UPF Inverno 2015
Uma das formas de obtenção de ácido clorídrico pode ocorrer por meio da reação entre gás cloro (Cl2(g)) e gás hidrogênio (H2(g)), seguida pela dissolução, em água, do produto obtido. As equações dessas reações, sem ajuste estequiométrico, estão abaixo representadas:
Desse modo, considerando que 35,5 g de gás cloro (Cl2(g)) sejam colocados para reagir com 1,5 mol de gás hidrogênio (H2(g)) e que o produto obtido dessa reação seja dissolvido em 1,0 L de água, é correto afirmar que:
Há reagente em excesso, o qual, nesse caso, é o gás cloro.
A quantidade de cloreto de hidrogênio produzida é de 73 g.
A concentração da solução será de 73 g L-1.
A quantidade de gás hidrogênio que reage é de 3 g.
A concentração em quantidade de matéria da solução é de 1 mol L-1.
Resolução
1. Ajuste das equações
Primeira etapa (síntese):
\[\text{Cl}_2(g)+\text{H}_2(g)\;\longrightarrow\;2\,\text{HCl}(g)\]
Segunda etapa (dissolução):
\[\text{HCl}(g)+\text{H}_2\text{O}(l)\;\longrightarrow\;\text{HCl}(aq)\]
2. Cálculo do reagente limitante
- Massa molar de \(\text{Cl}_2\): \(71\,\text{g mol}^{-1}\)
- Massa fornecida: \(35{,}5\,\text{g}\)
\[n(\text{Cl}_2)=\frac{35{,}5}{71}=0{,}50\,\text{mol}\]
Quantidade de \(\text{H}_2\) fornecida: \(n=1{,}5\,\text{mol}\)
Pela estequiometria, a relação é \(1\,\text{mol Cl}_2:1\,\text{mol H}_2\). Logo, o reagente que acabar primeiro é o \(\text{Cl}_2\) (0,50 mol < 1,5 mol). Portanto, \(\text{Cl}_2\) é o limitante e \(\text{H}_2\) fica em excesso.
3. Quantidade de HCl formada
Pela proporção balanceada:
\[1\,\text{mol Cl}_2\;\rightarrow\;2\,\text{mol HCl}\]
Assim,
\[0{,}50\,\text{mol Cl}_2\;\rightarrow\;2\times0{,}50=1{,}0\,\text{mol HCl}\]
Massa produzida:
\[m(\text{HCl})=n\cdot M=1{,}0\times36{,}5=36{,}5\,\text{g}\]
4. Concentração da solução obtida
- Concentração em quantidade de matéria (molaridade):
\[C=\frac{n}{V}=\frac{1{,}0\,\text{mol}}{1,0\,\text{L}}=1,0\,\text{mol L}^{-1}\] - Concentração em massa:
\[\beta=\frac{m}{V}=\frac{36{,}5\,\text{g}}{1,0\,\text{L}}=36,5\,\text{g L}^{-1}\]
5. Análise das alternativas
A única afirmação condizente com os cálculos é a E.
Dicas
Erros Comuns
- Estequiometria: utiliza relações molares fornecidas pela equação balanceada para determinar reagente limitante e quantidades de produtos.
- Reagente limitante: aquele que se esgota primeiro, determinando a quantidade máxima de produto.
- Molaridade (C): \(C=\dfrac{n}{V}\), onde \(n\) é a quantidade de matéria do soluto e \(V\) o volume da solução.
- Concentração em massa: \(\beta=\dfrac{m}{V}\).
