G1 - Aula 5 - Estequiometria de Reação

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Estequiometria 
—  Interpretação quantitativa das reações químicas. 
—  O coeficiente estequiométrico nos informa sobre o 
número relativo de mols de uma substância que 
reage ou que é produzida. 
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 
1 mol de N2 ≈ 3 mol de H2 
3 mol H2 ≈ 2 mol de NH3 
“quimicamente equivalente” 
Estequiometria 
—  Escreva a relação estequiométrica entre H2 e O2 na 
(a) formação da H2O; (b) formação do peróxido de 
hidrogênio, H2O2. 
(a) 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) 
2 mol H2 ≈ 1 mol O2 
(b) H2(g) + O2(g) → H2O2(l) 
1 mol H2 ≈ 1 mol O2 
Estequiometria 
—  Escreva a relação estequiométrica entre N2 e O2 na 
(a) formação do N2O3; (b) formação do N2O. 
(a)  2N2(g) + 3O2(g) → 2N2O3(g) 
(b)  2N2(g) + O2(g) → 2N2O(g) 
 
Estequiometria 
—  Escreva a relação estequiométrica entre N2 e O2 na 
(a) formação do N2O3; (b) formação do N2O. 
(a) 2N2(g) + 3O2(g) → 2N2O3(g) 
2 mol N2 ≈ 3 mol O2 
(b) 2N2(g) + O2(g) → 2N2O(g) 
2 mol N2 ≈ 1 mol O2 
 
Predições mol a mol 
Quanto de H2O é formada quando 0,25 mol de O2(g) 
reagem com H2(g)? 
Resp.: 0,50 mol de H2O 
Predições mol a mol 
Quantos mols de NH3 podem ser produzidos a partir 
de 2,0 mol de H2(g) na reação abaixo? 
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) 
 
 
 
 
 Resp.: 1,3 mol de NH3. 
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Predições mol a mol 
Quantos mols de átomos de Fe podem ser extraídos de 
25 mol de Fe2O3? 
 
 
 
 
 
 Resp.: 50 mol de átomos de Fe. 
Predições massa a massa 
—  Vimos como relacionar mols de reagentes como 
mols de produtos. 
—  Já sabemos usar as massas molares para converter 
mols. 
—  Então, podemos combinar os dois cálculos, para 
determinar as massas das substâncias produzidas a 
partir das massas de reagentes. 
Predições massa a massa 
—  Calcular a massa do ferro que pode se obtida de 10,0 
kg de óxido de ferro (III), por redução com CO(g) em 
um alto forno, conforme reação: 
Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3CO2(g) 
1 mol de Fe2O3 ≈ 2 mol Fe 
 Dados: 
M(Fe) = 55,85 g mol-1 
M(Fe2O3) = 159,69 g mol-1 
Resp.: 6,99 x 103 g Fe 
Predições massa a massa 
Que massa de alumínio é necessária para reduzir 10 kg 
de óxido de cromo(III) para produzir cromo metálico? A 
equação química para esta reação é esta: 
2 Al(l) + Cr2O3(s) → Al2O3(s) + 2Cr(l) 
Dados: M(Al) = 26,98 g mol-1; M(Cr2O3) = 152,00 g mol-1 
Resp.: 3,6 kg de alumínio. 
Predições massa a massa 
Calcule a massa de potássio necessária para reagir com 
0,450 g de gás hidrogênio para produzir hidreto de 
potássio (KH). 
—  MM (K) = 39,1 g.mol-1 
—  MM (H2) = 2,0 g.mol-1 
Resp.: 18 g de potássio. 
Situação ideal nas equações químicas: 
cálculos estequiométricos. 
 
“Vamos supor que todos os reagentes 
reajam exatamente como o descrito em 
uma equação química...” 
 
E na prática? É isso que acontece? 
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Na prática 
—  Reação Competitiva – uma reação que ocorre 
ao mesmo tempo que aquela na qual 
estamos interessados e que usa alguns dos 
mesmos reagentes. 
—  Reação Incompleta no momento da medição. 
—  Reações que não se completam – parecem 
parar quando uma certa parte dos reagentes 
foi consumida. 
Reagentes Limitantes 
— Determinam o rendimento máximo de 
uma reação. 
— Encontram-se presente em menor 
quantidade (menor do que a 
“quantidade estequiométrica”). 
Reagente Limitante 
— Em alguns casos, é necessário determinar 
qual é o reagente limitante. 
— Para isto, compara-se o número de mols 
fornecido de cada reagente com os coeficientes 
estequiométricos: 
N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) 
1 mol N2 ≈ 3 mol H2 
Suponhamos que temos 1 mol de N2(g) mas 
apenas 2 mol de H2(g). 
Reagente Limitante: H2(g) 
Exercício 
Uma solução de HCl(aq) contém 5,22 g de HCl. 
Quando ela é deixada reagir com 3,25 g de K2CO3 
sólido, os produtos são KCl, CO2 e H2O. 
Qual reagente está em excesso? 
Dados: 
M(HCl) = 36,46 g mol-1 
M(K2CO3) = 138,2 g mol-1 
 
