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Balanceamento de equações químicas e Relações Estequiométricas Reações químicas É a transformação da matéria, na qual ocorrem mudanças qualitativas na composição química de uma ou mais reagentes, resultando em um ou mais produtos. Leis Ponderais As principais leis ponderais são: Lei da Conservação das Massas (ou lei de Lavoisier) “A massa antes e depois de qualquer reação é sempre a mesma.” Lei das Proporções de Massa (ou Lei de Proust) “As substâncias reagem sempre na mesma proporção para formarem outra substância.” Reações Químicas As reações químicas costumam ocorrer acompanhadas de alguns efeitos que podem dar uma dica de que elas estão acontecendo: ✓ Saída de gases ✓ Formação de precipitado ✓ Mudanças de cor ✓ Alteração de calor Tipos de Reações Químicas REAÇÕES DE SÍNTESE; REAÇÕES DE DECOMPOSIÇÃO; REAÇÕES DE SIMPLES TROCA; REAÇÕES DE DUPLA TROCA; Reações de Síntese • Conhecidas como reações de composição ou de adição. A + B C Reações de Decomposição • Ocorrem quando a partir de um único composto são obtidos outros compostos. Reações de deslocamento Escala de reatividade de metais Exemplos: a) Zn(s) + CuSO4 → b) Al(g) + HCl(aq) → c) Au(s) + HCl(aq) → Li, K, Rb, Cs, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Pb, H, Cu, Ag, Pd, Pt, Au Reações de deslocamento Escala de reatividade dos não-metais Exemplos: a) Cl2(aq) + KI(aq) → b) I2(s) + NaCl(s) → c) Cl2(g) + NaBr(s) → F, O, Cl, Br, I ,S , C, Se, P, H, Te, Ar , B, Si Reações de dupla troca Produto menos ionizado: é o produto menos dissociado, ou seja, mais fraco. A Neutralização é um exemplo de reação que dá origem a esse tipo de produto: HCl(aq) + NaOH(aq) → Produto mais volátil: a reação se caracteriza pela formação de um gás. NaCl(s) + H2SO4(aq) → Produto Insolúvel Pb (NO3)2 (aq) + NaI(aq) → Liberação de gás Na2CO3(s) + HCl → Estequiometria É o estudo da quantidade de reagentes e produtos em uma reação química, portanto é uma análise quantitativa de um fenômeno químico. Devemos conhecer as proporções entre os elementos que formam as deferentes substâncias. Conceitos que devem ser aplicados: Massa Atômica / Massa Molecular Mol Número de Avogrado Massa Molar ✓ Fórmulas Químicas Reações Químicas Equações Químicas Massa Atômica (MA): É a massa de um átomo relacionada com o número de elétrons, prótons e nêutrons que o constituem. É a massa de um átomo em unidade de massa atômica (μ) 1μ: é a massa exatamente igual a massa de 1/12 da massa de um átomo do Carbono 12 Por convenção: A Massa Atômica do Carbono 12 é igual a 12μ • A Massa Atômica de um elemento é calculada a partir da média das Massas Atômicas de todos os isótopos dos elementos na natureza • Massa Molecular: é a soma dos Números Atômicos do total de átomos da molécula Mol: É a unidade de base do Sistema Internacional de Unidades (SI) para a grandeza quantidade de substâncias elementares: átomos, moléculas, íons, elétrons e outras partículas. É utilizada comumente para representar as proporções químicas e no cálculo de concentrações de substância. É adimensional, sem unidade. Representa a quantidade de substância elementares (átomos, moléculas ou outras partículas) existentes em exatamente 12g do Carbono 12. Mol: Foi determinado experimentalmente e é denominado de: Número de Avogrado (NA) NA= 6,0221367 x 1023 = 6,022 x 1023 1 Mol = (NA) = 6,022 x 1023 Mol = 6,022 x 1023 = 12g de massa 12C = Massa Atômica = 12 μ 1 Mol = 6,022 x 1023 = 12g de massa = Massa Atômica (μ) Massa Molar (M): É a massa, em gramas, de 1 mol de unidades de uma substância (átomos, moléculas ou partícula). Ou seja: É o peso de 1 mol da substância, que é exatamente a Massa Atômica da substância expressa em gramas Valor Numérico da Massa Molar(g) do átomo Valor Numérico da Massa Atômica(μ) do átomo Ex.: He 4μ 4g S 32μ 32g Cu 63,5μ 63,5g Hg 201μ 201g MOL MOL: É a unidade utilizada para relacionar um número grande de quantidade de matéria com as respectivas entidades químicas (átomos, moléculas, íons ou aglomerados destes). É a unidade mais prática para a definição de “uma coleção de átomos”. Equivalências do Mol: CNTP 1 mol • Massa molar (g/mol) • 22,4 L/mol CNTP (gás) • 6,022 x 1023 moléculas/mol MOL Amedeo Avogadro, um cientista do século XIX, realizou uma série de experimentos que forneceram a base para o conceito de mol. 1 mol de átomos= 6,02x1023 átomos de um elemento NÚMERO DE AVOGADRO MOL EX: É comum a prática de definir uma unidade para certa quantidade de objetos. 