As mobilizações para promover um planeta melhor para as futuras gerações são cada vez mais frequentes. A maior parte dos meios de transporte de massa é atualmente movida pela queima de um combustível fóssil. A título de exemplificação do ônus causado por essa prática, basta saber que um carro produz, em média, cerca de 200 g de dióxido de carbono por km percorrido.
Revista Aquecimento Global. Ano 2, nº 8. Publicação do Instituto Brasileiro de Cultura Ltda.
Um dos principais constituintes da gasolina é o octano (C8H18). Por meio da combustão do octano é possível a liberação de energia, permitindo que o carro entre em movimento.
A equação que representa a reação química desse processo demonstra que
A) no processo há liberação de oxigênio, sob a forma de O2.
B) o coeficiente estequiométrico para a água é de 8 para 1 do octano.
C) no processo há consumo de água, para que haja liberação de energia.
D) o coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 para 1 do octano.
E) o coeficiente estequiométrico para o gás carbônico é de 9 para 1 do octano.
Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Reações de Combustão
- Balanceamento de Equações Químicas
- Estequiometria
Tema/Objetivo Geral:
Balancear a equação de combustão completa de um hidrocarboneto (octano) e interpretar seus coeficientes estequiométricos.
Nível da Questão
Médio – A questão não fornece a equação química, exigindo que o aluno a construa a partir do conhecimento sobre reações de combustão. O balanceamento, especialmente do oxigênio, envolve um coeficiente fracionário, o que requer atenção e pode ser um ponto de dificuldade, elevando o nível de “fácil” para “médio”.
Gabarito
D) – A alternativa está correta pois, na equação de combustão completa do octano devidamente balanceada (C₈H₁₈ + 12,5 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O), a proporção entre o oxigênio e o octano é de 12,5 para 1.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
1.1 Transcrição Essencial
“A equação que representa a reação química desse processo demonstra que…”
1.2 O que está sendo pedido?
A questão pede para analisarmos a equação química da queima do octano e identificarmos a afirmação correta sobre as proporções (coeficientes estequiométricos) dos seus participantes.
1.3 Objetivo Cristalino
Nosso objetivo é escrever a equação química da combustão completa do octano (C₈H₁₈), balanceá-la corretamente e, com base nos coeficientes encontrados, verificar qual das alternativas apresenta uma relação verdadeira.
1.4 Pergunta de Atenção
Você se lembra da regra de ouro para balancear reações de combustão de hidrocarbonetos, a “regra do CHO”? Balancear primeiro o Carbono, depois o Hidrogênio e deixar o Oxigênio por último é o segredo para não se perder!
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
2.1 Definições e Fórmulas / explicação de termos
Para resolver a questão, precisamos dominar alguns conceitos fundamentais:
- Hidrocarboneto: Composto químico formado exclusivamente por átomos de carbono (C) e hidrogênio (H). O octano (C₈H₁₈) é um exemplo.
- Combustão Completa: É uma reação de queima na qual há oxigênio (O₂) em quantidade suficiente. A combustão completa de qualquer hidrocarboneto sempre produz os mesmos dois produtos: dióxido de carbono (CO₂) e água (H₂O).
- Equação Genérica: Hidrocarboneto + O₂ → CO₂ + H₂O
- Balanceamento de Equações Químicas: É o processo de ajustar os coeficientes (os números na frente das fórmulas) para garantir que o número de átomos de cada elemento seja o mesmo nos reagentes (lado esquerdo) e nos produtos (lado direito), obedecendo à Lei de Lavoisier (Lei da Conservação da Massa).
- Coeficiente Estequiométrico: É o número que precede a fórmula de uma substância na equação química balanceada. Ele indica a proporção em mols em que as substâncias reagem e são formadas.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
3.1 Contextualização Simplificada
O problema nos diz que o octano é o principal componente da gasolina e que sua queima move os carros. A tarefa é, basicamente, escrever a “receita química” dessa queima. Precisamos descobrir a proporção exata de cada “ingrediente” (octano e oxigênio) e de cada “resultado” (gás carbônico e água) para que a “receita” funcione perfeitamente, sem sobrar nem faltar átomos.
3.2 Estratégia Geral
Nosso plano será um passo a passo clássico de balanceamento:
- Escrever a equação “bruta”, não balanceada, da combustão do octano.
- Balancear os átomos de Carbono.
- Balancear os átomos de Hidrogênio.
- Balancear os átomos de Oxigênio por último.
