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1 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO - DEFINIÇÃO TITULOMETRIA CÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA FÓRMULAS DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES IMPRECISÃO DE MEDIDAS PREPARO DE SOLUÇÕES POR % PREPARO DE SOLUÇÕES 2 ÍNDICE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO ............................................................................................................... 4 Definição ................................................................................................................................................. 4 Regras gerais para o cálculo estequiométrico ........................................................................................ 4 Relações auxiliares ................................................................................................................................. 4 Exemplo básico ....................................................................................................................................... 4 Pureza ..................................................................................................................................................... 4 Rendimento ............................................................................................................................................ 5 TITULOMETRIA ....................................................................................................................................... 5 Análise quantitativa ................................................................................................................................ 5 Princípio da titulometria ......................................................................................................................... 5 Esquema de uma titulação ..................................................................................................................... 6 CÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA ............................................................................. 6 Processo usual ........................................................................................................................................ 6 FÓRMULAS DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES ................................................................................... 6 Concentração comum ............................................................................................................................ 6 Molaridade ou concentração molar ....................................................................................................... 6 Título em massa ...................................................................................................................................... 7 Fração molar ........................................................................................................................................... 7 Molalidade .............................................................................................................................................. 7 Normalidade ........................................................................................................................................... 7 Fórmula geral .......................................................................................................................................... 7 Diluição das soluções .............................................................................................................................. 7 Mistura de soluções que não reagem entre si ....................................................................................... 7 IMPRECISÃO DE MEDIDAS ..................................................................................................................... 8 Postulado de Gauss ................................................................................................................................ 8 Desvio absoluto para cada medida ........................................................................................................ 8 Desvio relativo para cada medida .......................................................................................................... 8 Desvio médio absoluto para um conjunto de n medidas ....................................................................... 8 Desvio médio relativo para um conjunto de n medidas ........................................................................ 8 Apresentação de um resultado………………………………………………………………………………………………………….8 Classificação dos erros .......................................................................................................................... ..8 Classificação dos erros .......................................................................................................................... ..8 Erros acidentais ou fortuitos ................................................................................................................ ..8 Índices de precisão e exatidão ............................................................................................................. ..9 Propagação dos desvios ....................................................................................................................... ..9 Adição ou subtração ............................................................................................................................. ..9 Produto ou quociente........................................................................................................................... ..9 Algarismos significativos ....................................................................................................................... ..9 PREPARO DE SOLUÇÕES POR % ........................................................................................................... 