G1 Aula 3   Estequiometria e Reagente Limitante
4 pág.

G1 Aula 3 Estequiometria e Reagente Limitante


DisciplinaQuímica Geral I24.560 materiais395.899 seguidores
Pré-visualização2 páginas
18/08/2015
1
Química GeralQ
Professor Alessandro Kappel Jordão
1
Estequiometria e Reagente Limitante
A interpretação quantitativa das reações químicas é a
parte da química chamada de estequiometria reacional
O coeficiente estequiométrico em uma reação fornece o
número de mols relativo de uma substância que reage ou
é produzida.
2
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
1 mol de N2 é quimicamente equivalente a 3 mols de H2
1 mol de N2 é quimicamente equivalente a 2 mols de NH3
Estequiometria e Reagente Limitante
Exemplo: Escreva a relação estequiométrica entre P4 e Cl2
na formação do:
(a) PCl3
P4 + Cl2 PCl3
3
(b) PCl5
P4 + Cl2 PCl5
Estequiometria e Reagente Limitante
A estequiometria tem muitas aplicações práticas, tais
como predizer o quanto de produto pode ser formado em
uma reação.
Pode-se prever mol para mol ou
massa para massa
4
Exemplo: Qual é a quantidade de NH3 produzida a partir
de 2 mols de H2 na reação a seguir?
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)
Atenção: A equação química deve estar balanceada
Estequiometria e Reagente Limitante
Como calcular a massa?
Exemplo: Qual é a massa de Fe produzida a partir de 10,0
g de Fe2O3 a partir da redução com CO?
Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g)
5
1 mol de Fe2O3 2 mols de Fe
159,70 g de Fe2O3 2 x 55,85 g de Fe
Fe = 55,85 g mol-1
Fe2O3 = 159,70 g mol-1
Estequiometria e Reagente Limitante
Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g)
159,70 g de Fe2O3 2 x 55,85 g de Fe
Fe = 55,85 g; O = 16,00 g 111,70 g
Fe2O3 = 159,70 g mol-1
6
10,0 g de Fe2O3 X g de Fe
X = 6,99 g de Fe
18/08/2015
2
Estequiometria e Reagente Limitante
2 Al(s) + Cr2O3(s) Al2O3(s) + 2 Cr(s)
Al = 27,00 g mol-1
Cr2O3 = 152,00 g mol-1
Exercício: Qual é a massa de Al necessária para reduzir 10
kg de Cr2O3 para produzir o cromo metálico?
7
Resposta: 3,6 kg de Al
Estequiometria e Reagente Limitante
B2H6(g) + 3 O2(l) 2 HBO2(g) + 2 H2O(l)
Exercício: Considere a reação de combustão abaixo:
a) Qual é a massa de O2(l) necessária para consumir
257,00 g de B2H6?
b) Determine a massa de HBO2 produzido a partir da
8
B = 10,81 g mol-1
H = 1,0079 g mol-1
O = 16,00 g mol-1
b) ete e a assa de O2 p odu do a pa t da
combustão de 106,00 g de B2H6 ?
Estequiometria e Reagente Limitante
Até o momento consideramos apenas que as reações se
processam de forma que a quantidade máxima (mols,
massa) de um produto possa ser obtida de uma dada
quantidade de reagente.
Porém existe a possibilidade:
9
\u2022 Reações competitivas;
\u2022 Diferenças estequiométricas
\u2022 Reagentes não são consumidos até o final
Estequiometria e Reagente Limitante
Rendimento de uma reação: O \u201crendimento teórico\u201d de
uma reação é a quantidade máxima que um produto pode
ser obtido a partir de uma dada quantidade de reagente.
A porcentagem de rendimento é a razão entre o
rendimento obtido e o rendimento teórico, expresso como
porcentagem:
10
porcentagem:
Rendimento obtido
Rendimento = x 100 %
Rendimento teórico
Estequiometria e Reagente Limitante
Exemplo: Quando 24,0 g de nitrato de potássio foram
aquecidos com chumbo, 13,8 g de nitrito de potássio
foram formados na reação:
Pb(s) + KNO3(s) PbO(s) + KNO2(s)
Calcule a porcentagem de rendimento do nitrito de
11
p g
potássio.
KNO3(s) = 101,11 g mol-1
KNO2(s) = 85,11 g mol-1
101,11 g de KNO3(s) 85,11 g de KNO2(s)
24,0 g de KNO3(s) X g de KNO2(s)
Estequiometria e Reagente Limitante
101,11 g de KNO3(s) 85,11 g de KNO2(s)
24,0 g de KNO3(s) X g de KNO2(s)
X = 20,2 g de KNO2(s)
20 2 g de KNO (s) 100%
12
20,2 g de KNO2(s) 100%
13,8 g de KNO2(s) X
X = 68,3 % de rendimento
18/08/2015
3
Estequiometria e Reagente Limitante
Exercício: A redução de 15,0 kg de óxido de ferro (III) em
alto-forno produzem 8,80 kg de ferro metálico. Qual é a
porcentagem de ferro metálico produzido nesta reação?
