Estequiometria: cálculos químicos

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Estequiometria 
Prof. Luiz Fernando Brum Malta 
 
Química Geral 
 
Instituto de Química/UFRJ 
Lei da Conservação da Massa 
 
Antonie Lavoisier (1789) 
 
 “Podemos formula-la como uma máxima 
incontestável que, em todas as operações 
artificiais e naturais, nada se cria; existe a mesma 
quantidade de matéria antes e depois do experimento” 
 
OU 
 
A massa total de uma substância presente ao final de 
uma reação química é a mesma massa total do início da 
reação 
 
Micro Macro 
 Átomos e moléculas gramas 
 
Massa atômica → É a massa relativa a um átomo 
expressa em unidade de massa (u); 
 
Massa molecular → É a soma das massas atômicas dos 
átomos da fórmula química de uma substância e 
também é expressa em unidade de massa (u); 
 
1u = 1,33053873 x 10-24gramas 
 
 
 
 
Por definição: 
1 átomo de 12C → 12 u 
Lítio natural é composto de 7,42 % de 6Li (6,015 
u) e de 92,58% de 7Li (7,016 u) 
 
Logo a massa atômica ponderada do lítio é a 
seguinte: 
 
 
6,941 u 
Massa atômica média 
1 mol é a quantidade de substância que contém 
tantos objetos (átomos ou moléculas) quanto 
números de átomos em exatamente 12 gramas 
de 12C isotopicamente puro 
 
 
 
 
 
N
A
 → Número de Avogrado 
Amedeo Avogrado 
Massa molar → É a massa em gramas de 1 mol 
de certa substância, expressa em gramas por mol 
(g/mol) 
 
A massa molar (em g/mol) de uma substância é 
sempre numericamente igual a sua massa 
molecular ( em u) 
 
1 mol 12C = 12,00 g de 12C 
1 mol de lítio = 6,941 g de Li 
1 mol de: 
Gramas Mols 
Fórmulas 
unitárias 
Use 
massa 
molar 
Use no. de 
Avogrado 
Quantos átomos há em 0,551 g de 
potássio? 
Calcule a quantidade de matéria em 5,380 g 
de C
6
H
12
O
6 
1 mol de C
6
H
12
O
6
 → 180 g 
 
No mols de C
6
H
12
O
6
 = 5,380 g x 1 mol 
 180 g 
 
 0,02989 mols 
Quantas moléculas há em 5,23 g de 
C
6
H
12
O
6 
? 
1 mol de C
6
H
12
O
6
 → 180 g 
 
1 mol → 6,022 x 1023 moléculas de C
6
H
12
O
6 
 
No moléculas de C
6
H
12
O
6
 = 5,23 g x 1 mol x 
 180 g 
x 6,022 x 1023 moléculas 
1 mol 
 
 
1,75 x 1022 moléculas 
Calcule a massa em gramas de 0,433 mol 
de nitrato de cálcio. 
1 mol de Ca(NO
3
)
2
→ 164,1 g 
 
Massa de Ca(NO
3
)
2
 = 0,433 mol x 164,1 g 
 1 mol 
 
71,1 g de Ca(NO
3
)
2 
Composição percentual (%) → É a porcentagem 
em massa de cada elemento em um composto 
% = n x massa atômica do elemento x 100% 
 Massa molar do composto 
sendo n o número de mols do elemento em um 
mol do composto 
Calcule a composição percentual em massa 
dos elementos H,O e P no ácido 
ortofosfórico (H
3
PO
4
) 
 
1 mol de H
3
PO
4
 → 97,99 g 
 
%H = 3x(1,008 g) x 100% = 3,086% 
 97,99 g 
 
%P = 30,97 g x 100% = 31,61% 
 97,99 g 
 
%O = 4x(16,00 g) x 100% = 65,31% 
 97,99 g 
 
 
Fórmula mínima → Diz o número relativo de 
átomos de cada elemento que ela contém 
Porcentagem 
em massa 
dos 
elementos 
Gramas de 
cada 
elemento 
Supor 100 g de amostra 
Use massas 
atômicas 
Mols de 
cada 
elemento 
Calcular razão molar 
Fórmula 
mínima 
O ácido ascórbico é constituído por 40,92% de 
carbono (C), 4,58% de hidrogênio (H) e 54,50% 
de oxigênio (O). Determine sua fórmula mínima. 
Em 100 g de ácido ascórbico, há 40,92 g de C, 4,58 g 
de H e 54,50 g de O. Logo a proporção relativa dos 
elementos é dada utilizando a massa molar de cada 
elemento: 
 
nomols de C na fórmula min. = 40,92 g x 1 mol = 3,41 
 12,00g 
 
nomols de H na fórmula min. = 4,58 g x 1 mol = 4,54 
 1,008g 
 
nomols de O na fórmula min. = 54,50 g x 1 mol = 3,41 
 16,00g 
 
Agora, divide-se os valores de no de mols obtidos pelo 
menor (3,41): 
 
