Av1- MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO MUNDO FÍSICO-QUÍMICO

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Av1- MODELAGEM E SIMULAÇÃO DO MUNDO FÍSICO-QUÍMICO
A interpretação quantitativa das reações químicas constitui-se na parte da química chamada estequiometria. Nessa área, utilizando uma equação química balanceada, é possível realizar predições quantitativas sobre vários aspectos de fenômenos químicos, como massas, volumes, número de mols, quantidade de moléculas, entre outros. Os cálculos estequiométricos da quantidade de massa ou produto formado em uma reação estão baseados, de maneira geral, em uma visão idealizada do mundo, na qual todos os reagentes se convertem completamente em produtos. No entanto, na realidade, nem sempre isso ocorre. Uma outra característica das reações que ocorrem no "mundo real" é que, geralmente, os reagentes não são colocados para reagir em quantidades estequiométricas. Comumente, alguns reagentes, especialmente os de menor valor econômico, são colocados em excesso para garantir que a reação produza a quantidade de produto desejada. Dessa forma, sempre haverá um reagente chamado limitante, que condicionará o rendimento máximo de uma reação.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. Porto Alegre: Bookman, 2001.
Vamos avaliar uma etapa importante no refino do metal alumínio que é a manufatura da criolita, , a partir de fluoreto de amônio, aluminato de sódio e hidróxido de sódio em água, conforme a reação:
Como mencionado acima, subprodutos podem se formar, fazendo com que o rendimento não seja aquele que se espera. Imagine que você precisa investigar a eficiência deste processo, e precisará realizar uma reação em laboratório para investigar a eficiência do processo.
Considerando a mistura de 200 g de NH₄F com 166 g de NaAl(OH)₄ e 160 g de NaOH, e levando em consideração o contexto descrito acima, responda as questões a seguir.
a) Descreva, por meio de um texto em detalhes, como você faria para determinar qual é o reagente limitante desta reação.
b) Descreva, também, mediante um texto em detalhes, como você procederia para determinar o rendimento percentual dessa reação, considerando o produto criolita.
Resposta
O reagente limitante na reação de fabricação da criolita (Na₃AlF₆) é o NaAl(OH)₄, pois está presente em menor quantidade em relação à sua necessidade estequiométrica. Para determinar o reagente limitante, os seguintes passos foram seguidos:
1. Equações Balanceadas: Certificar-se de que a equação química está balanceada, o que é crucial em qualquer análise estequiométrica.
2. Cálculo das Quantidades Molares: Converter as massas dos reagentes para moles usando as massas molares dos compostos:
· 200 g NH₄F×1 mol NH₄F18.04 g/mol=11.09 mol NH₄F200g NH₄F×18.04g/mol1mol NH₄F​=11.09mol NH₄F
· 166 g NaAl(OH)₄×1 mol NaAl(OH)₄81.04 g/mol=2.05 mol NaAl(OH)₄166g NaAl(OH)₄×81.04g/mol1mol NaAl(OH)₄​=2.05mol NaAl(OH)₄
· 160 g NaOH×1 mol NaOH39.99 g/mol=4.0 mol NaOH160g NaOH×39.99g/mol1mol NaOH​=4.0mol NaOH
3. Determinação da Relação Estequiométrica: Utilizar a equação química balanceada para estabelecer a proporção molar entre os reagentes.
4. Identificação do Reagente Limitante: Comparar as quantidades molares com a relação estequiométrica. O reagente presente em menor quantidade em relação à sua necessidade é o limitante.
· NH₄F: Relação 6:1, com 11.09 mol (mais do que suficiente).
· NaAl(OH)₄: Relação 1:1, com 2.05 mol (insuficiente).
· NaOH: Relação 2:1, com 4.00 mol (mais do que suficiente).
Portanto, o reagente limitante é o NaAl(OH)₄. A quantidade máxima de produto formado será determinada pela quantidade de NaAl(OH)₄ disponível.