Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Estequiometria de reações Estequiometria de reações é o cálculo da quantidade das substâncias envolvidas nestas, feito com base nas leis das reações e executado, em geral, com o auxílio das equações químicas correspondentes. É possível relacionar quantidades de matérias (mols), massa, número de moléculas e volume molar. Estequiometria é o cálculo da quantidade das substâncias envolvidas numa reação química.Este é feito com base nas leis das reações e é executado, em geral, com o auxílio das equações químicas correspondentes. Esta palavra, estequiometria, é derivada do grego: stoikheion = elemento, e metron = medida ou medição. Nas reações químicas, as substâncias reagem entre si originando produtos em proporções específicas. Desse modo, é possível calcular quanto de produto será formado, ou o rendimento da reação. Se quisermos determinado rendimento, podemos também calcular quanto deverá ser utilizado de reagente. Por meio dos cálculos estequiométricos é possível fazer essas e outras relações específicas. Mas, antes de tudo, precisamos conhecer as proporções existentes entre os elementos que formam as diferentes substâncias. E essas proporções são dadas pelas fórmulas moleculares, percentuais e mínimas ou empíricas. Além disso, a base dos coeficientes de qualquer reação são as leis ponderais: • Lei da conservação da massa– Num sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos; • Lei das proporções constantes– Toda substância apresenta uma proporção em massa constante na sua composição. Além disso, a lei volumétrica de Gay- Lussac também nos fornece uma importante informação: se a pressão e a temperatura não mudarem, os volumes dos gases participantes de uma reação têm entre si uma relação de números inteiros e pequenos. Usa-se nos cálculos estequiométricos a relação mostrada abaixo: 1 mol ↔ 6. 1023 moléculas ou fórmulas unitárias ↔ massa molar em g/mol ↔ 22,4 L (nas CNTP*) *Condições Normais de Temperatura e Pressão. Vejamos um exemplo de cálculo estequiométrico em que se relacionará apenas quantidade de matéria (mols). Exemplo:Qual a quantidade de matéria de álcool etílico, C2H6O(l), que deve reagir para fornecer 12 mols de gás carbônico? Considere esta uma reação de combustão completa. Equação Balanceada: C2H6O(l) + 3 O2(g) → 2CO2(g) + 3 H2O(v) Observe que 1 mol de álcool produz 2 mols de gás carbônico, assim pode-se fazer uma regra de três simples para resolver o problema: 1 mol ------------------- 2 mols x-------------------------12 mols X=6 mols Resposta:6 mols de álcool etílico são necessários para gerar 12 mols de gás carbônico. Usa-se nos cálculos estequiométricos a relação mostrada abaixo: 1 mol ↔ 6. 1023 moléculas ou fórmulas unitárias ↔ massa molar em g/mol ↔ 22,4 L (nas CNTP*) *Condições Normais de Temperatura e Pressão. Vejamos um exemplo de cálculo estequiométrico em que se relacionará apenas quantidade de matéria (mols). Exemplo:Qual a quantidade de matéria de álcool etílico, C2H6O(l), que deve reagir para fornecer 12 mols de gás carbônico? Considere esta uma reação de combustão completa. Equação Balanceada: C2H6O(l) + 3 O2(g) → 2CO2(g) + 3 H2O(v) Observe que 1 mol de álcool produz 2 mols de gás carbônico, assim pode-se fazer uma regra de três simples para resolver o problema: 1 mol ------------------- 2 mols x-------------------------12 mols X=6 mols Resposta:6 mols de álcool etílico são necessários para gerar 12 mols de gás carbônico. Balanceamento de equações químicas Reações químicas são representadas por meio de equações. As quantidades reagentes e formadas em uma equação são representadas por números e ajustadas por meio do balanceamento da equação química. Balancear uma equação química é garantir que os átomos presentes na equação estarão em mesmo número nos reagentes e produtos. Como os átomos não podem ser criados ou destruídos, as substâncias inciais são rompidas e transformadas em novas substâncias, mas a quantidade de átomos permanece a mesma. Balanceamento químico Uma equação química apresenta informações qualitativas e quantitativas das reações. As fórmulas representam as substâncias envolvidas na reação, enquanto que os coeficientes à frente delas apresentam a quantidade de cada componente da reação química. Reação balanceada: Quando