CO2 e 4 mol de H2O (duas vezes os coeficientes 1 e 2, proporcionais ao CH4).
- Calcule o reagente em excesso: sobram 3 - 2 = 1 mol de CH4.
- Verificação: a alternativa B descreve exatamente esse resultado (2 mol de CH4 reagem, 2 mol de CO2, 4 mol de H2O e sobra 1 mol de CH4).
- Por que as outras estão erradas: A consome apenas 1 mol de CH4, o que não respeita a proporção com 4 mol de O2; C produz 3 mol de H2O, quando a proporção exige 4; D supõe que o metano é limitante, o que não ocorre com 4 mol de O2; E produz apenas 2 mol de H2O, inconsistente com a estequiometria do consumo de 2 mol de CH4.
💡 Dica: Divida o número de mol de cada reagente pelo coeficiente estequiométrico; o menor quociente indica o limitante.
Alternativa por alternativa
O aluno identificou corretamente o oxigênio como limitante, mas usou a proporção 1:1 entre CH4 e O2, ignorando o coeficiente 2 do O2 na equação.
Por que engana: Considerar o metano como limitante por ser o reagente com menor quantidade inicial (3 mol), sem dividir pelos coeficientes.
A proporção estequiométrica exige 2 mol de O2 para cada mol de CH4. Com 4 mol de O2, podem reagir 2 mol de CH4; assim, formam-se 2 mol de CO2 e 4 mol de H2O, restando 1 mol de CH4. No primeiro teste, os 10 mol de O2 são suficientes para consumir os 3 mol de CH4.
O aluno acertou o consumo de reagentes e de CO2, mas calculou a água formada como 3 mol, provavelmente por erro na multiplicação dos coeficientes dos produtos (o coeficiente 2 da água não foi aplicado corretamente).
O aluno considerou o metano como limitante, sem comparar a quantidade de oxigênio necessária (6 mol para 3 mol de CH4) com os 4 mol disponíveis, e também ignorou o coeficiente 2 do O2.
O aluno acertou o reagente limitante e o consumo de 2 mol de CH4, mas formou 2 mol de H2O em vez de 4, esquecendo o coeficiente 2 da água na equação.
Raio-X da questão
Reagente limitante e cálculo estequiométrico
avaliacao
Balanceamento de equações químicas · Relação molar em reações
Reagente limitante
Considerar o metano como limitante por ser o reagente com menor quantidade inicial (3 mol), sem dividir pelos coeficientes.
cientifico
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