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Universidade Federal de Lavras Departamento de Química Prof. Fabiano Magalhães mgfabiano@yahoo.com.br Química Geral Aula 4 Átomos, moléculas e íons (Cap. 2) Equações Químicas e Estequiometria Equações Químicas É a representação simplificada da transformação ocorrida envolvendo as subst. transformadas (reagentes) e as subst. produzidas (produtos). Representa o estado físico dos reagentes e produtos Cargas e massas devem estar balanceadas NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) reagentes produtos Equações Químicas Formas de representação: Molecular NaCl(aq) + AgNO3(aq) AgCl(s) + NaNO3(aq) Iônica Na+(aq) + Cl-(aq) + Ag + (aq) + NO3 - (aq) AgCl(s) + Na + (aq) + NO3 - (aq) Iônica Simplificada Cl-(aq) + Ag + (aq) AgCl(s) Equações Químicas Séc. XVIII Antoine Lavoisier: Lei da Conservação de Massa P4(s) + Cl2(q) PCl3(L) Necessidade de balancear as equações químicas 6 4 4 átomos 12 átomos 4 átomos P 12 átomos Cl Equações Químicas Reação do Fe com Cl2 Fe(s) + Cl2(q) FeCl3(s) 2 3 2 átomos 6 átomos 2 átomos Fe 6 átomos Cl 2 Coeficiente estequiométrico Equações Químicas Metais e não metais quando reagem com oxigênio formam óxidos de fórmula geral MxOy Fe(s) + O2(q) Fe2O3(s) 2 3 4 átomos 6 átomos 4 átomos Fe 6 átomos O 4 Mg(s) + O2(q) MgO(s) 2 2 Reações de combinação A + B C Equações Químicas A combustão de hidrocarbonetos liberam energia e formam CO2 e H2O (reação com O2) C8H18(L) + O2(q) CO2(g) + H2O(g) Como balancear? Escrever a fórmula correta dos reagentes e produtos; Balancear átomos de C; Balancear átomos de H; Balancear átomos de O 8 9 25/2 C8H18(L) + O2(q) CO2(g) + H2O(g) 16 18 25 2 Equações Químicas Balanceie as seguintes equações químicas: Combustão do butano C4H10(g) + O2(q) CO2(g) + H2O(g) Combustão do tetraetil chumbo Pb(C2H5)4(L) + O2(q) PbO(s) + CO2(g) + H2O(g) Equações Químicas 1. Combustão do gás butano C4H10(g) + O2(q) CO2(g) + H2O(g) 4 5 13/2 C8H18(L) + O2(q) CO2(g) + H2O(g) 8 10 13 2 Equações Químicas 1. Combustão do tetraetil chumbo Pb(C2H5)4(L) + O2(q) PbO(s) + CO2(g) + H2O(g) 10 8 27/2 Pb(C2H5)4(L) + O2(q) PbO(s) + CO2(g) + H2O(g) 20 16 27 2 2 Reações Químicas Reação de combinação: A + B C CaO(s) + H2O(L) Ca(OH)2(s) Reação de decomposição: A B + C 2KClO3(s) KCl(s) + 3O2(g) Reação de combustão: reações rápidas que produzem chama. C3H8(g) + 5O2(g) 4H2O(g) + 3CO2(g) Estequiometria 4NH3(g) + 5O2(q) 4NO(g) + 6H2O(g) Apresenta: razão molar correta entre reagentes e produtos Equação balanceada Pode-se calcular a quantidade de produtos a serem formados a partir de determinada massa de reagentes Estequiometria P4(s) + 6Cl2(q) 4PCl3(L) a) Qual a massa de Cl2 é necessária para reagir completamente com 1,45g de P4? b) Qual a massa de PCl3 produzida? Equação balanceada Resolução: 1) Escrever a equação química balanceada 2) Encontrar a massa molecular dos reagentes e produtos envolvidos nos cálculos Estequiometria P4(s) + 6Cl2(q) 4PCl3(L) Equação balanceada c) Quantos mols de Cl2 reagem com 1,45g de P4? d) Quantos mols de PCl3 são produzidos? Estequiometria 1.a) Qual a massa de oxigênio (O2), é necessária para promover a combustão completa de 454 g de propano? b) Quais as massas dos produtos geados? c) Calcule o número de mols de cada produto gerado. Dados: C = 12 g/mol; H = 1g/mol; O = 16 g/mol Estequiometria Reações com reagente em excesso Freqüentemente reações são realizadas com um excesso de um dos reagentes. Isto é realizado para garantir que um dos reagentes seja completamente consumido. Queima do metano em aterro sanitário CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + H2O(g) atmosférico (reg. Excesso) Reagente limitante Estequiometria 2. Suponha que 750 g de amônia são misturados com 750 g de O2. a) Qual reagente é o limitante? b) Qual a massa de reagente em excesso? c) A combustão desta mistura