os reagentes se transformam em produtos, os átomos presentes na reação continuam os mesmos, só que rearranjados, como podemos observar a seguir. Um átomo de carbono reagiu com dois átomos de oxigênio para formar uma molécula de dióxido de carbono. As quantidades são iguais nos dois termos da equação, mas houve uma transformação. Com esse exemplo demonstramos o que enuncia a lei de lavoisier. Reação não balanceada: Quando uma reação química não está balanceada a quantidade de átomos é diferente nos dois membros da equação. https://www.todamateria.com.br/atomo/ https://www.todamateria.com.br/lei-de-lavoisier/ https://www.todamateria.com.br/reacoes-quimicas/ Pela reação de formação da água, vemos que há mais átomos reagentes que produtos, por isso a equação não está balanceada. Isso contraria a lei de Proust, pois não há uma proporção fixa. Para então tornar a equação química verdadeira, fazemos o balanceamento da equação e obtemos como resultado: Em equação Em palavras Duas moléculas de hidrogênio reagem com uma molécula de oxigênio e formam duas moléculas de água. Note que: • Quando o coeficiente é 1 não precisa escrevê-lo na equação. • Em um balanceamento só mudamos os coeficientes antes das substâncias, pois se https://www.todamateria.com.br/lei-de-proust/ https://www.todamateria.com.br/lei-de-proust/ trocarmos os números subscritos mudamos a fórmula química. Por exemplo: H2O é a água, mas H2O2 é o peróxido de hidrogênio. Métodos de balanceamento: Para uma equação química estar correta ela deve obedecer à lei de conservação das massas, ou seja, o número de átomos de cada elemento deve ser igual nos dois membros da equação. O primeiro passo a seguir é escrever a equação química não balanceada. Após ter visto quem são os reagentes da reação (à esquerda) e os produtos formados (à direita) é a hora de balancear a equação, ou seja, ajustar os coeficientes para que as proporções estejam corretas. Como exemplo utilizaremos a equação química que representa a combustão do propano. Existem algumas formas de encontrar esses coeficientes, vejamos a seguir. https://www.todamateria.com.br/combustao/ Método das tentativas Nesse método vamos atribuindo coeficientes conforme observamos a equação. 1° passo: iniciar o balanceamento pelo elemento químico que aparece apenas uma vez em cada membro da equação. Observamos que carbono e hidrogênio aparecem em apenas um composto nos reagentes e produtos. 2° passo: entre os elementos observados anteriormente escolher o que apresenta maior índice. Para isso, somamos os números subscritos de cada elemento, e vemos qual apresenta maior valor. Carbono Hidrogênio Pelos resultados acima, escolhemos iniciar pelo hidrogênio que apresenta maior atomicidade. https://www.todamateria.com.br/elementos-quimicos/ A ordem do balanceamento será: 1. Hidrogênio 2. Carbono 3. Oxigênio 3° passo: transformar índice em coeficiente. Hidrogênio O balanceamento é feito transpondo o índice do hidrogênio no reagente e usando-o como coeficiente no produto que tem átomos desse elemento. Como no produto tem-se 2 átomos de hidrogênio, inserimos um número como coeficiente que multiplicado por 2 obtém-se como resultado 8 átomos de hidrogênio, por isso escolhemos o 4. 4° passo: prosseguir o balanceamento para os demais elementos. Carbono Temos 3 átomos de carbono noreagente, logo, acrescentamos o coeficiente 3 para também termos 3 carbonos no produto. Oxigênio Somando o número de átomos de oxigênio nos produtos formados vemos que possui 10 átomos, sendo assim, precisamos de 10 átomos de oxigênio no reagente. Acrescentamos um número que multiplicado por 2 nos dê um resultado de 10 átomos. A equação balanceada é: Método algébrico Esse é mais utilizado para balancear equações mais complexas. 1° passo: colocar letras para representar os coeficientes. 