Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Universidade Federal de Roraima Departamento de Química QA250 Química Geral Básica UNIDADE 5. ESTEQUIOMETRIA Profa. Adriana Flach 2021 Universidade Federal de Roraima Departamento de Química QA250 Química Geral Básica Profa. Adriana Flach Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 2 5. ESTEQUIOMETRIA 5.1 Estequiometria das reações químicas 5.2 Reagentes limitantes 5.3 Rendimento de reações Estequiometria: palavras gregas stoicheon (elemento) e metron (medida). Definição – “estudo das quantidades relativas dos elementos combinados em compostos e das quantidades relativas das substâncias consumidas e formadas em reações químicas” Estudo QUANTITATIVO da composição química: - Composto ou fórmula estequiométrica; - Transformações químicas. Cazarro, F. Um experimento envolvendo estequiometria, Química Nova da Escola 1999, n. 10, p. 53. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 3 As leis das transformações químicas Antoine Laurent Lavoisier (1743-1794) Lei da conservação das massas: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. (1774) Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 4 Lei da composição definida ou lei da composição constante ou lei das proporções definidas “ Cada componente de um composto tem sua composição em massa, definida e característica.” O cloreto de sódio é sempre constituído por 39,34% de sódio e 60,66% de cloro. A água é sempre constituída por 11,19% de hidrogênio e 88,91% de oxigênio. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 5 Lei da composição definida ou lei da composição constante ou lei das proporções definidas Exemplo hipotético Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 6 5.1 Estequiometria das reações Cálculos estequiométricos 2 fórmulas unitárias de Fe2O3 4Fe(s) + 3O2 (g) Fe2O3(s)2 4 átomos de Fe 3 moléculas de O2 2 mols fórmulas unitárias de Fe2O3 4 mols de átomos de Fe 3 mols de moléculas de O2 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 7 Exemplo 2.17 Nitrogênio gasoso e hidrogênio gasoso combinam-se sob condições apropriadas para formar o composto amônia, NH3, de acordo com a equação: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) Quantas (a) moléculas de H2 são consumidas e (b) moléculas de NH3 são formadas quando 4,20 x 10 21 moléculas de N2 reagem? Solução: A equação indica que 1 molécula de N2 reage com 3 moléculas de H2 e também indica que 1 molécula de N2 reage para formar 2 moléculas de NH3. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 8 Massas no mundo dos átomos e compostos Massas Moleculares: é a soma das massas de seus átomos componentes. Exemplo, a massa molecular do etileno, fórmula molecular C2H4 é: - a massa atômica do carbono é 12,0 u - a massa atômica do hidrogênio é 1,0 u, então 2 x 12,0 + 4 x 1,0 = 28,0 u. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 9 Massas no mundo dos átomos e compostos Massas Moleculares A soma das massas dos átomos indicada em uma fórmula empírica é chamada massa de fórmula empírica. No caso de uma substância não molecular, o grupo de átomos mostrado na fórmula empírica é chamado de fórmula unitária e a sua massa é chamado de massa de fórmula. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 10 Massas no mundo dos átomos e compostos Massas Moleculares Exemplo. O cloreto de cálcio, CaCl2, não é um composto molecular e a massa de fórmula desse composto é: - a massa atômica do cálcio é 40,1 u, - a massa atômica do cloro é 35,5 u, então 1 átomo de Ca : massa = 1 x 40,1 u = 40,1 2 átomos de Cl: massa = 2 x 35,5 u = 71,0 massa de fórmula de CaCl2 = 111,1 u Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 11 Exemplo 2.1 Parathion é um composto tóxico que tem sido usado como inseticida. Sua fórmula molecular é C10H14O5NSP. Qual é a massa molecular do