Resp.: HCl está em excesso. 
Exercício 
Carbeto de cálcio, CaC2, reage com água para formar o 
hidróxido de cálcio e o gás inflamável etino (acetileno). 
Para este cálculo, suponhamos que o carbeto de cálcio 
esteja puro e que todo o etino seja coletado. 
a) Qual é o reagente limitante quando 1,00 x 102 g de 
água reagem com 1,00 x 102 g de carbeto de cálcio? 
b) Que massa de etino é produzida? 
c) Que massa de reagente permanece após a reação 
ser completada? 
a) CaC2; b) 40,6 g; c) 44 g 
Dados: 
MM(Ca) = 40,072 g mol-1 
MM(C) = 12,0107 g mol-1 
MM(H) = 1,0079 g mol-1 
MM(O) = 15,9994 g mol-1 
Rendimento da Reação 
—  É a quantidade máxima (quantidade de matéria, 
massa ou volume) do produto que pode ser obtida a 
partir de dada quantidade de reagente. 
 
—  Até então, trabalhamos sempre com os rendimentos 
teóricos. 
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Rendimento da Reação 
—  Calcule o rendimento teórico (em gramas) de 
nitrito de potássio quando 24,0 g de nitrato 
de potássio são aquecidos com um excesso 
de chumbo e ocorre a reação: 
Pb(s) + KNO3(s) → PbO(s) + KNO2(s) 
Dados: 
MM(K) = 39,0983 g mol-1 
MM(N) = 14,01 g mol-1 
MM(O) = 15,9994 g mol-1 
 
Resp.: 20,2 g 
∆ 
Rendimento Percentual 
—  Fração do rendimento teórico realmente obtido, 
expresso em porcentagem. 
 
Um exemplo de rendimento percentual abaixo de 100 %: 
reação competitiva (gasolina queimada nos automóveis). 
2 C8H8(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(l) 
2 C8H8(l) + 17 O2(g) → 16 CO(g) + 18 H2O(l) 
 
Rendimento Percentual 
Encontramos, em um teste para monitorar o motor de 
um automóvel, que a combustão de 1,00 L de octano, 
sob várias condições, produziu somente 1,14 kg de 
dióxido de carbono, e não os 2,17 kg previstos 
teoricamente. 
Calcule o rendimento percentual. 
Resp.: 52,5 % 
Exercício 
Tratando-se 0,500 kg de nitrato de potássio (KNO3) com 
ácido sulfúrico a quente, pergunta-se qual a massa de ácido 
nítrico (HNO3) obtida, admitindo-se que o rendimento da 
reação foi de 90 %? 
Dados: 
M(K) = 39,0983 g mol-1 
M(N) = 14,01 g mol-1 
M(O) = 15,9994 g mol-1 
M(H) = 1,00794 g mol-1 
Resp.: 2,8 x 102 g 
Exercício 
Qual é a massa de sulfato de cálcio (CaSO4) obtida, 
quando se trata 370 g de hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) 
contendo 20 % de impurezas, por excesso de ácido 
sulfúrico (H2SO4)? 
Dados: 
M(CaSO4) = 136,1 g mol-1 
M(Ca(OH)2)= 74,09 g mol-1 
 
Resp.: 5,4 x 102 g 
Revisão 
—  Reagente Limitante: o reagente que foi consumido 
completamente na reação. 
—  Se um dos reagentes acaba, a reação interrompe. 
—  O Reagente Limitante determina até onde a reação 
pode ir, limitando a quantidade de produto 
produzido. 
—  A identidade do reagente limitante pode não ser tão 
óbvia. 
—  Para determinar a identidade do reagente limitante, 
é importante comparar as quantidades de matéria 
de cada um dos reagentes em uma reação 
balanceada. 
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Revisão 
—  Para reações químicas e especialmente para reações 
que levam a produtos comerciais, optamos por 
reações mais eficientes, que sejam capazes de 
produzir o máximo possível de produtos desejáveis e 
de minimizar produtos laterais não-desejados. 
Lucro 
—  Se é possível aumentar a quantidade de produto 
obtida a partir de uma dada quantidade de 
reagentes, o negócio se torna mais lucrativo. 
 
Revisão 
—  Em condições perfeitas ou ideais: a quantidade ideal 
de produto é chamada de Rendimento Teórico, 
obtido utilizando a estequiometria. 
—  Nas condições reais da reação, a quantidade do 
produto formado nos fornece o Rendimento Real. 
—  Aumentar o rendimento percentual é um dos 
objetivos primordiais de um Engenheiroque trabalha 
com processos industriais. 
 