10 Preparo de Hidróxido de Potássio - KOH 30% (250 mL ou 0,25 L) ....................................................... 10 Preparo de Hidróxido de sódio - NaOH 30% (250 mL ou 0,25 L) .......................................................... 10 Preparo de Hidróxido de Potássio - KOH 85% (50 mL ou 0,05 L) ......................................................... 10 3 PREPARO DE SOLUÇÕES ...................................................................................................................... 10 Preparo de Hidróxido de Amônio - NH4OH (100 mL ou 0,1 L) .............................................................. 10 Preparo do azul de metileno ................................................................................................................ 10 Preparo de água de cloro ..................................................................................................................... 10 Preparo de Sulfeto de Sódio - Na2S 0,5 M (100 mL ou 0,1 L) ............................................................... 11 Preparo de Nitrato de Prata - AgNO3 0,1 M (250 m ou 0,25 LL) .......................................................... 11 Preparo de Ácido Nitrico - HNO3 5 M (250 mL ou 0,25 L) .................................................................... 11 Preparo de Dicromato de Potássio - K2Cr2O7 0,1 M (250 mL ou 0,25 L) ............................................... 11 Preparo de Ácido Cloridrico - HCl 0,25 M (2.500 mL ou 2,5 L) ............................................................. 11 Preparo de Hidróxido de sódio - NaOH 0,1 N (100 mL ou 0,1 L) .......................................................... 11 Preparo de Cloreto de Bário - BaCl2 2 M (250 mL ou 0,25 L) ............................................................... 12 Preparo de Sulfato de Sódio - Na2SO4 0,1 N (100 mL ou 0,1 L) ............................................................ 12 Preparo de Carbonato de Sódio - Na2CO3 0,1 M (250 mL ou 0,25 L) ................................................... 12 Preparo de Nitrato de Potássio- KNO3 0,1 M (100 mL ou 0,1 L) .......................................................... 12 Preparo de Hidróxido de Potássio - KOH 0,1 N (250 mL ou 0,25L ) ..................................................... 12 Preparo de Ácido Cloridrico - HCl 1 M (1.000 mL ou 1 L) ..................................................................... 12 Preparo de Hidróxido de Sódio - NaOH 1 M (1.500 mL ou 1,5 L) ......................................................... 13 Preparo de Nitrato de sódio - NaNO3 2 M (100 mL ou 0,1 L) ............................................................... 13 Preparo de Sulfato Ferroso - FeSO4 0,5 M (50 mL ou 0,05 L) ............................................................... 13 Preparo de Sulfato de Cobre II - CuSO4 1 M (1.500 mL ou 1,5 L) ......................................................... 13 Preparo de Ácido Acético - H3CCOOH (250 mL ou 0,25 L) .................................................................... 13 Preparo de Hidróxido de Cálcio - Ca(OH)2 – água de cal – 0,05 M (250 mL ou 0,25 L) ........................ 14 Preparo de biftalato de potássio - C6H4(COOH)(COOK) (25 mL ou 0,025 L) …………..…………………………..14 Preparo de Ácido Acético - H3CCOOH 0,04 N (200 mL ou 0,2 L) .......................................................... 14 Preparo de Ácido Cloridrico - HCl 0,1 M (100 mL ou 0,1 L) .................................................................. 15 Diluição de Ácido Sulfuríco H2SO4 (236 mL ou 0,236 L) ........................................................................ 15 Preparo de Ácido Oxalico - H2C2O4 0,5 N (200 mL ou 0,2 L) ................................................................. 15 Preparo do reagente de Schift .............................................................................................................. 15 Preparo do reagente de Fehling A ........................................................................................................ 15 Preparo do reagente de Fehling B ........................................................................................................ 15 Preparo do reagente de Tollens ........................................................................................................... 15 Preparo do Áido Carbonico - H2CO2 1 M (100 mL ou 0,1L ).................................................................. 16 Preparo do Estanito de Sódio - Na2SnO2 0,5 M .................................................................................... 16 Preparo do Nitrato de Bismuto III - Bi(NO3)3 ........................................................................................ 16 Preparo de biftalato de potássio 0,6 g e 0,7 g (25 mL ou 0,025L ) ....................................................... 16 Preparo de Borato de Sódio deca hidratado Na2B4O7 • 10 H2O 0,2 N (200 mL ou 0,2 L) ..................... 16 Preparo da solução de amido ............................................................................................................... 16 Preparo de água sulfídrica .................................................................................................................... 