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Profª Michele France 2020.2 BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS 1 Reações Químicas Lavoisier Equação Química Conceitos Importantes para uma melhor compreensão 2 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France REAÇÃO QUÍMICA É um processo de mudanças químicas, onde ocorre a conversão de uma substância, ou mais, em outras substâncias. A + B C + D Sódio + Água → Hidróxido de Sódio + Hidrogênio REAGENTES PRODUTOS Na + H2O → NaOH + H2 3 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 4 Lei de Lavoisier ou Lei da conservação da massa LEI DE LAVOISIER Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France O Equações químicas 5 2 Na(s) + 2 H2O(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) Em uma equação química representa-se os estados físicos de cada reagente e produto. Sólido (s) Líquid o (l) Gasos o (g) Aquos o (aq) Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 6 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France O Equações químicas EQUAÇÃO NÃO BALANCEADA Na + H2O → NaOH + H2 EQUAÇÃO BALANCEADA 2Na + 2H2O → 2NaOH + H2 CaCO3 (s) Δ CaO(s) + CO2(g) Para indicar que a reação requer calor (Temperatura) utiliza-se a letra grega Δ. NH3 Significa 1 átomo de nitrogênio 3 átomos de hidrogênio 2 NH3 Significa 2 x 1 = 2 átomos de nitrogênio 2 x 3 = 6 átomos de hidrogênio Tendo duas vezes H2O, teremos 4 átomos de H e dois de O 2 x 2 = 4 átomos de hidrogênio 2H2O Significa 2 x1 = 2 átomos de oxigênio Equação Química balanceada 2H2 + O2 2H2O Índice Coeficiente 7 Coeficiente estequiométrico das substâncias Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France BALANCEAMENTO Os coeficientes estequiométricos são utilizados para mostrar que os átomos não são criados nem destruídos. 8 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Consiste em ajustar os coeficientes estequiométricos de modo que o número de átomos de cada elemento na equação química seja conservado. Isto é, o número de átomos de um determinado elemento é o mesmo no reagente e no produto https://pt.wikipedia.org/wiki/Estequiometria https://pt.wikipedia.org/wiki/Estequiometria https://pt.wikipedia.org/wiki/Estequiometria https://pt.wikipedia.org/wiki/Equa%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica https://pt.wikipedia.org/wiki/Equa%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica https://pt.wikipedia.org/wiki/Equa%C3%A7%C3%A3o_qu%C3%ADmica https://pt.wikipedia.org/wiki/Reagente 9 As equações químicas podem ser balanceadas por dois métodos: -Por tentativa: Ácido base – sem transferência de elétrons. Reações de Oxidação e Redução (Redox): ocorre a transferência de elétrons. BALANCEAMENTO Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Observe a equação: Observe que agora a Lei de Conservação das Massas foi respeitada (Eq. Balanceada). H2 + O2 H2O 2H2 + O2 2 H2O H = 2 x 2 = 4 O = 1 x 2 = 2 10 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France BALANCEAMENTO H2 H2 O2 + H2O H2O 11 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France BALANCEAMENTO 12 R e gr a s pa ra o B a la nc e a m e nt o d a s E qu a çõ e s 1ª) Raciocine inicialmente com elementos que aparecem em uma única substância, em cada membro; 2ª) Verificado esses elementos, escolha aquele que tenha maiores índices; 3ª) Escolhido o elemento, transfira seus índices de um membro para outro, usando-os como coeficientes; 4ª) Prossiga com o mesmo raciocínio até o término do balanceamento. Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France N2 + H2 → NH3 Reagentes N = 2 H = 2 Produtos N = 1 H = 3 Observe que se começa pelo H, seguindo a regra 1. Para acertar seus coeficientes, coloca-se 3 à frente do H2. Alterando a quantidade de H. Agora resta apenas acertar o N. Para isso deve-se colocar o coeficiente 2 no NH3: N2 + 3H2 → 2 NH3 Eq. Balanceada 13 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France H2SO4 + KOH → K2SO4 + H2O Reagentes S = 1 H = 3 O = 5 K = 1 Produtos S = 1 H = 2 O = 5 K = 2 Note que o elemento que aparece em uma única substância e desbalanceado é o K. Por isso, colocamos o coeficiente 2 no KOH. Para finalizar, colocamos na água o coeficiente 2 para acertar o H e por conseguinte o O. H2SO4 + 2KOH → K2SO4 + 2H2O Eq. Balanceada 14 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Exercício 