2° passo: separar os elementos químicos e formar equações da seguinte forma: Multiplicar o número subscrito no elemento pela letra atribuída ao coeficiente. Em seguida, igualar o que está antes e depois da seta, estabelecendo uma equação para cada elemento químico. • Carbono (C): • Hidrogênio (H): • Oxigênio (O): 3° passo: atribuir um valor aleatório para uma das incógnitas e resolver as equações (sugere-se atribuir um coeficiente ao composto com maior número de elementos ou átomos). Se , os demais coeficientes serão: Macete para balanceamento Existem outras regras para facilitar a ordem de balancear os elementos químicos. Uma delas inicia o balanceamento por metais, em seguida ametais, e deixando por último os elementos hidrogênio e oxigênio. Para isso, é só consultar a tabela periódica e ver a classificação do elemento. Exemplo: Para equação Macete para balanceamento: MACHO Ordem de balanceamento 1. Metais 2. Ametais 3. Carbono 4. Hidrogênio 5. Oxigênio 1. Sódio 2. Cloro 3. Carbono 4. Hidrogênio 5. Oxigênio Balanceamento: https://www.todamateria.com.br/tabela-periodica/ Passo a passo: 1° passo: Sódio. Iniciamos o balanceamento com o metal sódio, que aparece uma vez em cada lado da equação. Como reagiram 2 átomos de sódio, ajustamos o produto formado para que também tivesse 2 átomos de sódio. O balanceamento é feito transpondo o índice do sódio reagente e usando-o como coeficiente no produto que tem átomo de sódio. 2° passo: Cloro. Quando atribuímos um coeficiente ao NaCl, observamos que na reação se formaram 2 cloretos de sódio, sendo assim o próximo elemento ajustado foi o cloro, que no reagente só tinha 1 átomo. O balanceamento inseriu o coeficiente 2 para o HCl. 3° passo: Carbono. Observamos que o carbono só tem um átomo em cada lado, então não precisou fazer nenhuma alteração. 4° passo: Hidrogênio e Oxigênio. O mesmo ocorreu para hidrogênio e oxigênio, pois observarmos que as quantidades de átomos foram ajustadas quando atribuímos os coeficientes anteriormente. Balancear uma equação é importante porque usando as equações químicas balanceadas podemos realizar cálculos estequiométricos e prever a quantidade de reagentes utilizados e produtos formados a partir das proporções que viabilizam as reações químicas. Exercícios sobre balanceamento de equações químicas: Questão 1 (Mackenzie-SP) Supondo que os círculos vazios e cheios, respectivamente, signifiquem átomos diferentes, então o esquema anterior representará uma reação química balanceada se substituirmos as letras X, Y e W, respectivamente, pelos valores: a) 1, 2 e 3. b) 1, 2 e 2. c) 2, 1 e 3. d) 3, 1 e 2. e) 3, 2 e 2. Questão 2 (Unicamp-SP) Leia a frase seguinte e transforme-a em uma equação química (balanceada), utilizando símbolos e fórmulas: “uma molécula de nitrogênio gasoso, contendo dois átomos de nitrogênio por molécula, reage com três moléculas de hidrogênio diatômico, gasoso, produzindo duas moléculas de amônia gasosa, a qual é formada por três átomos de hidrogênio e um de nitrogênio”. Questão 3 O peróxido de hidrogênio é um composto químico que pode se decompor, formando água e oxigênio, conforme a equação química a seguir. A respeito dessa reação a equação corretamente balanceada é: a) H2O2 → O2 + H2O b) 2H2O2 → O2 + 2H2O c) H2O2 → 2O2 + H2O d) 2H2O2 → 2O2 + 2H2O Questão 4 (UFPE) Considere as reações químicas abaixo. Podemos afirmar que: a) todas estão balanceadas. b) 2, 3 e 4 estão balanceadas. c) somente 2 e 4 estão balanceadas. d) somente 1 não está balanceada. e) nenhuma está corretamente balanceada, porque os estados físicos dos reagentes e produtos são diferentes. Questão 5 (Mackenzie-SP) Aquecido a 800 °C, o carbonato de cálcio decompõe-se em óxido de cálcio (cal virgem) e gás carbônico. A equação corretamente balanceada, que corresponde ao fenômeno descrito, é: (Dado: Ca — metal alcalino-terroso.) Respostas: 1) Alternativa d) 3, 1 e 2. 1º passo: Atribuímos letras para facilitar a compreensão da equação. 2º passo: somamos os índices para saber quem tem maior número de átomos na equação. A B A e B aparecem apenas uma vez em cada membro da equação. Porém, se somarmos os índices observamos que A tem o maior valor. Por isso, iniciamos o balanceamento por ele. 3º passo: Balanceamos o elemento A transpondo os índices e transformando-os em coeficientes. Observamos que automaticamente o elemento B foi balanceado e os coeficientes da equação são: 3, 1 e 2. 