Questão de Química · FGV PCERJ 2021 (nº 63)

A fórmula molecular de um composto mostra a quantidade exata de cada tipo de átomo presente em uma molécula. Para descobri-la a partir da composição centesimal (porcentagem de cada elemento), calculamos a proporção em mols dos elementos para encontrar a fórmula empírica (a proporção mais simples), e então a ajustamos para a molecular, se necessário.

Cálculo da Fórmula Empírica:

1. Assumir 100g do composto:
   • C: 40,67 g
   • H: 8,47 g
   • N: 23,73 g
   • O: 100% - (40,67% + 8,47% + 23,73%) = 100% - 72,87% = 27,13 g (O oxigênio é o elemento restante).
2. Converter massas para mols (massas molares aproximadas: C=12, H=1, N=14, O=16 g/mol):
   • Mols de C: 40,67 g / 12 g/mol ≈ 3,389 mol
   • Mols de H: 8,47 g / 1 g/mol = 8,470 mol
   • Mols de N: 23,73 g / 14 g/mol ≈ 1,695 mol
   • Mols de O: 27,13 g / 16 g/mol ≈ 1,696 mol
3. Dividir pelo menor número de mols (1,695 mol):
   • C: 3,389 / 1,695 ≈ 2
   • H: 8,470 / 1,695 ≈ 5
   • N: 1,695 / 1,695 = 1
   • O: 1,696 / 1,695 ≈ 1
     A fórmula empírica é $C_2H_5NO$. Como a questão não fornece a massa molar do composto e esta fórmula está entre as alternativas, ela é a fórmula molecular.

(A) Incorreta: A fórmula $C_2H_6(NO)_2$ (ou $C_2H_6N_2O_2$) possui uma composição percentual diferente da fornecida, especialmente para N e O.
(B) Incorreta: A fórmula $C_2H_5(NO)_2$ (ou $C_2H_5N_2O_2$) possui uma composição percentual diferente da fornecida, com mais N e O do que o esperado.
(C) Incorreta: A fórmula $C_3H_6NO$ tem uma proporção de carbono (50%) muito maior do que a fornecida (40,67%).
(D) Correta: A fórmula $C_2H_5NO$ corresponde exatamente à fórmula empírica calculada a partir das porcentagens dadas, e sua composição percentual (C: 40,66%, H: 8,53%, N: 23,72%, O: 27,09%) está em excelente concordância com os dados do problema.
(E) Incorreta: A fórmula $C_2H_6NO$ difere da correta por um átomo de hidrogênio a mais. A armadilha aqui é um possível erro de arredondamento ou cálculo na etapa de determinação da proporção de hidrogênio, levando a um número ligeiramente maior de átomos de H. Além disso, a porcentagem de H para $C_2H_6NO$ (aprox. 10,06%) é significativamente diferente dos 8,47% fornecidos.