1: Balancear a equação química que representa a queima do gás hidrogênio (H2) em presença de (O2) para formar água. H2 (g) + O2(g) H2O(l) Exercício 2: Balancear a equação química que representa a queima do gás metano (CH4) em presença de (O2) para formar dióxido de carbono e água. CH4 (g) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) Exercício 3: Balancear a equação química abaixo: Al(l) + BaO(s) Δ Al2O3(s) + Ba(l) 15 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Vamos exercitar? BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES POR OXIRREDUÇÃO 16 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 17 NÚMERO DE OXIDAÇÃO (NOX) Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 18 REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: 1ª regra O Nox de cada átomo em uma substância simples é sempre zero. O2, O3, P4, S8, Cgraf, Cdiam 2ª regra O Nox de um íon monoatômico é sempre igual à sua própria carga. K+ Ba2+ F– N3– Nox: +1 +2 –1 –3 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 3ª regra: Existem elementos que apresentam Nox fixo em seus compostos. Metais Alcalinos (1A) (Li, Na, K, Rb Cs e Fr) Nox = + 1 Exemplo: K2SO4. Nox = + 1 Metais Alcalinos-terrosos (2A) (Be, Mg, Ca, Sr, Ba e Ra) Nox = + 2 Exemplo: CaO. Nox = + 2 Zn (zinco) Nox = + 2 Exemplo: ZnSO4. Nox = + 2 Ag (prata) Nox = + 1 Exemplo: AgCℓ. Nox = + 1 Al (alumínio) Nox = + 3 Exemplo: Aℓ2O3. Nox = + 3 REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: 4ª regra: O Nox do elemento hidrogênio (H), nas substâncias compostas, é geralmente +1. HBr H2SO4 C6H12O6 +1 +1 +1 Quando o hidrogênio estiver ligado a metal, formando hidretos metálicos, seu Nox é -1 . NaH CaH2 Nox: –1 –1 21 5ª regra: O Nox do elemento oxigênio (O), na maioria dos seus compostos, é -2. CO H2O H2SO4 C6H12O6 Nox: –2 –2 –2 –2 No composto fluoreto de oxigênio (OF2), como o flúor é mais eletronegativo, o Nox do oxigênio é + 2: OF2 Nox: +2 Nos peróxidos (O2) 2–, o Nox do oxigênio é -1. REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: Nox: H2O2 Na2O2 +1 +1 -1 -1 -2 +2 -2 +2 Soma dos Nox: Zero Zero REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Conhecendo essas regras, podemos calcular o Nox de muitos outros elementos. Exemplo 1: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no H3PO4: H → Nox = +1P → Nox = X O → Nox = -2 H 3 P O 4 3.( + 1 ) + X + 4.( - 2 ) = 0 X = + 5 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Exemplo 2: ● Determinação do Nox do Cromo (Cr) no K2Cr2O7: K → Nox = + 1 Cr → Nox = X O → Nox = - 2 K2 Cr2 O7 2.( + 1 ) + 2.X + 7.( - 2 ) = 0 X = + 6 (Nox do Cr). Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) 6ª regra: Num íon composto, o somatório dos Nox é igual à carga do íon. Exemplo 3: ● Determinação do Nox do fósforo (P) no P2O7 - 4 : P → Nox = x O → Nox = - 2 P2 O7 4- 2.X + 7.( - 2 ) = - 4 X = + 5 (Nox do P). Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 26 Variação do Nox nas Reações de Óxido-redução Observando o exemplo da reação entre o cobre (Cu) e a solução aquosa de nitrato de prata (AgNO3) e associando-o ao conceito de Nox, temos : ● semirreação em que ocorre perda de elétrons é denominada reação de oxidação. ● semirreação em que ocorre ganho de elétrons é denominada reação de redução. QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Cu Cu2+ + 2e- 2Ag+ + 2e- 2 Ag 0 + 2 +1 0 Nox Perda de e- Oxidação Aumento do Nox Ganho de e- Redução Diminuição do Nox QUÍMICA, 3ª ANO Oxirredução (Regras do Nox) Com isso, temos: -O cobre (Cu) sofre oxidação e é denominado agente redutor, pois, ao ceder elétrons aos íons prata (Ag+), provoca sua redução. - Os íons prata (Ag+) sofrem redução e agem como agente oxidante, pois, ao receberem elétrons do cobre (Cu), provocam sua oxidação. Cu: perde elétrons Sofre oxidação Agente redutor Sofre redução Ag+: ganha elétrons Agente Oxidante Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France OBSERVE: 29 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 30 REGRAS PARA O BALANCEAMENTO: Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France REGRAS PARA O BALANCEAMENTO: 31 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 32 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 33 KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O 1º passo: Determinar os números de oxidação: +1 +7 -2 +1 -1 +1 -1 +2 -1 0 +1 -2 KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O 2º passo: Determinação da variação da oxidação e da redução: Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 34 MnCl2 = ∆Nox = 5 → 5 será o coeficiente de Cl2 Cl2 = ∆Nox = 2→ 2 será o coeficiente de MnCl2 KMnO4 + HCl → KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + H2O 3º passo: Inversão dos valores de ∆: 4º passo: Balanceamento por tentativa: KMnO4 + HCl → KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + H2O 2 KMnO4 + 16 HCl → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2O Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Método para o Balanceamento de Equações Químicas sem Solvente: 1. Atribuir o número de oxidação a todos os átomos; 2. Observar quais os átomos que parecem perder e quais os que parecem ganhar elétrons e determine quantos elétrons são perdidos e ganhos; 3. Se há mais de um átomo perdendo ou ganhando elétrons em uma unidade de fórmula, determine o total de elétrons perdidos ou recebidos por unidade de fórmula; 4. Iguale o ganho de elétrons pelo agente oxidante ou da perda pelo agente redutor, colocando o coeficiente apropriado antes da fórmula de cada um, no lado esquerdo da equação; 5. Complete o balanceamento da equação por tentativa. Inicialmente balancei os átomos que ganharam ou perderem elétrons; em segundo lugar, todos os átomos, à exceção de O e H, em terceira, os átomos de O, e por último os átomos de H. 35 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Exemplo: Realizar o balanceamento da equação abaixo. H2C2O4 + KMnO4 CO2 + MnO + K2O + H2O H2C2O4 + KMnO4 CO2 + MnO + K2O + H2O Etapa 1: H2C2O4 + KMnO4 CO2 + MnO + K2O + H2O Etapa 2: +1 +3 -2 +1 +7 -2 +4 -2 +2 -2 +1 -2 +1 -2 +3 +7 +4 +2 Oxidação: cada C perde 1 e- Redução: cada Mn ganha 5 e- 36 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France H2C2O4 + KMnO4 CO2 + MnO + K2O + H2O Etapa 3: +3 +7 +4 +2 Como há dois átomos de C por unidade fórmula, cada H2C2O4 perde 2 x 1 ou 2 e - Cada KMNO4 ganha 5 e - 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 CO2 + MnO + K2O + H2O Etapa 4: 5 H2C2O4 + 2 KMnO4 10 CO2 + 2 MnO + K2O + 5 H2O Etapa 5: 37 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Método para o Balanceamento de Equações Químicas em Soluções Aquosas: 1. Atribuir o número de oxidação a todos os átomos; 2. Note quais os átomos que perdem e os que ganham elétrons e determine quantos elétrons são perdidos e ganhos; 3. Se mais de um átomo em uma unidade de fórmula perde ou ganha elétrons, determine a perda ou o ganho total por unidade de fórmula; 4. Igualar o ganho de elétrons pelo agente oxidante com a perda do agente redutor, colocando o coeficiente apropriado antes da fórmula de cada um, no lado esquerdo da equação; 5. Balancear os átomos que ganharam ou perderem elétrons adicionando coeficientes apropriados à direita da equação; 6. Balancear todos os outros átomos, exceto o O e H; 38 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France 7. Balancear a carga (o somatório de todas as cargas iônicas) de maneira que seja a mesma em ambos os lados da equação, adicionando íons H+ ou OH-; a) Se a reação ocorre em solução ácida, adicionar íons H+ ao lado deficiente em cargas positivas; b) Se a reação ocorre em solução básica, adicionar íons OH- ao lado deficiente em cargas negativas; Exemplo: Realizar o balanceamento da equação abaixo. Cr2O7 2- + Fe2+ Cr3+ + Fe3+ Cr2O7 2- + Fe2+ Cr3+ + Fe3+ Etapa 1: +6 -2 +2 +3 +3 39 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Cr2O7 2- + Fe2+ Cr3+ + Fe3+ Etapa 2: +6 +2 +3 +3 Redução: Ganho de 3 e- pelo Cr Oxidação: Perda de 1 e- pelo Fe Cr2O7 2- + Fe2+ Cr3+ + Fe3+ Etapa 3: +6 +2 +3 +3 Ganho total 2 x 3 ou 6 e- por Cr2O7 2- Perde 1 e- por Fe2+ Cr2O7 2- + 6 Fe2+ Cr3+ + Fe3+ Etapa 4: 40 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France Cr2O7 2- + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ Etapa 5: Feita... Etapa 6: Etapa 7: Carga total a esquerda = -2 +6(+2) = + 10 Carga total na direita = 2(+3) + 6(+3) = + 24 Carga positiva necessária adicionada a esquerda = + 14 14 H+ + Cr2O7 2- + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ Etapa 8: 14 H+ + Cr2O7 2- + 6 Fe2+ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O 41 Balanceamento de Equações Químicas – Profª Michele France