2) Resposta: Representando os átomos descritos na questão podemos entender que a reação ocorre da seguinte forma: Chegamos então na equação: 3) Alternativa correta: b) 2H2O2 → O2 + 2H2O Observe que o peróxido de hidrogênio uma substância química formada por átomos de dois elementos químicos: hidrogênio e oxigênio. Após a reação de decomposição deve-se ter o mesmo número de átomos dos dois elementos tanto nos reagentes quanto nos produtos. Para isso, precisamos efetuar o balanceamento da equação. Observe que temos 2 átomos de hidrogênio no reagente (H2O2) e dois átomos no produto (H2O). Entretanto, o oxigênio apresenta dois átomos no reagente (H2O2) e três átomos nos produtos (H2O e O2). Se colocarmos o coeficiente 2 antes do peróxido de hidrogênio dobramos o número de átomos dos elementos. Observe que se colocarmos o mesmo coeficiente junto à fórmula da água teremos a mesma quantidade de átomos dos dois lados. Portanto, a equação química corretamente balanceada é 2H2O2 → O2 + 2H2O. 4) Alternativa correta: b) 2H2O2 → O2 + 2H2O Observe que o peróxido de hidrogênio uma substância química formada por átomos de dois elementos químicos: hidrogênio e oxigênio. Após a reação de decomposição deve-se ter o mesmo número de átomos dos dois elementos tanto nos reagentes quanto nos produtos. Para isso, precisamos efetuar o balanceamento da equação. Observe que temos 2 átomos de hidrogênio no reagente (H2O2) e dois átomos no produto (H2O). Entretanto, o oxigênio apresenta dois átomos no reagente (H2O2) e três átomos nos produtos (H2O e O2). Se colocarmos o coeficiente 2 antes do peróxido de hidrogênio dobramos o número de átomos dos elementos. Observe que se colocarmos o mesmo coeficiente junto à fórmula da água teremos a mesma quantidade de átomos dos dois lados. Portanto, a equação química corretamente balanceada é 2H2O2 → O2 + 2H2O. 5) Alternativa c) O cálcio é um metal alcalino terroso e para ter estabilidade o cálcio precisa de 2 elétrons (Ca2+), que é a carga do oxigênio (O2-). Sendo assim, um átomo de cálcio se liga a um átomo de oxigênio e o composto formado é CaO, que é a cal virgem. O outro produto é o gás carbônico (CO2). Ambos são formados pelo carbonato de cálcio (CaCO3). Colocando em equação: Observamos que as quantidades de átomos já estão corretas e não precisam de balanceamento. Exercícios de Estequiometria: Questão 1: A amônia (NH3) é um composto químico que pode ser produzido pela reação entre os gases nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2), conforme a reação não balanceada a seguir. Os coeficientes estequiométricos dos compostos apresentadosna equação química são, respectivamente: a) 1, 2 e 3 b) 1, 3 e 2 c) 3, 2 e 1 d) 1, 2 e 1 Questão 2: Para a reação de síntese da amônia (NH3) ao utilizar 10 g de nitrogênio (N2) reagindo com hidrogênio (H2), qual massa, em gramas, do composto é produzida? Dados: N: 14 g/mol H: 1 g/mol a) 12 g b) 12,12 c) 12,14 d) 12,16 Questão 3: A combustão completa é um tipo de reação química que tem como produtos gás carbônico e água. Reagindo álcool etílico (C2H6O) e oxigênio (O2) na proporção em mols de 1:3, quantos mols de CO2 é produzido? a) 1 mol b) 4 mols c) 3 mols d) 2 mols Questão 4: Com intenção de realizar uma combustão completa utilizando 161 g de álcool etílico (C2H6O), para produção de dióxido de carbono (CO2) e água (H2O), que massa de oxigênio (O2), em gramas, deve ser empregada? Dados: C: 12 g/mol H: 1 g/mol O: 16 g/mol a) 363 g b) 243 g c) 432 g d) 336 g Questão 5: (PUC-PR) Em 100 gramas de alumínio, quantos átomos deste elemento estão presentes? Dados: M(Al) = 27 g/mol 1 mol = 6,02 x 1023 átomos . a) 3,7 x 1023 b) 27 x 1022 c) 3,7 x 1022 d) 2,22 x 1024 e) 27,31 x 1023 Questão 6: (Cesgranrio) De acordo com a Lei de Lavoisier, quando fizermos reagir completamente, em ambiente fechado, 1,12g de ferro com 0,64g de enxofre, a massa, em g, de sulfeto de ferro obtida será de: (Fe=56; S=32) a) 2,76 b) 2,24 c) 1,76 d) 1,28 e) 0,48 Questão 7: (FGV) A floculação é uma das fases do tratamento de águas de abastecimento público e consiste na adição de óxido de cálcio e sulfato de alumínio à água. As reações correspondentes são as que seguem: CaO + H2O → Ca(OH)2 3 Ca(OH)2 + Al2(SO4)3 → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 Se os reagentes estiverem em proporções estequiométricas, cada 28 g de óxido de cálcio originarão de sulfato de cálcio: (dados - massas molares: Ca=40 g/mol, O=16 g/mol, H=1g/mol, Al=27 g/mol, S=32 g/mol) a) 204 g b) 68 g c) 28 g d) 56 g e) 84 g Questão 8: (UFRGS) O ar atmosférico é uma mistura de gases contendo cerca de 20% (em volume) de oxigênio. Qual o volume de ar (em litros) que deve ser utilizado para a combustão completa