1 dúzia de ovos=12 ovos 1 resma de papel=500 folhas de papel Da mesma forma, 1 mol=6,02x1023 unidades MOL 1 mol de átomos de 12C =6,02x1023 átomos de 12C 1 mol de moléculas de H2O =6,02x10 23 moléculas de H2O 1 mol de íons NO3 - =6,02x1023 íons NO3 - MASSA MOLAR É a massa em gramas de 1 mol de substância (unidades g/mol, g.mol-1). A massa molar de um elemento, em gramas, é numericamente igual á massa atômica do elemento, em u.m.a. MASSA MOLAR CONVERTENDO ÁTOMOS EM MOLS EX: Calcule o número de mols de enxofre presentes em 1,81x1024 átomos de enxofre. 1 mol -------- 6,02x1023 átomos de S X ---------- 1,81x1024 átomos de S X= 3,01 mols de S EX: Calcule o número de mols de Cálcio presentes em 2,85x1025 átomos de Cálcio. CONVERTENDO MOLS EM GRAMAS EX: Qual é a massa, em gramas, de 3,01 mols de enxofre. (S=32,06g) EX: Quantos mols de Si estão contidos em 30,5 gramas de Si (Si=28,1g)? X= 96,5 gramas de S CONVERTENDO GRAMAS EM Nº DE ÁTOMOS EX: Calcule o nº de átomos presentes em 1,00 grama de enxofre. EX: Quantos átomos estão presentes em um pedaço de ferro que pesa 2g? (Fe=55,8g) X= 1,88x1022 átomos de S MASSA MOLECULAR Representa o somatório das massas atômicas de uma molécula. Massa Molecular (MM) = H2O MM = 2(MA de H) + 1(MA de O) MM = 2(1,01 g de H) + 16,00 g de O MM = 18,02 g Então a massa molar de H2O é 18,02 g/mol MASSA MOLECULAR EX: Calcule a massa molecular da sacarose (C12H22O11). EX2: Considerando o carbonato de sódio Na2CO3: Dados: Na=23; C=12; O=16 a. Qual a massa de 0,250 mol de Na2CO3? b. Quantos mols de Na2CO3 existem em 132 gramas de Na2CO3? 1 mol --- 106 g x mol --- 132 g x = 1,24 mol Fórmulas Químicas: Fórmula Percentual: indica a percentagem, em massa, de cada elemento que constitui a substância. CH4 - C = 12 x 1 = 12 H = 1 x 4 = 4 Massa molecular = 16 Qual a representatividade percentual do carbono da amostra? Fórmula Molecular: Indica o número real de átomos de cada elemento na molécula. Método: Relacionando as percentagens em massa com a massa molecular. Vitamina C (massa molecular = 176 C = 40,9% em massa = 40,9g 100g da amostra H = 4,55 em massa = 4,55g MM = 176 O = 54,6% em massa = 54,6g Equações Químicas: É a representação gráfica, informando os aspectos qualitativos e quantitativos, de uma Reação Química. Interpretação: Reagentes: o primeiro membro Seta: a reação química Produto: segundo membro Coeficientes estequiométricos: Número na frente das moléculas: são os valores que vão indicar a proporção de moléculas (mol) que compõem a equação química e a quantidade de átomos de cada elemento presente nos reagentes e nos produtos Estado físico: gás (g), sólido (s), líquido (l) e vapor (v) Formação de precipitado: ( ) Desprendimento de gás: ( ) Necessidade de aquecimento: (Δ) na seta Ocorrência de reações reversíveis: ( ) Presença de moléculas ou íons em solução aquosa: (aq) Equações Químicas: É a representação gráfica, informando os aspectos qualitativos e quantitativos, de uma Reação Química. 4Fe + 3O2 2Fe2O3 massa do reagente = massa do produtoEquações Químicas: Balanceamento das Equações Químicas: Método da Tentativa: 1. Raciocinar com o elemento (ou radical) que aparece apenas uma vez no 1º e 2º membros de equação. 2. O elemento que existir mais de uma vez, no reagente ou no produto, fica por último. 3. Matem sempre a maior atomicidade na legenda. 4. Prosseguir com os outros elementos (ou radicais) usando o mesmo raciocínio até o fim do balanceamento. Equações Químicas: Balanceamento das Equações Químicas: Método da Tentativa: Legenda C5H12 + O2 CO2 + H2O C5H12 + 8O2 5CO2 + 6H2O A) C2H6O + O2 CO2 + H2O B) Na2CO3 + HCl NaCl + H2O + CO2 F) C6H12O6 C2H6O + CO2 D) C4H10 + O2 CO2 + H2O E)FeCl3 + Na2CO3 Fe2(CO3)3 + NaCl C) NH4Cl + Ba(OH)2 BaCl2 + NH3 + H2O (ESAL/MG) A equação química: 2 Mg(OH)2 + x HCl 2 MgCl2 + 4 H2O fica estequiometricamente correta se x for igual a: a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Cálculo Estequiométrico: Regras Básicas: 1. Escrever a Equação Química para o problema. 