parathion? (Massas atômicas: C = 12,0; H = 1,0; O = 16,0; N = 14,0; S = 32,1; P = 31,0) 10 átomos de C : massa = 10 x 12,0 u = 120,0u 14 átomos de H : massa = 14 x 1,0 u = 14,0u 5 átomos de O : massa = 5 x 16,0 u = 80,0u 1 átomos de N : massa = 1 x 14,0 u = 14,0u 1 átomos de S : massa = 1 x 32,1 u = 32,1u 1 átomos de P : massa = 1 x 31,0 u = 31,0u _______ massa molecular do Parathion = 291,1 u Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 12 Exemplo 2.2 A fórmula empírica do sulfato de alumínio é Al2(SO4)3. Qual é a sua massa de fórmula? (Massas atômicas: Al = 27,0; O = 16,0; S = 32,1) 2 átomos de Al : massa = 2 x 27,0 u = 54,0u 3 átomos de S : massa = 3 x 32,1 u = 96,3u 12 átomos de O : massa = 12 x 16,0 u = 192 u _______ massa de fórmula do Al2(SO4)3 = 342 u Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 13 Mol Número de Avogadro A massa atômica do átomo de oxigênio é 16 u. A massa atômica de um conjunto de átomo de oxigênio é 16,0 gramas. 6,02 x 1023 átomos de oxigênio Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 14 Mol Mols de átomos: uma coleção ou grupo de átomos Exemplo, um átomo de oxigênio tem uma massa de 16,0u e um mol de átomos de oxigênio tem uma massa de 16,0 gramas. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 15 Exemplo 2.3 Uma amostra de nitrogênio gasoso contém 4,63 x 1022 átomos de nitrogênio. Quantos mols de átomos de nitrogênio tem na amostra? 1 mol de átomos de N ------------------- 6,02 x 1023 átomos de N Y ------------------- 4,63 x 1022 átomos de N Y x 6,02 x 1023 átomos de N = 1 mol de átomos de N x 4,63 x 1022 átomos de N Y = 1 mol de átomos de N x 4,63 x 1022 átomos de N = 6,02 x 1023 átomos de N Y = 0,0769 mol de átomos de N Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 16 Exemplo 2.4 Quantos mols de átomos de cobre estão presentes em 3,05 gramas de cobre? (Massa atômica: Cu = 63,5) 1 mol de átomos de Cu ------------------- 63,5 gramas de Cu Y ------------------- 3,05 gramas de Cu Y x 63,5 gramas de Cu = 1 mol de átomos de Cu x 3,05 gramas de Cu Y = 1 mol de átomos de Cu x 3,05 gramas de Cu = 63,5 gramas de Cu Y = 0,0480 mol de átomos de Cu Solução: Um átomo de cobre tem uma massa de 63,5u, portanto um mol de átomos de cobre tem uma massa de 63,5 gramas. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 17 Exemplo 2.5 Quantos átomos estão presentes em um pedaço de enxofre tendo uma massa de 10,0 g ? (Massa atômica: S = 32,1) 32,1 gramas de S ------------------- 6,02 x 1023 átomos de S 10,0 gramas de S ------------------- Y Y x 32,1 gramas de S = 10,0 gramas de S x 6,02 x 1023 átomos de S Y = 10,0 gramas de S x 6,02 x 1023 átomos de S = 32,1 gramas de S Y = 1,88 x 1023 átomos de S Solução: Um átomo de enxofre tem uma massa de 32,1u, portanto um mol de átomos de enxofre tem uma massa de 32,1 gramas. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 18 Exemplo 2.6 Qual é a massa de 8,46 x 1024 átomos de flúor? (Massa atômica: F = 19,0) 19,0 gramas de F ------------------- 6,02 x 1023 átomos de F Y ------------------- 8,46 x 1024 átomos de F Y x 6,02 x 1023 átomos de F = 19,0 gramas de F x 8,46 x 1024 átomos de F Y = 19,0 gramas de F x 8,46 x 1024 átomos de F = 6,02 x 1023 átomos de F Y = 267g de F Solução: Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 19 Mol Mols de moléculas: uma coleção ou grupo de moléculas Exemplo 2.7 Qual é a massa de 1,00 mol de moléculas de dióxido de enxofre (SO2)? (Massa atômica: S = 32,1; O = 16,0) 1 átomo de S : massa = 1 x 32,1 u = 32,1 u 2 átomos de O : massa = 2 x 16,0 u = 32,0 u massa molecular do SO2 = 64,1 u 1 mol de moléculas de SO2 ------------------- 64,1 gramas de SO2 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 20 Mol Mols de fórmulas unitárias:uma coleção ou grupo de fórmulas unitárias Exemplo 2.8 Calcular a massa de 1,00 mol de fórmulas unitárias de nitrato