de 16 L de monóxido de carbono, segundo a reação: CO(g) + ½ O2(g) → CO2(g) quando o ar e o monóxido de carbono se encontram a mesma pressão e temperatura? a) 8 b) 10 c) 16 d) 32 e) 40 Questão 9: (UFBA) Hidreto de sódio reage com água, dando hidrogênio, segundo a reação: NaH + H2O → NaOH + H2 Para obter 10 mols de H2, são necessários quantos mols de água? a) 40 mols b) 20 mols c) 10 mols d) 15 mols e) 2 mols Respostas questões de estequiometria: 1) Alternativa correta: b) 1, 3 e 2 Realizando a contagem de átomos nos produtos e nos reagentes, temos: Reagentes Produtos 2 átomos de nitrogênio (N) 1 átomo de nitrogênio (N) 2 átomos de hidrogênio (H) 3 átomos de hidrogênio (H) Para a equação estar correta deve-se ter o mesmo número de átomos nos reagentes e nos produtos. Como o nitrogênio reagente apresenta dois átomos e no produto há apenas um átomo de nitrogênio, então precisamos escrever o coeficiente 2 antes da amônia. A amônia também apresenta hidrogênio em sua composição. No caso do hidrogênio da amônia, ao acrescentar o coeficiente 2, devemos multiplicar esse número pelo que está subscrito no elemento, pois representa seu número de átomos na substância. Observe que no produto ficamos com 6 átomos de hidrogênio e nos reagentes temos apenas 2. Por isso, para balancear o número de átomos de hidrogênio devemos acrescentar o coeficiente 3 no gás reagente. Sendo assim, os coeficientes estequiométricos dos compostos apresentados na equação química são, respectivamente 1, 3 e 2. Observação: quando o coeficiente estequiométrico é 1 pode ser omitido da equação. 2) Alternativa correta: c) 12,14 g de NH3. 1º passo: escrever a equação balanceada 2º passo: calcular as massas molares dos compostos N2 H2 NH3 2 x 14 = 28 g 2 x 1 = 2 g 14 + (3 x 1) = 17 g 3º passo: calcular a massa de amônia produzida a partir de 10 g de nitrogênio Através de uma regra de três simples podemos encontrar o valor de x, que corresponde a massa, em gramas, de amônia. Portanto, na reação é produzida a massa de 12,14 g de amônia. 3) Alternativa correta: d) 2 mols. 1º passo: escrever a equação química. Reagentes: álcool etílico (C2H6O) e oxigênio (O2) Produtos: gás carbônico (CO2) e água (H2O) 2º passo: acertar os coeficientes estequiométricos. O enunciado nos diz que a proporção dos reagentes é 1:3, então na reação 1 mol de álcool etílico reage com 3 mols de oxigênio. Como os produtos devem ter o mesmo número de átomos dos reagentes, vamos contabilizar quantos átomos de cada elemento tem nos reagentes para acertar os coeficientes dos produtos. Reagentes Produtos 2 átomos de carbono (C) 1 átomo de carbono (C) 6 átomos de hidrogênio (H) 2 átomos de hidrogênio (H) 7 átomos de oxigênio (O) 3 átomos de oxigênio (O) Para balancear o número de átomos de carbonos na equação devemos escrever o coeficiente 2 ao lado do gás carbônico. Para balancear o número de átomos de hidrogênio na equação devemos escrever o coeficiente 3 ao lado da água. Sendo assim, ao balancear a equação, encontramos que ao reagir 1 mol de álcool etílico com 3 mols de oxigênio são produzidos 2 mols de gás carbônico. Observação: quando o coeficiente estequiométrico é 1 pode ser omitido da equação. 4) Alternativa correta: d) 336 g. 1º passo: escrever a equação balanceada 2º passo: calcular as massas molares dos reagentes Álcool etílico (C2H6O) Oxigênio (O2) 3º passo: calcular a proporção em massa dos reagentes Para encontrar a proporção em massa devemos multiplicar as massas molares pelos coeficientes estequiométricos da equação. Álcool etílico (C2H6O): 1 x 46 = 46 g Oxigênio (O2): 3 x 32 g = 96 g 4º passo: calcular a massa de oxigênio que deve ser empregada na reação Portanto, em uma combustão completa de 161 g de álcool etílico deve ser empregado 336 g de oxigênio para queimar todo o combustível. 5) Alternativa correta: d) 2,22 x 1024 1° passo: Encontrar quantos mols de alumínio correspondem à massa de 100 g: 2° passo: A partir do número de mols calculado, obter o número de átomos: 3° passo: Escrever o número de átomos encontrado no formato de notação científica, apresentado nas alternativas da questão: Para isso, precisamos apenas "andar" com a vírgula uma casa decimal à esquerda e em seguida acrescentar uma unidade ao expoente da potência de 10. 