- Com a equação final balanceada, analisar cada alternativa.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
4.1 Passo a Passo Detalhado
Vamos seguir a estratégia e balancear a equação.
1. Escrevendo a equação não balanceada:
Sabemos que é a combustão completa do C₈H₁₈, então:
C₈H₁₈ + O₂ → CO₂ + H₂O
2. Balanceando o Carbono (C):
- Lado esquerdo (reagentes): Temos 8 átomos de carbono no C₈H₁₈.
- Lado direito (produtos): Temos 1 átomo de carbono no CO₂.
- Para igualar, precisamos de 8 moléculas de CO₂. Colocamos o coeficiente 8 na frente do CO₂.
C₈H₁₈ + O₂ → 8 CO₂ + H₂O
3. Balanceando o Hidrogênio (H):
- Lado esquerdo: Temos 18 átomos de hidrogênio no C₈H₁₈.
- Lado direito: Temos 2 átomos de hidrogênio no H₂O.
- Para termos 18 H, precisamos de 9 moléculas de H₂O (pois 9 * 2 = 18). Colocamos o coeficiente 9 na frente do H₂O.
C₈H₁₈ + O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O
4. Balanceando o Oxigênio (O) (o último passo):
- Agora, contamos o total de oxigênio do lado direito (produtos), que já está definido:
- No 8 CO₂: 8 * 2 = 16 átomos de O.
- No 9 H₂O: 9 * 1 = 9 átomos de O.
- Total no lado direito: 16 + 9 = 25 átomos de oxigênio.
- Precisamos ter 25 átomos de oxigênio no lado esquerdo. O oxigênio vem em moléculas de O₂ (pares).
- Para obter 25 átomos, precisamos de 25/2 moléculas de O₂, ou seja, 12,5.
C₈H₁₈ + 12,5 O₂ → 8 CO₂ + 9 H₂O
4.2 Verificação Intermediária
A equação está balanceada. A proporção estequiométrica (para 1 mol de octano) é:
1 C₈H₁₈ : 12,5 O₂ : 8 CO₂ : 9 H₂O
4.3 Possível armadilha
Uma armadilha comum é se assustar com o coeficiente fracionário (12,5). Muitos tentam multiplicar toda a equação por 2 para obter números inteiros (2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O). Embora essa equação também esteja balanceada, as alternativas pedem a proporção “para 1 do octano”, então a primeira forma com o 12,5 é a que devemos usar para a análise.
4.4 Fechamento e expectativa
Temos a equação final e os coeficientes. Agora, vamos testar cada alternativa contra a nossa equação balanceada.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
5.1 Listagem das Alternativas
A) no processo há liberação de oxigênio, sob a forma de O₂.
B) o coeficiente estequiométrico para a água é de 8 para 1 do octano.
C) no processo há consumo de água, para que haja liberação de energia.
D) o coeficiente estequiométrico para o oxigênio é de 12,5 para 1 do octano.
E) o coeficiente estequiométrico para o gás carbônico é de 9 para 1 do octano.
5.2 Justificativa Individual
- A) 🔴 Errada. O oxigênio (O₂) é um reagente, ou seja, ele é consumido no processo de queima, não liberado.
- B) 🔴 Errada. O coeficiente estequiométrico para a água (H₂O) é 9, não 8. O coeficiente 8 é para o gás carbônico (CO₂).
- C) 🔴 Errada. A água (H₂O) é um produto, ou seja, ela é produzida/liberada no processo, não consumida.
- D) 🟢 Correta. Conforme nosso balanceamento, a proporção é de 12,5 mols de oxigênio (O₂) para cada 1 mol de octano (C₈H₁₈).
- E) 🔴 Errada. O coeficiente estequiométrico para o gás carbônico (CO₂) é 8, não 9. O coeficiente 9 é para a água (H₂O).
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
6.1 Resumo do Raciocínio
A resolução consistiu em montar e balancear a equação da combustão completa do octano. Ao seguir a ordem de balanceamento C → H → O, determinamos os coeficientes estequiométricos corretos, que foram então usados para validar as afirmações das alternativas.
6.2 Gabarito Reafirmado
A alternativa correta é a D, que apresenta a proporção correta entre o oxigênio consumido e o octano queimado.
6.3 Resumo Final para Revisão 🔍
Em uma combustão completa de hidrocarboneto, lembre-se: os produtos são sempre CO₂ e H₂O. Para balancear, siga a regra do C-H-O: ajuste primeiro os Carbonos, depois os Hidrogênios e, por último, some todos os Oxigênios do lado dos produtos para descobrir o coeficiente do O₂.
