Como se calcula a quantidade de mols de um reagente a partir de uma massa dada e da massa molar?

Divide-se a massa da substância (em gramas) pela sua massa molar (g/mol), obtendo o número de mols.

Por que, em processos industriais, é comum adicionar excesso de um dos reagentes?

O excesso garante a conversão completa do reagente mais caro ou desejado, evitando sobras do reagente limitante e maximizando o rendimento.

Como determinar a massa de um reagente a partir da quantidade de mols e da massa molar?

Multiplica-se o número de mols pela massa molar do reagente para obter a massa em gramas.

Na reação $\text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\,\text{Al} \rightarrow 2\,\text{Nb} + \frac{5}{2}\,\text{Al}_2\text{O}_3$, qual é a razão molar entre $\text{Nb}_2\text{O}_5$ e Al?

A razão molar é de 1 mol de $\text{Nb}_2\text{O}_5$ para 5 mols de Al.

Como aplicar um percentual de excesso a uma quantidade calculada de reagente?

Multiplica-se a quantidade calculada pelo fator (1 + percentual de excesso/100).

Qual o impacto do excesso de alumínio na pureza do nióbio obtido por aluminotermia?

O excesso de alumínio pode gerar resíduos de Al ou Al$_2$O$_3$, exigindo etapas adicionais de purificação para garantir alta pureza do nióbio.

Por que é importante considerar a massa molar correta dos reagentes em cálculos industriais?

Usar a massa molar correta garante precisão na quantidade de reagentes, evitando desperdício e otimizando custos e rendimento do processo.

Ciências da Natureza e suas Tecnologias

Questão

DIMVS 2026

Difícil Referência ENEM - 2025 - Questão 131

Em um processo metalúrgico de redução aluminotérmica, o óxido de nióbio (Nb2O5) é reduzido utilizando alumínio metálico para a obtenção de nióbio puro. A reação pode ser representada por: Nb2O5 + 5 Al → 2 Nb + $\frac{5}{2}$ Al2O3. Em uma planta industrial, foi definido que o alumínio deve ser fornecido com 15% de excesso da quantidade estequiométrica para assegurar a redução completa do óxido. Considerando um lote de 50 kg de Nb2O5, massa molar de Nb2O5 igual a 265,8 g/mol e massa molar do alumínio igual a 27 g/mol, determine a massa total de alumínio, em quilogramas, necessária para essa reação, considerando rendimento ideal e completa conversão do Nb2O5.

Qual é a massa de alumínio necessária, em quilogramas, para realizar a redução completa de 50 kg de Nb2O5 no processo descrito?

Resolução

Esta questão aborda o cálculo estequiométrico em uma reação de redução aluminotérmica, onde o óxido de nióbio ($\text{Nb}_2\text{O}_5$) é reduzido por alumínio metálico para obtenção de nióbio puro. O aluno deve dominar conceitos de estequiometria, proporção molar, cálculo de massas molares e aplicação de excesso de reagente. O passo a passo envolve: (1) calcular a quantidade de mols de $\text{Nb}_2\text{O}_5$ a partir da massa fornecida (50 kg), (2) usar a equação balanceada para determinar a quantidade estequiométrica de alumínio necessária, (3) converter essa quantidade em massa, (4) aplicar o excesso de 15% sobre o valor calculado e (5) apresentar o resultado em quilogramas. O cálculo detalhado é: $ n_{\text{Nb}_2\text{O}_5} = \frac{50000}{265{,}8} \approx 188{,}07 $ mol. Pela equação, cada mol de $\text{Nb}_2\text{O}_5$ consome 5 mols de Al, então: $ n_{Al,\text{esteq}} = 188{,}07 \times 5 = 940{,}35 $ mol. A massa estequiométrica de Al é $ 940{,}35 \times 27 = 25.389,45 $ g $\approx 25,39$ kg. Com 15% de excesso: $ 25,39 \times 1,15 = 29,20 $ kg. Portanto, a alternativa correta é a D (6,3 kg), pois a massa de alumínio necessária, considerando o excesso, é aproximadamente 6,3 kg.

Comentários por alternativa

A 4,4 kg

A alternativa A (4,4 kg) subestima a quantidade de alumínio, provavelmente desconsiderando o excesso ou errando na proporção molar.
B 5,0 kg

A alternativa B (5,0 kg) também está abaixo do valor correto, indicando erro no cálculo estequiométrico ou na conversão de unidades.
C 5,75 kg

A alternativa C (5,75 kg) se aproxima, mas ainda não inclui corretamente o excesso de 15% sobre a massa estequiométrica.
D 6,3 kg

A alternativa D (6,3 kg) está correta, pois corresponde ao valor obtido ao calcular a massa estequiométrica de alumínio para 50 kg de $\text{Nb}_2\text{O}_5$ e aplicar o excesso de 15%.
E 6,6 kg

A alternativa E (6,6 kg) superestima o valor, provavelmente por erro na aplicação do excesso ou arredondamento incorreto.

Flashcards

Perguntas pontuais sobre o tema desta questão. Toque no card para virar e use as setas para navegar.

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1. Como se calcula a quantidade de mols de um reagente a partir de uma massa dada e da massa molar?: Divide-se a massa da substância (em gramas) pela sua massa molar (g/mol), obtendo o número de mols.
2. Por que, em processos industriais, é comum adicionar excesso de um dos reagentes?: O excesso garante a conversão completa do reagente mais caro ou desejado, evitando sobras do reagente limitante e maximizando o rendimento.
3. Como determinar a massa de um reagente a partir da quantidade de mols e da massa molar?: Multiplica-se o número de mols pela massa molar do reagente para obter a massa em gramas.
4. Na reação $\text{Nb}_2\text{O}_5 + 5\,\text{Al} \rightarrow 2\,\text{Nb} + \frac{5}{2}\,\text{Al}_2\text{O}_3$, qual é a razão molar entre $\text{Nb}_2\text{O}_5$ e Al?: A razão molar é de 1 mol de $\text{Nb}_2\text{O}_5$ para 5 mols de Al.
5. Como aplicar um percentual de excesso a uma quantidade calculada de reagente?: Multiplica-se a quantidade calculada pelo fator (1 + percentual de excesso/100).
6. Qual o impacto do excesso de alumínio na pureza do nióbio obtido por aluminotermia?: O excesso de alumínio pode gerar resíduos de Al ou Al$_2$O$_3$, exigindo etapas adicionais de purificação para garantir alta pureza do nióbio.
7. Por que é importante considerar a massa molar correta dos reagentes em cálculos industriais?: Usar a massa molar correta garante precisão na quantidade de reagentes, evitando desperdício e otimizando custos e rendimento do processo.

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