O bisfenol-A é um composto que serve de matéria-prima para a fabricação de polímeros utilizados em embalagens plásticas de alimentos, em mamadeiras e no revestimento interno de latas. Esse composto está sendo banido em diversos países, incluindo o Brasil, principalmente por ser um mimetizador de estrógenos (hormônios) que, atuando como tal no organismo, pode causar infertilidade na vida adulta. O bisfenol-A (massa molar igual a 228 g/mol) é preparado pela condensação da propanona (massa molar igual a 58 g/mol) com fenol (massa molar igual a 94 g/mol), em meio ácido, conforme apresentado na equação química.
Considerando que, ao reagir 580 g de propanona com 3 760 g de fenol, obteve-se 1,14 kg de bisfenol-A, de acordo com a reação descrita, o rendimento real do processo foi de
A) 0,025%.
B) 0,05%.
C) 12,5%.
D) 25%.
E) 50%.
📚 Matérias Necessárias para a Solução da Questão
- Estequiometria
- Cálculo de Reagente Limitante e Excesso
- Cálculo de Rendimento de Reação
🎯 Tema/Objetivo Geral: Cálculo do rendimento de uma reação química envolvendo reagente limitante.
🎯 Nível da Questão: Difícil – A questão é considerada difícil porque exige a execução correta de três etapas de cálculo estequiométrico em sequência, que são interdependentes. O aluno precisa primeiro identificar o reagente limitante, depois usar esse reagente para calcular o rendimento teórico (a produção máxima possível) e, finalmente, comparar esse valor com o rendimento real fornecido para encontrar a porcentagem. Um erro em qualquer uma dessas etapas compromete todo o resultado.
✅ Gabarito: E) 50%. A alternativa está correta pois, ao identificar a propanona como reagente limitante, o cálculo do rendimento teórico é de 2,28 kg de bisfenol-A. Como foram obtidos apenas 1,14 kg, isso corresponde exatamente a 50% do valor teórico.
🔎 Passo 1: Análise do Comando e Definição do Objetivo
Transcrição Essencial 📌
“Considerando que, ao reagir 580 g de propanona com 3 760 g de fenol, obteve-se 1,14 kg de bisfenol-A, de acordo com a reação descrita, o rendimento real do processo foi de”
O que está sendo pedido?📌
A questão nos dá as quantidades de todos os ingredientes usados, nos diz o quanto do produto final foi realmente obtido e pede para calcularmos qual a eficiência (rendimento) da reação em porcentagem.
Objetivo Cristalino 📌
Nosso objetivo é calcular o rendimento percentual da reação, comparando a quantidade de produto que realmente foi formada (1,14 kg) com a quantidade que deveria ter sido formada em um cenário ideal (100% de eficiência).
Pergunta de Atenção ✔
A questão nos deu a massa de ambos os reagentes. Isso é um sinal de alerta! Será que as quantidades usadas estão na proporção exata que a receita química pede, ou será que um deles vai acabar primeiro e limitar a reação?
📚 Passo 2: Explicação de Conceitos e Conteúdos Necessários
Explicação de termos📌
Para resolver este problema, precisamos ser mestres em estequiometria:
- Estequiometria:
- Explicação: É a “receita de bolo” da química. A equação química balanceada nos diz a proporção exata, em mols, com que os reagentes se combinam para formar os produtos.
- Nossa Receita: 2 Fenol + 1 Propanona → 1 Bisfenol-A + 1 Água. Isso significa que para cada 1 molécula (ou mol) de propanona, precisamos de exatamente 2 moléculas (ou mols) de fenol.
- Reagente Limitante e Reagente em Excesso:
- Explicação: Na vida real, quase nunca misturamos os reagentes na proporção perfeita.
- Reagente Limitante: É o ingrediente que acaba primeiro. Ele “limita” a quantidade de produto que pode ser formada. A reação para quando ele é totalmente consumido.
- Reagente em Excesso: É o ingrediente que sobra no final da reação.
- Exemplo do cotidiano: Para fazer sanduíches, você precisa de 2 fatias de pão para 1 fatia de queijo. Se você tem 10 fatias de pão e 8 fatias de queijo, o pão é o reagente limitante. Ele acaba depois que você faz 5 sanduíches, e sobram 3 fatias de queijo (o excesso). A quantidade máxima de sanduíches (produto) é determinada pelo pão.
- Explicação: Na vida real, quase nunca misturamos os reagentes na proporção perfeita.
- Rendimento de Reação:
- Explicação: É a medida da eficiência de uma reação.
- Rendimento Teórico: É a quantidade máxima de produto que poderia ser formada se a reação fosse 100% perfeita, calculada com base no reagente limitante.
- Rendimento Real: É a quantidade de produto que foi efetivamente obtida no laboratório ou na indústria (dado no problema).
- Fórmula: Rendimento (%) = (Rendimento Real / Rendimento Teórico) * 100
- Explicação: É a medida da eficiência de uma reação.
📝 Passo 3: Tradução e Interpretação do Problema
Contextualização Simplificada 📌
Imagine que a receita para fazer Bisfenol-A diz: “Para cada 1 xícara de propanona, use exatamente 2 xícaras de fenol”. Mas, no laboratório, foram colocadas 10 xícaras de propanona e 80 xícaras de fenol. Além disso, no final do processo, em vez de obter a quantidade máxima de produto, só conseguimos metade, talvez porque o forno não estava na temperatura certa ou parte da massa caiu no chão. Nossa tarefa é descobrir qual foi essa eficiência, ou “rendimento”, em porcentagem.