Fe2O3 = 159,69 g mol-1
Fe = 55,85 g mol-1
13
Estequiometria e Reagente Limitante
Se, ao realizar uma reação, são escolhidas quantidades
arbitrárias de reagentes, é muito comum que um dos
reagentes seja completamente consumido antes dos
outros. Por exemplo, ao misturar 5 mol de H2 com 1 mol
de O2, após a reação segundo a equação:
2 H + O 2 H O
14
2 H2 + O2 2 H2O
Apenas 2 mols de H2 terão reagido, consumindo
completamente 1 mol de O2. Depois que o O2 for
consumido, nenhuma reação posterior poderá ocorrer e
nenhum produto posterior poderá ser formado. A
quantidade de produto é, portanto, limitada pelo reagente
que desaparece primeiro. Este reagente chama-se
reagente limitante
Estequiometria e Reagente Limitante
O reagente limitante em uma reação é o reagente que
governa o rendimento máximo do produto.
O reagente limitante em uma reação é o reagente
fornecido em uma quantidade menor que aquele
requerido pela relação estequiométrica entre os reagentes
15
Exemplo: Zinco e enxofre reagem para formar sulfeto de
zinco, uma substância usada para recobrir as paredes
internas dos tubos de imagem de TV. A equação para a
reação é:
Zn + S ZnS
Estequiometria e Reagente Limitante
Quantos gramas de ZnS podem ser formados quando 12,0
g de Zn reagem com 6,50 g de S? Qual é o reagente
limitante? Quanto e qual elemento permanecerá sem
reagir?
Resolução:
16
Para determinarmos o reagente limitante, devemos
primeiro, converter as quantidades de reagentes em mols:
1 mol de Zn ~ 1 mol de S
1 mol de Zn \u2192 65,4 g
X \u2190 12,0 g
X = 0,183 mol de Zn
Estequiometria e Reagente Limitante
Resolução:
1 mol de Zn ~ 1 mol de S
1 mol de S \u2192 32,1 g
X \u2190 6,50 g
X = 0 202 mol de S
17
X = 0,202 mol de S
Em virtude destes elementos se combinarem em uma
relação de mols de 1 para 1, 0,183 mol de Zn requer 0,183
mol de S. Como podemos ver, existe mais S do que o
necessário e todo o Zn pode reagir. O Zn é, portanto, o
reagente limitante.
Estequiometria e Reagente Limitante
Resolução:
A quantidade de produto formado depende apenas da
quantidade de reagente limitante. Após o Zn ter-se
consumido, mais nenhum ZnS poderá se formar, de modo
que podemos usar a quantidade de Zn (0,183 mol) como a
quantidade de ZnS que será produzida Pela equação
18
quantidade de ZnS que será produzida. Pela equação,
podemos escrever:
1 mol de Zn ~ 1 mol de ZnS
Portanto, 0,183 mol de Zn formará 0,183 mol de ZnS. A
massa do produto é
1 mol de ZnS \u2192 97,5 g
0,183 mol de ZnS \u2192 X
X = 17,8 g de ZnS
18/08/2015
4
Estequiometria e Reagente Limitante
Resolução:
Para calcular a massa de enxofre que não reagiu, basta
subtrair o número de mols de enxofre que reagiram do
número de mols de enxofre inicialmente disponíveis:
mols de S que não reagiram = (0 202 \u2013 0 183) =
19
mols de S que não reagiram = (0,202 \u2013 0,183) = 
0,019 mol de S
Convertendo em gramas:
1 mol de S \u2192 32,1 g
0,019 mol de S \u2192 X
X = 0,61 g de S
Estequiometria e Reagente Limitante
Exercício: O etileno, C2H4 queima ao ar para formar CO2 e
H2O , de acordo com a equação
C2H4 + 3 O2 2 CO2 + 2 H2O
Quantos gramas de CO2 serão formados ao se inflamar
uma mistura contendo 1,93 g de C2H4 e 5,92 g de O2?
20
, g 2 4 , g 2
Dados:
C = 12,0 g mol-1
H = 1,00 g mol-1
O = 16,0 g mol-1
Estequiometria e Reagente Limitante
Exercício (P1 - 15/09/12):
O elemento lítio, Li, e o gás nitrogênio, N2, reagem para produzir nitreto de
lítio, Li3N, conforme representado na equação abaixo:
6Li(s) + N2(g)\uf0ae 2Li3N(s)
a) Calcule o rendimento teórico de Li3N, em gramas, quando 125 g de Li,
com uma pureza de 95 0% são colocados para reagir com 65 0 g de N2
21
com uma pureza de 95,0%, são colocados para reagir com 65,0 g de N2.
b) Por que as quantidades de produtos formados em uma reação são
determinadas somente pela quantidade de reagente limitante?
c) Calcule