Pesquisadores conseguiram produzir grafita magnética por um processo inédito em forno com atmosfera controlada e em temperaturas elevadas. No forno são colocados grafita comercial em pó e óxido metálico, tal como CuO. Nessas condições, o óxido é reduzido e ocorre a oxidação da grafita, com a introdução de pequenos defeitos, dando origem à propriedade magnética do material.
VASCONCELOS, Y. Um ímã diferente. Disponível em: http://revistapesquisa.fapesp.br.
Acesso em: 24 fev. 2012 (adaptado).
Considerando o processo descrito com um rendimento de 100%, 8 g de CuO produzirão uma massa de CO2 igual a
Dados: Massa molar em g/mol: C = 12; O = 16; Cu = 64
A) 2,2 g.
B) 2,8 g.
C) 3,7 g.
D) 4,4 g.
E) 5,5 g.
✍ Resolução Em Texto
Olá! Vamos resolver juntos essa questão de química que mistura a descrição de um processo tecnológico moderno com um cálculo de estequiometria clássico. O segredo aqui é traduzir a descrição do processo em uma equação química balanceada.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Química Geral (Estequiometria, Reações de Oxirredução)
- Cálculos Químicos (Massa Molar, Relação Molar)
- Interpretação de Texto Científico
Tema/Objetivo Geral: Cálculo estequiométrico de massa de produto a partir da massa de um reagente.
Nível da Questão: Médio.
- Detalhe: A questão é de nível médio porque não fornece a equação química pronta. O aluno precisa interpretar a descrição do processo (“o óxido é reduzido e ocorre a oxidação da grafita”) para montar e balancear a equação corretamente. Este é o passo crucial que precede o cálculo estequiométrico em si.
Gabarito: A
- A alternativa está correta porque, com base na reação 2 CuO + C → 2 Cu + CO₂, a proporção molar entre CuO e CO₂ é de 2 para 1. Usando as massas molares, um cálculo de regra de três mostra que 8 g de CuO produzirão 2,2 g de CO₂.
Resolução Passo a Passo
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial
“Considerando o processo descrito com um rendimento de 100%, 8 g de CuO produzirão uma massa de CO₂ igual a“
1.2 O que está sendo pedido?
A questão pede para calcularmos a massa de dióxido de carbono (CO₂) que é formada quando 8 gramas de óxido de cobre II (CuO) reagem completamente.
1.3 Objetivo Cristalino
Nossa missão é usar a estequiometria para relacionar a massa do reagente (CuO) com a massa do produto (CO₂).
1.4 Pergunta de Atenção
Antes de qualquer cálculo de estequiometria, qual é o primeiro e mais importante passo que sempre devemos fazer? Montar e balancear a equação química da reação! O texto nos dá todas as pistas para isso.
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e explicação de termos
Para resolver a questão, precisamos dominar a “receita de bolo” da estequiometria:
- 1. Montando a Reação Química:
- O texto diz que a reação envolve grafita (que é carbono, C) e óxido metálico (o exemplo é CuO).
- Oxidação da grafita: O carbono (C) vai ganhar oxigênio. O produto mais comum da oxidação do carbono em altas temperaturas é o dióxido de carbono (CO₂).
- Redução do óxido: O óxido de cobre (CuO) vai perder seu oxigênio, sendo reduzido a cobre metálico (Cu).
- Reação Bruta: CuO + C → Cu + CO₂
- 2. Balanceamento da Equação: Precisamos garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos dois lados.
- CuO + C → Cu + CO₂
- À esquerda, temos 1 átomo de Oxigênio. À direita, temos 2. Precisamos ajustar.
- Colocamos um 2 na frente do CuO: 2 CuO + C → Cu + CO₂. Agora temos 2 O à esquerda, mas também 2 Cu.
- Ajustamos o Cu à direita: 2 CuO + C → 2 Cu + CO₂.