6) Alternativa correta: c) 1,76 O sulfeto de ferro é o produto de uma reação de adição, onde ferro e enxofre reagem para formar uma substância mais complexa. 1° passo: Escrever a equação química correspondente e verificar se o balanceamento está correto: 2° passo: Escrever as proporções estequiométricas da reação e as respectivas massas molares: 1 mol de Fe 1 mol de S 1 mol de FeS 56 g de Fe 32 g de S 88 g de FeS 3° passo: Encontrar a massa de sulfeto de ferro obtida a partir da massa de ferro utilizada: 7) Alternativa correta: b) 68 g A etapa de floculação é importante no tratamento de água pois as impurezas são aglomeradas em flocos gelatinosos, que são formados com a utilização de óxido de cálcio e sulfato de alumínio, facilitando a sua remoção. 1° passo: Para a reação: Escrever as proporções estequiométricas da reação e as respectivas massas molares: 1 mol CaO 1 mol H2O 1 mol Ca(OH)2 56 g CaO 18 g H2O 74 g Ca(OH)2 2° passo: Encontrar a massa de hidróxido de cálcio produzida a partir de 28 g de óxido de cálcio: 3° passo: Para reação: Encontrar as massas molares de: Massa de hidróxidode cálcio reagente Massa de sulfato de cálcio produzida 4° passo: Calcular a massa de sulfato de cálcio produzida a partir de 37 g de hidróxido de cálcio: 8) Alternativa correta: e) 40 Para reação: 1° passo: Encontrar o volume de oxigênio para reagir com 16 L de monóxido de carbono: 2° passo: Encontrar o volume de ar que contenha 8 L de oxigênio para reação, já que a porcentagem de oxigênio no ar é de 20%: Sendo assim, 9) Alternativa correta: c) 10 mols Na reação: Observamos que a proporção estequiométrica é 1:1. Ou seja, 1 mol de água reage para formar 1 mol de hidrogênio. A partir disso, chegamos a conclusão que: Como a proporção é 1:1, então, para produzir 10 mols de hidrogênio deveria se ter como reagente 10 mols de água Cálculo de pureza O cálculo de pureza é feito para determinar a quantidade de impurezas que existem nas substâncias. Estes cálculos são muito utilizados, já que nem todas as substâncias são puras. Exemplo: uma amostra de calcita, contendo 80% de carbonato de cálcio, sofre decomposição quando submetida a aquecimento, de acordo com a reação: Qual massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima de 800g de calcita? x = 640g de CaCO3 Para o restante do cálculo, utiliza-se somente o valor de CaCO3 puro, ou seja, 640g. x = 358,4g de CaO Cálculo de rendimento É comum, nas reações químicas, a quantidade de produto ser inferior ao valor esperado. Neste caso, o rendimento não foi total. Isto pode acontecer por várias razões, como por exemplo, má qualidade dos aparelhos ou dos reagentes, falta de preparo do operador, etc. O cálculo de rendimento de uma reação química é feito a partir da quantidade obtida de produto e a quantidade teórica (que deveria ser obtida). Quando não houver referência ao rendimento de reação envolvida, supõe-se que ele tenha sido de 100%. Exemplo: Num processo de obtenção de ferro a partir do minério hematita (Fe2O3), considere a equação química não-balanceada: Utilizando–se 480g do minério e admitindo-se um rendimento de 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de: Equação balanceada: Dados: 1Fe2O3 = 480g 2Fe = x (m) com 80% de rendimento MM Fe2O3 = 160g/mol MM Fe = 56g/mol x = 336g de Fe Cálculo de rendimento: x = 268,8g de Fe EXERCÍCIOS SOBRE RENDIMENTO DE UMA REAÇÃO: 1- (Cesgranrio-RJ) Em um processo de obtenção de ferro a partir da hematita (Fe2O3(s)), considere a equação não balanceada: Fe2O3(s) + C(s) → Fe(s) + CO(g) Utilizando-se 4,8 t de minério e admitindo-se um rendimento de 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de: a) 2688 kg b) 3360 kg c) 1344 t d) 2688 t e) 3360 t 2-(Unirio-RJ) Soluções de amônia são utilizadas com frequência em produtos de limpeza doméstica. A amônia pode ser preparada por inúmeras formas. Dentre elas: CaO(s) + 2 NH4Cl(s) → 2NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) Partindo-se de 224 g de CaO(s), obtiveram-se 102 g de NH3. O rendimento percentual da reação foi de: (Dadas as massas molares em g/mol: H = 1; N = 14; O = 16, Cl= 35,5; Ca = 40). a) 100 b) 90 c) 80 d) 75 e) 70 3- O calcário é um minério constituído principalmente de carbonato de cálcio (CaCO3). Quando esse minério é aquecido, são produzidos cal viva (óxido de cálcio) e dióxido de carbono. Se forem produzidos 52,5 g