Questão de Química — Grandezas: massa, volume, mol, massa molar, constante de Avogadro e Estequiometria. — FGV 2021

Estequiometria: produção de H₂ a partir de Al

Gabarito: letra D. O volume de 448 cm³ de H₂ nas CNTP corresponde a 0,02 mol de H₂. Pela reação balanceada 2Al + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂, a proporção é de 2 mol de Al para 3 mol de H₂, resultando em 0,01333 mol de Al. Multiplicando pelo número de Avogadro (6,022×10²³), obtém-se aproximadamente 8,02×10²¹ átomos de alumínio.

Resolução detalhada

1. Volume molar nas CNTP: 1 mol de gás ocupa 22,4 L = 22.400 cm³. Assim, 448 cm³ equivalem a:

   $n_{H_2} = \frac{448}{22400} = 0,02\ \text{mol}$

1. Reação química balanceada:

   $2\text{Al} + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2$

   A proporção estequiométrica é:

   $\frac{n_{\text{Al}}}{n_{\text{H}_2}} = \frac{2}{3}$

   Portanto,

   $n_{\text{Al}} = \frac{2}{3} \times 0,02 = 0,01333...\ \text{mol}$

1. Número de átomos de Al:

   $\text{Átomos de Al} = n_{\text{Al}} \times N_A = 0,01333 \times 6,022\times10^{23} \approx 8,02\times10^{21}$

Análise das alternativas

Alternativa A — ❌ Incorreta

$0,36\times10^{21}$ (que equivale a $3,6\times10^{20}$). Esse valor corresponderia a um erro na divisão do volume: talvez usando 448/2240 (10× menor) ou engano na estequiometria.

Alternativa B — ❌ Incorreta

$3,60\times10^{21}$. Provém de considerar 1 mol de Al para 1 mol de H₂ (esquecendo o coeficiente 2/3) e talvez arredondamento.

Alternativa C — ❌ Incorreta

$6,04\times10^{21}$. Pode ser resultado de usar 2 mol de Al para cada mol de H₂ (relação inversa) ou outro erro de proporção.

Alternativa D — ✅ Correta ⟵ GABARITO

$8,02\times10^{21}$ é o valor obtido pelo cálculo correto, expresso com dois algarismos significativos.

Alternativa E — ❌ Incorreta

$8,02\times10^{23}$. Esse número corresponde aproximadamente a 1 mol de Al (6,02×10²³) com ligeiro ajuste. O candidato que erra o volume molar (usando 22,4 cm³ em vez de L) ou ignora a conversão chegaria a este valor.

Gabarito: letra D.