Na busca por ouro, os garimpeiros se confundem facilmente entre o ouro verdadeiro e o chamado ouro de tolo, que tem em sua composição 90% de um minério chamado pirita (FeS2). Apesar do engano, a pirita não é descartada, pois é utilizada na produção do ácido sulfúrico, que ocorre com rendimento global de 90%, conforme as equações químicas apresentadas. Considere as massas molares: FeS2 (120 g/mol), O2 (32 g/mol), SO2 (64 g/mol), SO3 80 (g/mol), H2O (18 g/mol), H2SO4 (98 g/mol).
Qual é o valor mais próximo da massa de ácido sulfúrico, em quilograma, que será produzida a partir de 2,0 kg de ouro de tolo?
A) 0,33
B) 0,41
C) 2,6
D) 2,9
E) 3,3
Resolução em Texto
📚 Matérias Necessárias para a Solução
Estequiometria, rendimento de reações químicas, química inorgânica (produção de ácido sulfúrico)
🔢 Nível da Questão
🔹Médio a difícil, pois envolve várias etapas:
- Conversão de gramas para quilogramas
- Interpretação de equações químicas
- Cálculo de massa molar
- Relações molares
- Rendimento percentual
✅ Gabarito
- Alternativa C) 2,6
📝 Resolução Passo a Passo
🔍 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
O enunciado apresenta um contexto real: a pirita (FeS₂), conhecida como “ouro de tolo”, é usada na produção de ácido sulfúrico (H₂SO₄).
Sabemos que:
- O “ouro de tolo” contém 90% de FeS₂
- A reação tem rendimento de 90%
- A massa inicial fornecida é de 2,0 kg de ouro de tolo
🎯 Objetivo:
Calcular a massa (em kg) de ácido sulfúrico produzida, com base na equação fornecida e nas condições mencionadas.
📖 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
🔬 1. Estequiometria
É o estudo das proporções entre substâncias envolvidas em uma reação química.
➡️ Para isso, usamos:
- Massas molares
- Número de mols
- Proporção entre reagentes e produtos
📉 2. Pureza do reagente
- A matéria-prima (pirita) não é 100% pura. Apenas 90% dela é FeS₂.
- Isso significa que, de 2,0 kg, apenas 1,8 kg é realmente pirita útil.
⚙️ 3. Rendimento da reação
- O rendimento é de 90%, ou seja, nem tudo que poderia ser produzido de ácido será obtido.
- Isso precisa ser aplicado no final dos cálculos.
🧠 Passo 3: Interpretação e Tradução do Texto
A equação química combinada mostra:
4 FeS₂ + 15 O₂ + 8 H₂O → 2 Fe₂O₃ + 8 H₂SO₄
✅ Relação importante:
- 4 mols de FeS₂ produzem 8 mols de H₂SO₄
💡 Dados fornecidos:
- Massa molar do FeS₂ = 120 g/mol
- Massa molar do H₂SO₄ = 98 g/mol
- Quantidade de “ouro de tolo” = 2,0 kg, com 90% de FeS₂
🧾Passo 4: Desenvolvimento de Raciocínio e Cálculos
Etapa 1: Calcular a massa real de FeS₂ (considerando a pureza)
90% de 2,0 kg = 1,8 kg de FeS₂
Etapa 2: Montar proporção da reação
Segundo a equação:
- 4 mols de FeS₂ = 4 × 120 g = 480 g
- Produzem 8 mols de H₂SO₄ = 8 × 98 g = 784 g
Relação:
480 g de FeS₂ → 784 g de H₂SO₄
1800 g de FeS₂ → x
Regra de três:
x = (784 × 1800) ÷ 480 = 2940 g = 2,94 kg
Etapa 3: Aplicar o rendimento da reação (90%)
100% → 2,94 kg
90% → z
→ z = (2,94 × 90) ÷ 100 = 2,646 kg
✅ Valor mais próximo = 2,6 kg
🧪 Passo 5: Análise das Alternativas
A) 0,33 kg
❌ Muito abaixo do esperado. Desconsidera a pureza ou a estequiometria.
B) 1,4 kg
❌ Ainda abaixo. Pode ter considerado metade da reação ou só parte da massa molar.
✅ C) 2,6 kg
✔️ Correta. Bate exatamente com o cálculo feito:
Produção final com rendimento = 2,64 kg
D) 2,9 kg
❌ É o valor sem aplicar o rendimento de 90% (ou seja, produção teórica, 100%).
E) 3,3 kg
❌ Muito acima. Pode ter assumido 100% de pureza ou confundido a proporção.
🧷 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
O exercício exige a aplicação integrada de:
- Pureza da amostra
- Estequiometria balanceada
- Proporção entre reagente e produto
- Aplicação de rendimento
Ao seguir cada etapa corretamente, encontramos que a massa final de ácido sulfúrico obtida a partir de 2,0 kg de pirita com 90% de pureza e 90% de rendimento é de aproximadamente 2,6 kg.
✅ Gabarito final: Alternativa C