de gás carbônico a partir de 128,19 g de carbonato de cálcio, qual será o rendimento aproximado dessa reação? a) 70% b) 80% c) 84% d) 93% e) 94% 4- A reação entre o sulfato de cobre II e a amônia origina o composto Cu(NH3)4SO4: CuSO4(aq)+ 4 NH3(g) → Cu(NH3)4SO4(aq) Determine o rendimento aproximado do processo quando são obtidos 31,5 g de Cu(NH3)4SO4(aq) a partir de 25 g de sulfato de cobre II com excesso de amônia. a) 59% b) 68% c) 73% d) 80% e) 88% RESOLUÇÃO QUESTÕES DE RENDIMENTO: Questão 1 Alternativa “a”. Primeiro escrevemos a equação química balanceada para verificar a proporção estequiométrica: 1 Fe2O3(s) + 3 C(s) → 2 Fe(s) + 3 CO(g) ↓ ↓ 1 mol 2 mol As massas molares são: M (Fe2O3) = 160 g/mol e M (Fe) = 56 g/mol. Então o rendimento teórico dessa reação é dado por: 1 . 160g de Fe2O3---------- 2 . 56 g de Fe 4,8 . 106 g de Fe2O3-------- x x = 4,8 . 106 . 2 . 56 160 x = 3,36 . 106 g de Fe Obs.: Visto que nesse exercício não se menciona o outro reagente (C), não precisamos determinar se há reagente limitante, porque somente o minério interessa-nos. 3,36 . 106 g de ferro é o rendimento teórico, ou seja, de 100%. Mas o enunciado disse que o rendimento foi de 80%, então temos: 8,4 . 106 --------- 100% y ------------- 80% y = 2,688 . 106 g de Fe = 2 688 kg de Fe = 2,688 t de Fe Questão 2 Alternativa “d”. Primeiro escrevemos a equação química balanceada para verificar a proporção estequiométrica: CaO(s) + 2 NH4Cl(s) → 2 NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) ↓ ↓ 1 mol 2 mol As massas molares são: M (CaO) = 56 g/mol e M (NH3) = 17 g/mol. Então o rendimento teórico dessa reação é dado por: 1 . 56g de CaO---------- 2 . 17 g de NH3 224 g de CaO-------- x x = 224 . 2 . 17 56 x = 136 g de NH3 Obs.: Visto que nesse exercício não se menciona o outro reagente (C), não precisamos determinar se há reagente limitante, porque somente o minério interessa-nos. 136 g é o rendimento teórico, ou seja, de 100%, mas foram produzidos 102 g de NH3. Vamos descobrir, então, qual foi o rendimento percentual real: 136 --------- 100% 102 ------------- y y = 75% Questão 3 Alternativa “d”. Primeiro escrevemos a equação química balanceada para verificar a proporção estequiométrica: CaCO3 → CaO + CO2(g) ↓ ↓ 1 mol 1 mol As massas molares são: M (CaCO3) = 100 g/mol e M (CO2) = 44 g/mol. Então o rendimento teórico dessa reação é dado por: 1 . 100g de CaCO3---------- 1 . 44 g de CO2 128,19 g de CaCO3-------- x x = 128,19 . 44 100 x = 56,4036 g de CO2 Esse é o rendimento teórico, ou seja, de 100%, mas foram produzidos 52,5 g de CO2 . Vamos descobrir, então, qual foi o rendimento percentual real: 56,4036 --------- 100% 52,5 ------------- y y ≈ 93% Questão 4 Alternativa “e”. Primeiro escrevemos a equação química balanceada para verificar a proporção estequiométrica: CuSO4(aq)+ 4 NH3(g) → Cu(NH3)4SO4(aq) ↓ ↓ 1 mol 1 mol As massas molares são: M (CuSO4) = 159,6 g/mol e M (Cu(NH3)4SO4) = 227,6 g/mol. Obs.: Visto que a amônia está em excesso, o reagente limitante é o sulfato de cobre II. Então vamos tomar somente ele por base para a produção do composto: O rendimento teórico dessa reação é dado por: Cu(NH3)4SO4(aq). 1 . 159,6 g de CuSO4 ---------- 1 . 227,6 g de Cu(NH3)4SO4(aq). 25 g de CuSO4 ------------------ x x = 128,19 . 44 100 x = 35,65 g de Cu(NH3)4SO4(aq). Esse é o rendimento teórico, ou seja, de 100%, mas foram produzidos 31,5 g de CO2 . Vamos descobrir, então, qual foi o rendimento percentual real: 35,65 --------- 100% 31,5 ------------- y y ≈ 88% EXERCÍCIOS SOBRE PUREZA DOS REAGENTES 1-(UFRGS-RS) O gás hilariante, N2O(g), pode ser obtido pela decomposição térmica do nitrato de amônio, NH4NO3(s), conforme mostra a reação a seguir: NH4NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(ℓ) Se de 4,0 g do NH4NO3(s) obtivemos 2,0 g de gás hilariante, podemos prever que a pureza do sal é de ordem: a) 100% b) 90% c) 75% d) 50% e) 20% 2- (Cesgranrio-RJ) Uma indústria adquire hidróxidode sódio impuro como matéria-prima para o seu processo. Segundo as normas da empresa, devem ser recusadas as remessas com teor de NaOH inferior a 80%. Três amostras designadas por I, II e III, contendo cada uma 5 gramas do produto são analisadas com H2SO4, sendo as massas de ácido consumidas na neutralização indicadas na tabela abaixo: Tabela de exercício sobre