C: 3,41 = 1 H: 4,54 = 1,33 O: 3,41 = 1 
 3,41 3,41 3,41 
 
Desta forma obtem-se a seguinte proporção entre os 
elementos que compõem o ácido ascórbico: 
C
1
H
1,33
O
1 
 
Para se obter a fórmula mínima, recorre-se ao método 
de tentativa e erro para transformar 1,33 em número 
inteiro. Ao multiplicarmos por 3, obtém-se 3,99 ~4. 
assim multiplicam-se também os subscritos do carbono 
e oxigênio, de forma que a fórmula mínima fica: 
 
C
3
H
4
O
3 
 
 
Determinação da fórmula mínima 
Análise elementar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fórmula molecular → Obtida a partir da fórmula 
mínima pela multiplicação dos índices inferiores 
da fórmula mínima por um número inteiro 
Este número inteiro é obtido comparando-se a massa da 
fórmula mínima com a massa molecular. 
 
Para o ácido ascórbico, a massa da fórmula mínima é de 
88,0 u enquanto que a massa molecular experimental é 
de 176 u. Assim fazendo 176 u =2, obtêm-se o numero 
88,0 u 
inteiro necessário para obtenção da fórmula molecular. 
Logo esta é dada como 
 
C
6
H
8
O
6 
 
 
Espectrometria de massas 
Um processo em que uma ou mais substância é 
transformada em uma ou mais substâncias é uma 
reação química 
 
Uma equação química utiliza símbolos químicos 
para mostrar o que ocorre na reação química 
Balanceamento de equações 
químicas 
• Escrever as fórmulas corretas dos reagentes no lado 
esquerdo e as fórmulas corretas dos produtos no 
lado direito; 
 
 
• Mude os números na frente das fórmulas (os 
coeficientes) para fazer com que o número de 
átomos de cada elemento seja o mesmo nos dois 
lados da equação. Não mude os subscritos. 
 
 
 E NÃO 
Balanceamento de equações 
químicas 
• Balanceie primeiro os elementos que aparecem em 
um reagente e em um produto 
 
 
 
 
Começar com carbono e hidrogênio, mas não com 
oxigênio: 
Balanceamento de equações 
químicas 
• Cheque com o intuito de ver se há o mesmo número 
de átomos de cada elemento a esquerda e a direita 
da equação química 
 
 
 
 
• Estequiometria → Estudo quantitativo de reagentes 
e produtos em uma reação química; 
 
Método do mol 
Os coeficientes estequiométricos de cada substância em 
uma equação química são equivalentes aos seus 
correspondentes números de mols. 
Considere a seguinte reação: 
 
 
 Se 209 gramas de metanol são utilizados na 
combustão qual massa de água é produzida? 
 2 mols de metanol são estequiometricamente 
equivalentes a 4 mols de água 
 
Reagente limitante → Consumido em primeiro 
lugar em uma reação química. 
 A quantidade máxima de produto formado depende da 
quantidade inicial deste reagente 
Reagente em excesso 
 Em um processo, 124 g de Al reagem com 
601 g de Fe
2
O
3
. Calcule a massa de Al
2
O
3
 
formada. 
 
 
 
Massa molar
 
Al
 
= 27 g; Massa molar Al
2
O
3 
= 102 g 
Massa molar
 
Fe
2
O
3
 = 160 g 
 
no. mols Al = 124 g x 1 mol = 4,60 mols 
 27 g 
no. mols Fe
2
O
3
 = 601 g x 1 mol = 3,75 mols160 g 
Razão coef. Estequiométricos Al = 2 
 Fe
2
O
3 
Razão no. mols Al = 4,60 = 1,22 => 
 Fe
2
O
3 
3,75 
 
Logo o Al é o 
reagente limitante 
 2 mols Al são estequiometricamente equivalentes a 1 
mol de Al
2
O
3 
 
Massa Al
2
O
3 
= 4,60 mols Al x 1 mol Al
2
O
3 
 x 102 g Al
2
O
3
 
 2 mols Al 1 mol Al
2
O
3
 
 
 
 234 g de Al
2
O
3
 
 
Rendimento percentual 
 Rendimento teórico → Quantidade de produto 
formada calculada quando todo reagente limitante 
foi consumido; 
 Rendimento real → Quantidade de produto de fato 
obtida em uma reação; 
 
Rendimento percentual = x 100% 
 
 
 
 Considerando a reação: 
Fe
2
O
3
(s) + CO(g) → 2Fe(s) + 3CO
2
(g) 
 Tendo Fe
2
O
3 
como reagente limitante (150 g), 
qual é o rendimento teórico de Fe? Se o 
rendimento real foi de 87,9 g, qual é o 
rendimento percentual? 
 
Massa Fe = 150 g Fe
2
O
3
 x 1 mol Fe
2
O
3 
x 2 mol Fe x 56 g Fe 
 160 g Fe
2
O
3 
1 mol Fe
2
O
3 
1 mol Fe 
 
105 g Fe 
 
Rendimento percentual = 87,9 g x 100% = 83,7% 
 105 g