Exercício 
Processo de Solvay é importante na produção comercial de 
carbonato de sódio (Na2CO3), que é usado na fabricação de 
muitos vidros. A última etapa do processo de Solvay é a 
conversão do NaHCO3 (bicarbonato de sódio) em Na2CO3 
por meio de aquecimento. 
2 NaHCO3(s) + calor è Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O (g) 
Em um experimento de laboratório, um estudante aqueceu 
42,0 g de NaHCO3 e determinou que 22,3 g de Na2CO3 são 
formados. Qual é o rendimento percentual dessa reação? 
Dados: M(NaHCO3) = 84,0066 g mol-1 e M(Na2CO3) = 105,988 g mol-1 
Resp.: 84,2% 
Análise Volumétrica - 
Titulação 
Titulante (concentração conhecida) 
Analito – solução a ser analisada 
(volume definido) 
Volume do Titulante – diferença entre os volumes inicial e final, 
lidos na bureta, até que todo o analito tenha reagido. 
Ponto Estequiométrico – estágio no qual o volume do titulante 
adicionado é exatamente aquele requerido pela relação 
estequiométrica entre titulante e analito. 
Análise Volumétrica - 
Titulação 
—  Dados importantes: 
—  Volume da solução a ser analisada. 
—  Concentração do titulante. 
—  Volume do titulante necessário para atingir o ponto 
estequiométrico. 
—  Objetivo: 
—  Determinar a concentração do analito. 
Análise Volumétrica - 
Titulação 
—  Determinar a quantidade de matéria do titulante: 
n = V x C 
—  Escrever a equação química balanceada (relação 
estequiométrica). 
—  Calcular a quantidade de matéria de analito. 
—  Determinar a concentração do analito, sabendo-se 
do volume de amostra. 
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Análise Volumétrica - 
Titulação 
O ácido oxálico é um composto venenoso mas um 
agente redutor que é usado para remover manchas de 
ferrugem e para reduzir produtos químicos no 
laboratório. 
Suponha que 25,00 mL de uma solução de ácido 
oxálico (H2C2O4) seja titulada com 0,100 mol L-1 de 
NaOH (aq) e que o ponto estequiométrico fosse 
atingido quando 38,00 mL da solução básica fosse 
adicionada. Calcular a concentração da solução de 
ácido oxálico. 
Resp.: 0,0760 mol L-1 
Estequiometria de Solução 
—  É possível expandir a estequiometria, determinando 
a quantidade de matéria das substâncias quando 
são medidos os volumes em vez das massas. 
—  Quando se consideram reações em solução, a única 
complicação é a necessidade de relacionar 3 
variáveis (quantidade de matéria, massa e volume) 
ao invés de 2 (quantidade de matéria e massa). 
Exercício 
A hidrazina combustível pode ser produzida pela reação das 
soluções de hipoclorito de sódio e amônia. A equação 
química relevante é: 
NaClO(aq) + H2O + 2 NH3(aq) è N2H4(aq) + NaCl(aq) + 2 H2O(l) 
Se 750,0 mL de NaClO 0,806 mol L-1 forem misturados 
com excesso de amônia, que quantidade de matéria de 
hidrazina poderá ser formada? Se o volume final de solução 
resultante for de 1,25 L, qual será a concentração em 
quantidade de matéria de hidrazina? 
Resp.: 0,604 mol de N2H4; 0,484 mol L-1 
Exercício 
Muitas titulações comuns envolvem reação de um ácido 
com uma base. Se 24,75 mL de solução de NaOH a 
0,503 mol L-1 forem usados para titular uma amostra de 
15,00 mL de ácido sulfúrico, H2SO4, qual será a 
concentração do ácido? 
Dados: 
M(NaOH) = 39,9971 g mol-1 
M(H2SO4) = 98,0785 g mol-1 
Resp.: 0,415 mol L-1 de H2SO4 
Exercício 
Uma amostra de 0,150 g de ácido benzóico, C6H5COOH, é 
titulada com uma solução de 0,240 mol L-1 de hidróxido de 
bário, Ba(OH)2. Qual é o volume necessário para reagir 
completamente com esse ácido? 
(Apenas um hidrogênio reage). 
Dados: 
M(C6H5COOH) = 122,121 g mol-1 
M(Ba(OH)2) = 171,342 g mol-1 
 
 
Resposta: 2,56 x 10-3 L 
Exercício 
Um fertilizante de larga utilização é o nitrato de amônio, 
NH4NO3. Para uma determinada cultura, o fabricante 
recomenda a aplicação de 1000 mL de solução de nitrato 
de amônio de concentração 0,5000 mol L-1 por m2 de 
plantação. A figura abaixo indica as dimensões do terreno 
que o agricultor utilizará para o plantio. Determine a 
massa de nitrato de amônio, em kg, que o agricultor deverá 
empregar para fertilizar sua cultura, de acordo com a 
recomendação do fabricante. 
Dados: 
M(NH4NO3) = 80 g mol-1 
Resposta: 1,2 x 105 kg 
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Exercício 
No rótulo do HCl comercial estão presentes as seguintes 
informações: 
Densidade = 1,18 g ml-1 
% em massa = 37,0 % 
Determine a sua concentração em mol L-1. 
Dados: 
M(HCl) = 36,45 g mol-1 
 
 
Resposta: 12,0 mol L-1.