amostras com impurezas Do resultado da análise depreende-se que a(s) amostra(s) aprovada(s) foi (foram): a) apenas a I. b) apenas a II. c) apenas a III. d) apenas a I e a II. e) apenas a II e a III. 3- Uma das formas de produção da amônia é a partir da reação entre a cal viva (óxido de cálcio) e o cloreto de amônio. Veja essa reação a seguir: CaO(s) + 2 NH4Cl(s) → 2 NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) 10,5 g de uma amostra de cal viva foram colocados para reagir com excesso de cloreto de amônio e foram produzidos 5,1 g de amônia. Qual é o grau de pureza em óxido de cálcio dessa amostra de cal viva usada? a) 60% b) 73% c) 80% d) 90% e) 125% 4- O dióxido de titânio é um pó branco, sendo o pigmento mais utilizado no mundo em tintas para superfícies metálicas e em plásticos. Ele apresenta muitas vantagens, como alta durabilidade e resistência ao calor. Esse composto passa por análises de pureza, e uma delas consiste em reagir uma amostra sua com trifluoreto de bromo com a formação de oxigênio como um dos produtos, como mostra a reação logo mais abaixo. A massa de oxigênio produzida é determinada e, com isso, pode-se verificar a pureza do dióxido de titânio. 3 TiO2(s) + 4 BrF3(l) → 3 TiF4(s) + 2 Br2(l) + 3 O2(g) 50 g de uma amostra de dióxido de titânio foram analisados dessa forma, tendo sido produzidos 14 g de gás oxigênio. Qual é a porcentagem, em massa, de dióxido de titânio nessa amostra? (Dadas as massas molares em g/mol: Ti = 47,88; O = 16; Br = 79,9; F = 19). a) 60% b) 70% c) 80% d) 90% e) 100% RESPOSTAS QUESTÕES DE PUREZA: Questão 1 Alternativa “b”. Primeiro escrevemos a equação da reação química balanceada: NH4NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(ℓ) Veja que a proporção estequiométrica entre o NH4NO3(s) e o N2O(g) é de 1 : 1. Agora, por meio das massas molares, calculamos a quantidade de hidróxido que produzirá 2,0 g de gás hilariante: 1 mol ---------------- 1 mol 80 g de NH4NO3(s)---- 44 g de N2O(g) x----------------------- 2,0 g de N2O(g) x = 3,63 g de NH4NO3(s) Por fim, calculamos o grau de pureza em termos de porcentagem de NH4NO3(s): 4,0 g de NH4NO3(s) ------ 100% 3,63 g de NH4NO3(s) ---- p% p% ≈ 90% Questão 2 Alternativa “a”. Vamos ter que calcular o grau de pureza para as três amostras. A que tiver grau de pureza maior que 80% será aprovada. Primeiro escrevemos a equação da reação química balanceada: 2 NaOH + 1 H2SO4→ Na2SO4 + 2 H2O(ℓ) Veja que a proporção estequiométrica entre o 2 NaOH e o H2SO4 é de 2 : 1. Agora, por meio das massas molares, calculamos a quantidade de H2SO que reagirá com 5,0 g de NaOH: 2 mol . 40 g de NaOH ------- 1 . 98 g de H2SO4 5,0 g de NaOH ------------------- x x = 5,0 . 98 2 . 40 x = 6,125 g de H2SO4 Por fim, calculamos o grau de pureza para cada amostra: Amostra I: Amostra II: 6,125 g de H2SO4 ------ 100% 6,125 g de H2SO4 ------ 100% 4,98 g de H2SO4 ---- p% 4,63 g de H2SO4 ---- p% p% ≈ 81,3% p% ≈ 75,6% Amostra III: 6,125 g de H2SO4 ------ 100% 4,52 g de H2SO4 ---- p% p% ≈ 73,8% Apenas a amostra I está acima de 80% e, por isso, somente ela é aprovada. Questão 3 Alternativa “c”. Primeiro escrevemos a equação da reação química balanceada: CaO(s) + 2 NH4Cl(s) → 2 NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) Veja que a proporção estequiométrica entre o CaO e a amônia (NH3) é de 1 : 2. Visto que o cloreto de amônio está em excesso, o óxido de cálcio é o reagente limitante e é somente ele que vamos considerar. Agora, por meio das massas molares, calculamos a quantidade de CaO que produzirá 5,1 g de amônia: 1 . 56 g de CaO---- 2 . 17 g de NH3 x----------------------- 5,1 g de NH3 x = 8,4 g de CaO Por fim, calculamos o grau de pureza em termos de porcentagem de CaO: 10,5 g------ 100% 8,4 g ---- x x = 80% Questão 4 Alternativa “b”. Primeiro escrevemos a equação da reação química balanceada: 3 TiO2(s) + 4 BrF3(l) → 3 TiF4(s) + 2 Br2(l) + 3 O2(g) Veja que a proporção estequiométrica entre o TiO2 e o O2 é de 3 : 3 ou de 1 : 1. Agora, por meio das massas molares, calculamos a quantidade de O2 que deve ser produzida com 14 g de gás oxigênio: 79,88 g de TiO2(s) ---- 32 g de O2(g) x----------------------- 14 g de O2(g) x ≈ 35 g de TiO2 Por fim, calculamos o grau de pureza em termos de porcentagem de TiO2: 50 g------ 100% 35 g ---- x x = 70%
Compartilhar