forma quantos gramas de NO e H2O Estequiometria 3. O metanol usado como combustível , pode ser produzido pela reação de monóxido de carbono com hidrogênio. CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) Suponha que 356 g de CO e 65 g de H2 sejam misturados e permite-se que reajam. a) Qual é o reagente limitante? b) Qual a massa de metanol que pode ser produzida? c) Qual é a massa de reagente em excesso que sobra quando todo o reagente limitante é consumido? Rendimento Percentual Em uma reação química o rendimento prático pode ser menor do que o rendimento teórico (100%) devido a: Reação não se completa totalmente; Formação de subprodutos; Perda do produto nas etapas de separação, purificação, pesagem... Rendimento percentual = rend. teórico rend. prático x 100% Estequiometria Rendimento percentual 4. A uréia é um fertilizante que pode ser produzido industrialmente conforme a seguinte reação: CO2(g) + NH3(g) NH2CONH2(l) + H2O(l) Uma indústria química mistura 7 ton de CO2 com 5 ton de NH3 e obtem a uréia com um rendimento de 95%. Com base nestas informações, responda: a) Balanceie a equação química. b) Qual a massa de reagente em excesso? c) Qual a massa de uréia obtida para um rendimento de 95% ? Estequiometria Rendimento percentual 5. O ferro metálico pode ser produzido a partir da seguinte reação: Fe2O3(s) + 2Al(s) 2Fe(s) + Al2O3(s) a) Se usarmos 50 g de cada reagente, qual seria o limitante? b) Que massa de ferro metálico pode ser produzida considerando-se um rendimento de 83%? Estequiometria Rendimento percentual 6. Observe a seguinte reação de decomposição: CH3OH(l) 2H2(g) + CO(g) a) Se 125 g de metanol são decompostos, qual a massa de hidrogênio formada? b) Se 12 g de H2 são obtidos qual o rendimento prático desta reação? Aplicações da Estequiometria Ferramenta fundamental para: Prever a quantidade de produtos a serem formados; Prever a quantidade de reagente necessário para a obtenção de determinada massa de produto; Obtenção do rendimento teórico e prático; Quantificar substâncias químicas presentes em uma mistura; Aplicações da Estequiometria Exemplo: Para determinar o teor de PbCO3 em uma amostra de mineral, este deve ser tratado primeiramente com ácido nítrico para dissolver o carbonato de chumbo. PbCO3(s) + 2HNO3(aq) Pb(NO)3(aq) + H2O(L) + CO2(g) A adição de ácido sulfúrico à solução resultante leva à precipitação do sulfato de chumbo. Pb(NO3)2(aq) + H2SO4(aq) PbSO4(s) + 2HNO3(aq) Aplicações da Estequiometria PbCO3(s) + 2HNO3(aq) Pb(NO)3(aq) + H2O(L) + CO2(g) Pb(NO3)2(aq) + H2SO4(aq) PbSO4(s) + 2HNO3(aq) Massa de minério: 0,583g Massa de PbSO4 obtida: 0,628g Qual o teor de PbCO3 na amostra de minério? Dados: Pb = 207,2g/mol; C = 12g/mol; O = 16g/mol; H = 1g/mol; N = 14g/mol Aplicações da Estequiometria Determinado a Fórmula de um Composto hidratado 10. O sulfato de cobre hidratado (CuSO4.5H2O) possui uma coloração azul e o composto anidro é branco. Paradeterminar o número de mols de água por mol de CuSO4, uma massa de 1,023g de CuSO4.xH2O foi pesada e posteriormente aquecida até ficar com uma cor branca. Após resfriamento o produto obtido foi pesado obtendo-se uma massa igual a 0,654g. Qual o número de mols de H2O por mol de sulfato de cobre? (Dados: Cu = 63,5 g/mol; S = 32 g/mol; O = 16 g/mol; H = 1 g/mol). CuSO4.XH2O CuSO4 + XH2O Aplicações da Estequiometria 11. O sulfato de ferro (II) pode ser obtido a partir do ferro metálico e ácido sulfúrico concentrado, conforme seguinte reação química: Fe(s) + H2SO4(conc.) → FeSO4(aq) + H2(g) Suponha que você queira obter 12 g do FeSO4 e que esta reação possui um rendimento prático de 78%, responda: a) Qual a massa de Fe necessária para obter os 12g de FeSO4? b) Qual o volume de H2SO4 necessário? Dados: H = 1 g mol-1, O = 16 g mol-1, S = 32 g mol-1, Fe = 55,8 g mol-1.
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