de potássio (KNO3) (Massa atômica: K = 39,1; N = 14,0; O = 16,0) 1 átomo de K : massa = 1 x 39,1 u = 39,1 u 1 átomo de N : massa = 1 x 14,0 u = 14,0 u 3 átomos de O : massa = 3 x 16,0 u = 48,0 u massa molecular do SO2 = 101,1 u 1 mol de fórmulas unitárias de KNO3 ------------------- 101,1 gramas de KNO3 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 21 Composição estequiométrica Fórmula estequiométrica: é o estudo da relação entre a fórmula de um composto e a proporção de seus elementos. Exemplo. Se em 1 molécula de água (H2O) temos 2 átomos de hidrogênio e 1 átomo de oxigênio podemos afirmar que em 1 mol de moléculas de água temos 2 mols de átomos de hidrogênio e 1 mol de átomo de oxigênio. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 22 Composição estequiométrica Fórmula estequiométrica Exemplo 2.9 A fórmula empírica para o carbonato de lítio é Li2CO3. Uma fórmula unitária de Li2CO3 consiste em quantos átomos de cada elemento? Solução: Observamos na fórmula unitária do compostos os sub-indices que correspondem a quantidade de cada átomo no composto. Portanto, 1 fórmula unitária de Li2CO3 possui 2 átomos de Li, 1 átomo de C e 3 átomos de O. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 23 Composição estequiométrica Fórmula estequiométrica Exemplo 2.10 Em 1,00 mol de Li2CO3, quantos mols de átomos de Li, C e O estão presentes? Solução: se em 1 fórmula unitária de Li2CO3 temos 2 átomo de Li, 1 átomo de C e 3 átomos de O, então em 1,00 mol de fórmula unitária de Li2CO3 temos 1 mol de átomos de Li, 1 mol de átomos de C e 3 mols de átomos de O. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 24 Composição estequiométrica Fórmula estequiométrica Exemplo 2.11 A fórmula molecular da cafeína é C8H10O2N4. Em uma amostra contendo 0,150 mol de moléculas de cafeína, quantos mols de átomos de C, H, O e N estão presentes? Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 25 1 mol de moléculas de cafeína contém: 1 mol de moléculas de cafeína 8 mols de átomos de C 0,150 mols de moléculas de cafeína nC nC = 1,20 mols de átomos de C Resolução: - 8 mols de átomos de C - 10 mols de átomos de H - 2 mols de átomos de O - 4 mols de átomos de N Portanto: Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 26 1 mol de moléculas de cafeína 10 mols de átomos de H 0,150 mols de moléculas de cafeína nH nH = 1,50 mols de átomos de C 1 mol de moléculas de cafeína 4 mols de átomos de N 0,150 mols de moléculas de cafeína nN nN = 0,600 mols de átomos de N 1 mol de moléculas de cafeína 2 mols de átomos de O 0,150 mols de moléculas de cafeína nO nO = 0,300 mols de átomos de O Composição estequiométrica Análise elementar ou composição percentual em massa: Exemplo 2.12 O ácido butírico, um composto produzido quando a manteiga se deteriora, tem a fórmula C4H8O2. Qual é a análise elementar do ácido butírico? (Massas atômicas: C = 12,0; H = 1,01; O = 16,0) Solução: Etapa 1 - Calcule a massa molecular. Etapa 2 – Calcule o percentual em massa de cada elemento. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 27 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 28 C4H8O2.(Massas atômicas: C = 12,0; H = 1,01; O = 16,0) Solução: Etapa 1 - Calcule a massa molecular. Etapa 2 – Calcule o percentual em massa de cada elemento. C4H8O2 C = 12,0 x 4 = 48,0 g/mol H = 1,01 x 8 = 8,08 g/mol O = 16,0 x 3 = 32,0 g/mol 88,08 g/mol 88,08 g 100% 48,0 g % C % C = 54,5% 88,08 g 100% 8,08 g % H % H = 9,2% 88,08 g 100% 32,0 g % O % O = 36,3% Composição estequiométrica Análise elementar ou composição percentual em massa Determinação da fórmula empírica à partir da análise elementar Exemplo 2.13 Acredita-se que o nitrato de peroxiacetila (NPA) desempenha um papel na formação da neblina fotoquímica. Esse composto tem a seguinte composição percentual em massa: 19,8% de C, 2,5% de H, 66,1% de O e 11,6% de N. Qual é a fórmula empírica do NPA? (Massas atômicas: C = 12,0; H = 1,01; O = 16,0; N = 14,0) Solução: Etapa 1 – Atribua uma quantidade para NPA, de preferência 100g; Etapa 2 - Calcule o número de mols de cada espécie de átomos; Etapa 3 – Obtenha a razão simples convertendo numa razão de números inteiros dividindo todos pelo menor valor. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 29 30 19,8% de C, 2,5% de H, 66,1% de O e 11,6% de N. Solução: Etapa 1 –Atribua uma quantidade para NPA, de preferência 100g; NPA = Em 100 g 19,8 g C 2,5 g H 66,1g O 11,6 g N Etapa 2 - Calcule o número de mols de cada espécie de átomos; C = 19,8 12,0 = 1,65 mol de C H = 2,5 1,0 = 2,5 mol de H O = 66,1 16,0 = 4,13 mol de O N = 11,6 14,0 = 0,828 mol de N Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 31 Etapa 3 – Obtenha a razão simples convertendo numa razão de números inteiros dividindo todos pelo menor valor. C = 1,65 0,828 = 2 mol de C H = 2,5 0,828 = 3 mol de H O = 4,13 0,828 = 5 mol de O N = 0,828 0,828 = 1 mol de N Etapa 4 – A razão obtida representa a proporção dos átomos no NPA que representa a fórmula empírica. C2H3NO5 Composição estequiométrica Determinação da fórmula molecular à partir da fórmula empírica Exemplo 2.14 O etano é um composto molecular que tem a fórmula empírica CH3. A massa molecular do etano determinada experimentalmente é 30. Encontre a fórmula molecular do etano (Massas atômicas: C = 12,0; H = 1,01) Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 32 Fórmula empírica: CH3 Fórmula molecular: (CH3)n = 30 15 n = 30 n = 2 Fórmula molecular: C2H6 Estequiometria das reações Análise da combustão: fornece dados para determinar a fórmula empírica de um composto. Esquema da combustão para análise elementar Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 33 Estequiometria das reações Análise da combustão Exemplo 2.20 Xileno é uma substância composta somente de carbono e hidrogênio. Uma amostra foi queimada em excesso de oxigênio e produziu apenas como produto da queima 33,4 g de CO2 e 8,55 g de água. Determine (a) a análise elementar (composição percentual em massa) e (b) a fórmula empírica do xileno. (Massa atômica: C = 12,0; H = 1,01; O = 16,0) Solução: Etapa 1 – Calcule a massa molecular de CO2 e H2O; Etapa 2 - Calcule o número de mols de CO2 e H2O formados; Etapa 3 – Calcule o número de mols de H e C; Etapa 4 – Calcule a massa dos átomos de H e C; Etapa 5 – Calcule o percentual em massa de átomos de H e C considerando que nenhum outro elemento está presente no xileno. 34Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 35 Etapa 1 – Calcule a massa molecular de CO2 e H2O: MM CO2 = 44,0 g/mol MM H2O = 18,02 g/mol Etapa 2 - Calcule o número de mols de CO2 e H2O formados: O2 CO2 H2OXileno + + Foram formados: 33,4 g de CO2 e 8,55 g de água. nº mols CO2 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2 𝑀𝑀𝐶𝑂2 = 33,4 44,0 = 0,759 mol CO2 nº mols H2O = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝐻2𝑂 = 8,55 18,08 = 0,473 mol H2O Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 36 Etapa 3 – Calcule o número de mols de H e C: 0,759 mol CO2 = 0,759 mol de C 0,473 mol H2O = 2 x0,473 = 0,946 mol de H Etapa 4 – Calcule a massa dos átomos de H e C presentes: 1 mol átomos de C 12,0 g de C 0,759 mol átomos de C mC mC = 9,11 g de C 1 mol átomos de H 1,01 g de H 0,946 mol átomos de H mH mH =0,955 g de H Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 37 Etapa 5 – Calcule o percentual em massa de átomos de H e C considerando que nenhum outro elemento está presente no xileno. mC = 9,11 g de C mH = 0,955 g de H Massa xileno=10,07g 10,07 g 100% 9,11 g %C %C = 90,5% Resolução a) composição centesimal 10,07 g 100% 0,955 g %H %H = 9,5% Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 38 Resolução b) fórmula empírica Etapa 6 – utilizar a proporção anteriormente obtida e torná-la número inteiro. 