2. Balancear a Equação Química (Lei de Lavoisier). 3. Identificar as substâncias envolvidas no problema. 4. Avaliar a Equação Química 4. Armar um regra de 3 (proporção - Lei de Proust). LEI DE LAVOISIER “A soma das massas dos reagentes em uma reação química é igual à soma das massas dos produtos em ambiente fechado.” Famosa frase: “Na natureza, nada se perde, nada se cria; tudo se transforma. Lei da Conservação das Massas LEI DE LAVOISIER EX: ▪ Numa reação química, os átomos apenas se recombinam. Então, já que os átomos não são destruídos nem formados, a massa de reagentes é sempre igual à de produtos. O LEI DE LAVOISIER 01) A reação entre 23g de álcool etílico e 48g de oxigênio produziu 27g de água, ao lado de gás carbônico. A massa de gás carbônico obtida foi de: a) 44g. b) 22g. c) 61g. d) 88g. e) 18g. LEI DE PROST A proporção em massa das substâncias que reagem e que são produzidas numa reação é fixa, constante e invariável. Lei das Proporções Constantes LEI DE PROST Aplicando Conhecimento Durante uma aula de laboratório, um estudante queimou ao ar diferentes massas iniciais (mi) de esponja de ferro. Ao final de cada experimento, determinou também a massa final resultante (mf). Os resultados obtidos estão reunidos na tabela a seguir. Admitindo que em todos os experimentos a queima foi completa, o estudante fez as três afirmações seguintes. I) A Lei da Conservação da Massa não foi obedecida, pois a massa final encontrada para o sistema em cada experimento é sempre maior que sua massa inicial. II) O aumento de massa ocorrido em cada experimento se deve à transformação de energia em massa, tendo se verificado a conservação da soma (massa + energia) do sistema. III) A relação constante obtida entre a massa final e a massa inicial do sistema (mf/mi), em cada experimento realizado, permite afirmar que, dentro do erro experimental, os dados obtidos estão de acordo com a Lei das Proporções Definidas. Dentre as afirmações apresentadas, o estudante acertou: a) I, apenas b) II, apenas c) III, apenas d) I e II, apenas e) I, II e III Aplicando Conhecimento São anotados os seguintes valores nas experiências I, II e III Determine os valores de x, y, z, w e k mencionando a(s) Lei(s) empregadas nestas determinações. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES 1º) Ajustar os átomos dos metais; 2º) Ajustar os átomos dos ametais; 3º) Ajustar os átomos de hidrogênio; 4º) Ajustar os átomos de oxigênio. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES EX: Balanceie seguinte equação: Na2CO3 +2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2 1. Balancear Na. 2. Balancear Cl. 3. Balancear C. 4. Balancear H. 5. Balancear O. BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES EX: Balanceie seguinte equação: BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES EX: Balanceie seguinte equação: BALANCEAMENTO DE EQUAÇÕES EX: Balanceie as seguintes equações: a) CH4 +O2 → CO2+ H2O a) Na + H2O → NaOH + H2 Cálculo Estequiométrico: Relação de mol para mol: Quantos mols de N2 são necessário para produzir 5 mols de NH3? N2 + 3H2 2 NH3 1 mol 2 mol x mol 5 mol x = 5 . 1 = 2,5mol N2 2 Cálculo Estequiométrico: Relação de massa para massa: Quantos gramas de NH3 serão produzidas a partir de 12g de H2? dados: massa molares em g/mol H2 = 2g/mol; NH3 = 17g/mol N2 + 3H2 2 NH3 6 g 34 g 12 g x g Cálculo Estequiométrico: Relação de volume para volume nas CNTP (L com L): 15 litros de hidrogênio reagem com nitrogênio nas CNTP. Calcular o volume de amoníaco produzido. 3 H2 + N2 2 NH3 15L xL 3 . 22,4L 2 . 22,4L x = 15 . 2 . 22,4 = 10L de NH3 3 . 22,4 Cálculo Estequiométrico: Cálculo do Rendimento (r) de uma Reação Química 32,7 g de zinco metálico reagem com uma solução concentrada de hidróxido de sódio, resultando em 64,53 g de Na2ZnO2. Qual o rendimento da reação? Zn + 2 NaOH Na2ZnO2 + H2 65g 143g . r (rendimento) 32,7g 64,53g r = 65 . 64,53 = 0,896 143 . 32,5 r = 89,6% Cálculo Estequiométrico: Cálculo do Rendimento (r) de uma Reação Química Calcular a massa em gramas, de água que se obtém na combustão de 42,5 g de amoníaco, sabendo que a reação apresenta um rendimento de 95%? 4 NH3 + 3 O 2 2N2 + 6H2O
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