Estratégia Geral 📌
Nosso plano terá três etapas cruciais:
- Identificar o Reagente Limitante: Usando a estequiometria, vamos descobrir qual dos dois reagentes (propanona ou fenol) acaba primeiro.
- Calcular o Rendimento Teórico: Com base no reagente limitante, vamos calcular a massa máxima de bisfenol-A que poderia ser formada.
- Calcular o Rendimento Percentual: Vamos comparar o rendimento real (dado no problema) com o rendimento teórico que calculamos.
🧮 Passo 4: Desenvolvimento do Raciocínio e Cálculos
Passo a Passo Detalhado 📌
Etapa 1: Identificar o Reagente Limitante
- Dados:
- Massa Molar (MM) Fenol = 94 g/mol
- Massa Molar (MM) Propanona = 58 g/mol
- Proporção da Receita (em massa):
- 2 mol de Fenol reagem com 1 mol de Propanona
- 2 * 94 g de Fenol (ou seja, 188 g) reagem com 58 g de Propanona.
- Verificação: Vamos usar a massa de propanona fornecida (580 g) e ver quanto de fenol seria necessário.
- Regra de três:
188 g de Fenol ———– 58 g de Propanona
x g de Fenol ————- 580 g de Propanona - x = (188 * 580) / 58
- x = 1880 g de Fenol
- Regra de três:
- Conclusão do Limitante: Para reagir com todo o 580 g de propanona, precisaríamos de 1880 g de fenol. O problema nos diz que foram usados 3760 g de fenol. Como 3760 g > 1880 g, temos fenol de sobra. Portanto, a Propanona é o reagente limitante e o Fenol está em excesso.
Etapa 2: Calcular o Rendimento Teórico
- O cálculo deve ser feito com base no reagente limitante (Propanona).
- Dados:
- Massa Molar (MM) Bisfenol-A = 228 g/mol
- Proporção da Receita:
- 1 mol de Propanona forma 1 mol de Bisfenol-A
- 58 g de Propanona formam 228 g de Bisfenol-A.
- Cálculo: Vamos ver quanto de bisfenol-A é formado a partir de 580 g de propanona.
- Regra de três:
58 g de Propanona ———– 228 g de Bisfenol-A
580 g de Propanona ———- y g de Bisfenol-A - y = (580 * 228) / 58
- y = 2280 g de Bisfenol-A
- Regra de três:
- Convertendo para kg: 2280 g = 2,28 kg. Este é o nosso Rendimento Teórico.
Etapa 3: Calcular o Rendimento Percentual
- Dados:
- Rendimento Teórico = 2,28 kg
- Rendimento Real (dado no enunciado) = 1,14 kg
- Cálculo:
- Rendimento (%) = (Rendimento Real / Rendimento Teórico) * 100
- Rendimento (%) = (1,14 kg / 2,28 kg) * 100
- Rendimento (%) = (0,5) * 100
- Rendimento (%) = 50%
Verificação Intermediária 📌
Identificamos a propanona como limitante, calculamos que o máximo possível a ser produzido era 2,28 kg e o problema disse que foi produzido 1,14 kg. Como 1,14 é exatamente metade de 2,28, um rendimento de 50% é a resposta lógica.
Possível armadilha ❓/ ✔
A principal armadilha é não identificar o reagente limitante e fazer o cálculo do rendimento teórico usando o reagente em excesso (o fenol). Se você fizesse isso, encontraria um valor de rendimento teórico muito maior e, consequentemente, um percentual de rendimento muito menor e incorreto. Sempre, sempre, sempre use o reagente limitante para calcular o que será produzido!
Fechamento e expectativa
Nossa análise estequiométrica completa, passo a passo, nos levou a um rendimento de 50%. Vamos agora verificar se esta resposta está entre as alternativas.
✅ Passo 5: Análise das Alternativas
Listagem das Alternativas
A) 0,025%.
B) 0,05%.
C) 12,5%.
D) 25%.
E) 50%.
Justificativa Individual
- 🔴 A), B), C), D): Todas incorretas. Esses valores provavelmente surgiriam de erros conceituais, como usar o reagente em excesso para o cálculo, errar na proporção estequiométrica da reação, ou cometer erros de cálculo nas regras de três.
- 🟢 E) 50%: Correta. Este é o valor exato encontrado ao seguir corretamente as três etapas do cálculo estequiométrico: identificação do limitante, cálculo do rendimento teórico e comparação com o rendimento real.
🏆 Passo 6: Conclusão e Justificativa Final
Resumo do Raciocínio 📌
Primeiro, determinamos que a propanona era o reagente limitante, pois a quantidade de fenol fornecida era mais do que o dobro do necessário. Em seguida, usando a propanona como base, calculamos que a produção teórica máxima de bisfenol-A seria de 2,28 kg. Finalmente, comparamos a produção real (1,14 kg) com a teórica, concluindo que o rendimento foi de 50%.
Gabarito Reafirmado 📌
A alternativa correta é a E) 50%.
Resumo Final para Revisão 🔍
Para fixar: Em problemas de estequiometria com as massas de todos os reagentes, o primeiro passo é sempre descobrir quem é o limitante. Ele é o “chefe” da reação e dita a quantidade máxima de produto que pode ser formada.