0,759 mol de C 0,946 mol de H C = 0,759 0,759 = 1 H = 0,946 0,759 = 1,25 C1H1,25 x 4 = C4H5 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 39 Etapa 1 – Calcule a massa molecular de CO2 e H2O: MM CO2 = 44,0 g/mol MM H2O = 18,02 g/mol Etapa 2 - Calcule o número de mols de CO2 e H2O formados: Foram formados: 0,561 g de CO2 e 0,306 g de água. nº mols CO2 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐶𝑂2 𝑀𝑀𝐶𝑂2 = 0,561 44,0 = 0,0128 mol CO2 nº mols H2O = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝐻2𝑂 𝑀𝑀𝐻2𝑂 = 0,306 18,08 = 0,0169 mol H2O Combustão para compostos que contém outros elementos: caso do OXIGÊNIO 40 Etapa 3 – Calcule o número de mols de H e C: 0,0128 mol CO2 = 0,0128 mol de C 0,0169 mol H2O = 2 x 0,0169 = 0,0338 mol de H Etapa 4 – Calcule a massa de átomos de H e C presentes: 1 mol átomos de C 12,0 g de C 0,0128 mol átomos de C mC 1 mol átomos de H 1,01 g de H 0,0338 mol átomos de H mH mC = 0,153 g de C mH =0,0342 g de H Etapa 5 – Calcule a massa de átomos de O presentes: Massa de álcool isopropílico= mC + mH + mO 0,255 = 0,153 + 0,0342 + mO mO =0,0678 g de O Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 41 Etapa 6 – Calcule o número de mols de átomos de O presentes: 1 mol átomos de O 16,0 g de O X mol átomos de O 0,0678 g de O 0,00424 mol átomos O Etapa 7 – utilizar a proporção anteriormente obtida e torná-la número inteiro. C = 0,0128 0,00424 = 3 H = 0,0338 0,00424 = 8 O = 0,00424 0,00424 = 1 C3H8O H2(g) O2(g) H2O(g)2 + 2 A razão entre o número de mols de moléculas de hidrogênio e oxigênio nesta reação é 2:1 (razão estequiométrica). Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 42 5.2 Reagentes limitantes Quando ao realizar a reação não são utilizadas estas proporções teremos reagentes em excesso e reagentes limitantes. Reagente limitante: está em proporção estequiométrica Reagente em excesso: está em proporção acima da estequiométrica. Reagentes limitantes H2(g) O2(g) H2O(g)2 + 2 Mols da reação: 2,5 (excesso) 1,0 (limitante) 0 Variação: -2,0 -1,0 +2,0 Mols após a reação: 0,5 0 2,0 Situação 1: Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 43 Reagentes limitantes H2(g) O2(g) H2O(g)2 + 2 Mols da reação: 2,0 (limitante) 1,5 (excesso) 0 Variação: -2,0 -1,0 +2,0 Mols após a reação: 0 0,5 2,0 Situação 2: Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 44 Reagentes limitantes H2(g) O2(g) H2O(g)2 + 2 Se 0,468 mol de moléculas de H2 e 0,221 mol de O2 são misturados e reagem, a razão real de reagentes é: Mols de moléculas de O2 Mols de moléculas de H2 = 0,468 0,221 = 2,12 (real) Mols de moléculas de O2 Mols de moléculas de H2 = = 2 (estequiométrica) 2 1 que é maior que a razão estequiométrica, portanto o excesso é de H2. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 45 Reagentes limitantes Exemplo 2.21 3,65g de H2 e 26,7g de O2 são misturados e reagem. Quantos gramas de H2O são formados? (Massa atômica: H = 1,01; O = 16,0) Solução: Etapa 1 – Escreva a equação da reação balanceada; Etapa 2 - Calcule a razão estequiométrica; Etapa 3 – Calcule a massa molecular dos reagentes; Etapa 4 – Calcule a razão real; Etapa 5 – Encontre o reagente em excesso e o limitante; Etapa 6 – Calcule o número de mols do produto a partir do reagente limitante; Etapa 7 – Calcule a massa do produto a partir do número de mols. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 46 47 Solução: Etapa 1 – Escreva a equação da reação balanceada: 2H2 + O2 2H2O Etapa 2 - Calcule a razão estequiométrica; 2𝑚𝑜𝑙𝑠 𝐻 2 1𝑚𝑜𝑙 𝑂 2 = 2 Etapa 3 – Calcule a massa molecular dos reagentes: MM H2 = 2,02 g/mol MM O2 = 32,0 g/mol Exercício: 3,65g de H2 e 26,7g de O2 = excesso H Ou Etapa 4 – Calcule a razão real e determine o reagente em excesso: 2,02g H2 1 mol H2 3,65 g H2 nH2 nH2 = 1,81 mol 32,0g O2 1 mol O2 26,7 g O2 nO2 nO2 = 0,83 mol 1,81 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝐻2 0,83 𝑚𝑜𝑙 𝑂2 = 2,18 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 48 Etapa 5 – Calcule o número de mols do produto a partir do reagente limitante: 1 mol de O2 formam com 2 mols de H2O Etapa 6– Transforme a relação em mol em relação em massa e calcule a massa do produto: 32,0 g de O2 36,0 g de H2O 26,7 g de O2 x g de H2O X = 30,04 g de H2O 2H2 + O2 2H2O Estequiometria das soluções Titulação Muitas titulações ocorrem através de reação de neutralização ou reação de ácido-base, os íons hidrogênios (prótons) de um ácido reagem com o íon hidróxido (hidroxila) de uma base formando água. H+(aq) + HO- (aq) → H2O Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 49 Quando temos uma solução de concentração desconhecida (solução 1) podemos reagir esta solução com um solução de concentração conhecida (solução 2) e determinar a concentração da solução 1. Para isso devemos medir o volume da solução 2, capaz de reagir com um volume conhecido da solução 1. Essa determinação é chamada de TITULAÇÃO. Estequiometria das soluções Titulação Na titulação utiliza-se normalmente substâncias que mudam de cor quando a reação se completou, essas substâncias são chamadas de INDICADORES. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 50 Estequiometria das soluções Titulação H2SO4 (aq) + 2NaOH (aq) → Na2SO4 (aq) + 2H2O Exemplo 2.26 25mL de uma solução de ácido sulfúrico, H2SO4, de concentração desconhecida, é titulada com uma solução de hidróxido de sódio, NaOH, 0,1200 mol/L. A reação pode ser representada pela equação abaixo: Solução: Etapa 1 – Calcule o número de mols de NaOH usando o volume em litros; Etapa 2 – Analise a razão estequiométrica do ácido e da base; Etapa 3 – Utilizando essa razão calcule o número de mols do ácido; Etapa 4 – Calcule a molaridade do ácido. Se são necessários 38,14 mL de solução de NaOH para atingir o ponto de equivalência, qual é a concentração molar do ácido? Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 51 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 52 ÁCIDO Va= 25 mL Ma =? BASE Vb= 38,14 mL Mb = 0,1200 mol/L DADOS: Solução: Etapa 1 – Calcule o número de mols de NaOH usando o volume em litros; Mb = 𝑛𝑏 𝑉(𝐿) = 0,1200 = 𝑛𝑏 0,003814 = nb = 4,5768 x 10-3 mol NaOH Etapa 2 –Analise a razão estequiométrica do ácido e da base: Etapa 3 – Utilizando essa razão calcule o número de mols do ácido: 2 mols de hidróxido de sódio 1 mol de ácido sulfúrico 4,5768 x 10-3 mol NaOH na na = 2,2884 x 10-3 mol H2SO4 Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 53 Etapa 4 – Calcule a molaridade do ácido. ÁCIDO Va= 25 mL Ma =? na = 2,2884 x 10-3 mol H2SO4 Ma = 𝑛𝑎 𝑉(𝐿) = 2,2884 𝑥 10−3 0,02500 = 0,0915mol/L A concentração da solução de ácido sulfúrico titulada é de 0,0915mol/L. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 54 5.3 Rendimento de reações 2H2 + O2 2H2O Estequiometricamente: 2 mols de H2 reagem com 1 mol de O2 formam 2 mols de H2O 4,0 g de H2 reagem com 32,0 g de O2 formam 36,0 g de H2O Se isso ocorre, o rendimento da reação é de 100%. Na realidade, na rotina dos laboratórios, raramente isso ocorre, por diversos fatores, então é muito comum calcularmos os rendimentos obtidos. Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 55 Assim, se na reação de 4,0g de hidrogênio com o oxigênio em quantidade suficiente, forem obtidos apenas 30,0 g de água, qual o rendimento da reação ? 2H2 + O2 2H2O Estequiometricamente: 2 mols de H2 formam 2 mols de H2O 4,0 g de H2 formam 36,0 g de H2O 100% rendimento 36,0 g de H2O 100 % rendimento 30,0 g de H2O x X = 83,3% de rendimento Prof. Luiz Antonio Costa e Profa. Adriana 56 SUGESTÃO DE EXERCÍCIOS BROWN, T.L.et al. Química - a ciência central. 13ª edição. São Paulo: Pearson Prentice Hall,2017. Capítulo 3:
Compartilhar