- Vamos conferir:
- Cobre (Cu): 2 à esquerda, 2 à direita. (OK)
- Oxigênio (O): 2 à esquerda, 2 à direita. (OK)
- Carbono (C): 1 à esquerda, 1 à direita. (OK)
- Equação Balanceada: 2 CuO + C → 2 Cu + CO₂
- 3. Massas Molares (dadas no problema):
- C = 12 g/mol
- O = 16 g/mol
- Cu = 64 g/mol
- Massa Molar do CuO: 64 + 16 = 80 g/mol
- Massa Molar do CO₂: 12 + 2 × 16 = 12 + 32 = 44 g/mol
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada
A questão é uma receita de química. A receita (equação balanceada) diz: “Para cada 2 ‘porções’ de CuO, você precisa de 1 ‘porção’ de C, e isso vai produzir 1 ‘porção’ de CO₂”. O problema nos pergunta: “Se eu usar 8 gramas de CuO, quantos gramas de fumaça (CO₂) vou produzir?”.
3.2 Estratégia Geral
A estratégia é a clássica regra de três estequiométrica:
- Escrever a proporção em massa da reação, usando os coeficientes do balanceamento e as massas molares.
- Montar a regra de três com o dado do problema (8g de CuO) e a incógnita (x g de CO₂).
- Resolver a regra de três.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado
Vamos aplicar nossa estratégia.
- Passo A: Estabelecer a Proporção Estequiométrica em Massa
- A partir da equação balanceada: 2 CuO + C → 2 Cu + CO₂
- A proporção molar entre os compostos de interesse é: 2 mols de CuO produzem 1 mol de CO₂.
- Vamos converter isso para massa, usando as massas molares:
- Massa de 2 CuO = 2 × (80 g/mol) = 160 g
- Massa de 1 CO₂ = 1 × (44 g/mol) = 44 g
- Proporção em massa: 160 g de CuO produzem 44 g de CO₂.
- Passo B: Montar e Resolver a Regra de Três
- A proporção da “receita” é: 160 g de CuO ——- 44 g de CO₂
- O problema nos dá: 8 g de CuO ———– x g de CO₂
- Multiplicando em cruz:
160 × x = 8 × 44
x = (8 × 44) / 160 - Podemos simplificar a fração 8/160 por 8, o que dá 1/20.
x = 44 / 20
x = 22 / 10
x = 2,2 g
4.2 Verificação Intermediária
A massa do reagente (8 g) é 20 vezes menor que a massa da proporção estequiométrica (160 g). Portanto, a massa do produto também deve ser 20 vezes menor: 44 g / 20 = 2,2 g. O cálculo está consistente.
4.3 Possível armadilha ❓
A principal armadilha é não balancear a equação corretamente. Se você usasse a proporção 1 CuO → 1 CO₂ (a partir da equação não balanceada), o cálculo seria:
80 g CuO ——- 44 g CO₂
8 g CuO ———– x g CO₂
x = (8 × 44) / 80 = 44 / 10 = 4,4 g.
Este resultado corresponde à alternativa D, uma isca perfeita para quem esqueceu ou errou o balanceamento.
4.4 Fechamento e expectativa
Nosso cálculo estequiométrico, baseado na equação corretamente balanceada, nos levou a uma massa de 2,2 g de CO₂.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) 2,2 g.
B) 2,8 g.
C) 3,7 g.
D) 4,4 g.
E) 5,5 g.
5.2 Justificativa Individual
- A) (🟢) Correta. Corresponde exatamente ao nosso cálculo, que partiu da equação química devidamente balanceada.
- B) e C) e E) (🔴) Incorretas. São valores distratores, que resultariam de outros erros de cálculo ou de proporção.
- D) (🔴) Incorreta. Como vimos na armadilha, este é o resultado obtido se a equação não for balanceada.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio
A resolução do problema exigiu primeiro a interpretação do texto para montar e balancear a equação da reação de oxirredução (2 CuO + C → 2 Cu + CO₂). A partir da proporção estequiométrica (2 mols de CuO para 1 mol de CO₂), e utilizando as massas molares, estabeleceu-se a relação em massa (160 g de CuO para 44 g de CO₂). Por fim, uma regra de três simples foi usada para calcular a massa de CO₂ produzida a partir de 8 g de CuO.
6.2 Gabarito Reafirmado
A resposta correta é a alternativa A.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
A dica de ouro da estequiometria é um mantra de 3 passos:
- Escrever e Balancear a Equação. (O passo mais importante!)
- Estabelecer a Proporção Molar entre os envolvidos.
- Montar a Regra de Três, convertendo para as unidades pedidas (massa, volume, etc.).
Nunca pule o balanceamento