16 Preparo da solução sulfocrômica para uso em lavagem ...................................................................... 17 4 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO Definição É o cálculo que permite relacionar quantidades de reagentes e produtos que participam de uma reação com auxílio das equações químicas correspondentes. Regras gerais para o cálculo estequiométrico a) Escrever a equação química do processo. Ex: combustão do monóxido de carbono: CO + O2 → CO2 b) Acertar os coeficientes estequiométricos da equação. 2 CO + O2 → 2 CO2 Assim você terá a proporção do número de mols entre os participantes. Esses coeficientes lhe darão uma idéia da relação segundo a qual as substâncias se combinam. Ex: 2 mol de CO : 1 mol de O2 : 2 mol de CO2 (: lê-se está para) c) Montar a proporção baseando-se nos dados e nas perguntas do problema (massa–massa, massa–nº. de mols, massa–volume, etc.); d) Utilizar regra de três para chegar à resposta. Relações auxiliares 1 mol corresponde à massa molecular em gramas 1 mol contém 6,02 x 1023 moléculas 1 mol de gás ocupa 22,4 _ (CNTP) Exemplo básico 2 mol 1 mol 2 mol 2 CO(g) + O2 CNTP 2CO2 ou 56 g : 32 g : 88 g ou 12,04x1023 : 6,02 x 1023 : 12,04 x 1023 moléculas ou 44,8 L _ : 22,4 L _ : 44,8 L _ Pureza É o quociente entre a massa da substância pura e a massa total da amostra. Pode ser expressa em porcentagem. 𝑃 = 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑝𝑢𝑟𝑎 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑎 𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 𝑥100 Ex: Qual é a massa de CaCO3 presente numa amostra de 200 g de calcário cuja pureza é 80 %? Resposta: 80 = 𝑋 .100 200 → x = 160 g de CaCO3 5 Rendimento É o quociente entre a quantidade de produto realmente obtida e a quantidade teoricamente calculada. Pode ser expresso em porcentagem. 𝑅 = 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑞𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 𝑥 100 Ex: Qual é a massa de CaCO3 obtida na reação de 2 mol de CaO com 2 mol de CO2 se o rendimento for 60%? Resposta: mol do CaCO3 = 100g CaO + CaO2 → CaCO3 mCaCO 3 = 200g 1 mol : 1 mol 1 mol 2 mol : 2 mol 2 mol CaCO3 (g) Rendimento 200 100 X 60 X = 120 g de CaCO3 TITULOMETRIA Análise quantitativa É o processo pelo qual se determina experimentalmente a concentração das soluções. O processo que nos interessa é a análise volumétrica, onde se determina a concentração de uma solução que reage com outra de concentração conhecida pela leitura dos volumes das soluções gastas na titulação. Princípio da titulometria Quando as substâncias se combinam sempre o fazem na quantidade em equivalentes-gramas. Lembrando que normalmente é dada por: Numa reação entre as substâncias A e B, pode-se afirmar que: ne A = ne B E, a partir daí, tiramos a equação fundamental da titulometria: “As soluções reagem entre si, sendo seus volumes inversamente proporcionais às suas normalidades”. NA VA = NB VB 6 Esquema de uma titulação Solução Conhecida como: NB NA VA = NB VB Lido na bureta VB NA = N B VB VA Solução Problema VA Contida no Erlenmeyer NA CÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA Processo usual a) Procurar a massa que deve ser usada, tendo conhecimento do volume que se quer fazer e da concentração da solução; b) Através da densidade, calcular o volume do ácido a 100%; c) Por uma regra de três simples inversa, calcular o volume na concentração real do ácido industrializado. FÓRMULAS DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES Concentração comum 𝐶 = 𝑚1 𝑉 m1 = massa do solute (g) V = Volume da solução (litros) Molaridade ou concentração molar m1 = massa do soluto (gramas) M1 = massa molecular do soluto V = Volume da solução (litros) 7 Título em massa m1 = massa do soluto (gramas) m2 = massa do solvente (gramas) m = massa da solução (gramas) Fração molar x1 = fração molar do soluto x2 = fração molar do solvente n1 = número de moles do soluto n2 = número de moles do solventeMolalidade 𝑊 = 1000𝑚1 𝑚2. 𝑀1 m1 = massa do soluto (gramas) m2 = massa do solvente (quilogramas) M1 = massa molecular do soluto Normalidade 𝑁 = 𝑚1 𝐸𝑞(𝑔). 𝑉 m1 = massa do soluto (gramas) 𝐸𝑞(𝑔) = equivalente-grama do soluto V = Volume da solução (litros) Fórmula geral C = ɱ • M1 = N • E1 = 1000 d • t Diluição das soluções VC = V’C’ Vɱ = ɱV’_ ’ VN = V’N’ Mistura de soluções que não reagem entre si 8 IMPRECISÃO DE MEDIDAS Postulado de Gauss Para uma série de medidas (α1, α2,…, αn) de mesma confiança (operador, método e instrumentação equivalentes) o valor mais provável ( ) da grandeza medida é dado pela média aritmética dos valores experimentais obtidos. Assim: Desvio absoluto para cada medida Define-se desvio absoluto (di), para uma medida de ordem (i), como sendo a diferença entre o valor experimental di e o valor mais provável . Desvio relativo para cada medida Define-se desvio relativo (dri), para uma medida de ordem (i), como sendo a quociente entre o valor experimental (di) e o valor mais provável . Desvio médio absoluto para um conjunto de n medidas Define-se desvio médio absoluto (dm), para um conjunto de n medidas, como sendo a média aritmética dos módulos dos desvios absolutos dessas n medidas. Desvio médio relativo para um conjunto de n medidas Define-se desvio médio relativo (dmr), para um conjunto de n medidas, como sendo o quociente entre o desvio médio absoluto e o valor provável da grandeza Apresentação de um resultado Admitamos que na medida de uma grandeza física α, foram feitas n medidas α1, α2, …, αn; obtendo-se um valor mais provável ( ) um desvio médio absoluto (dm) e um desvio médio relativo (dmr). O verdadeiro valor de α não é possível de se determinar, porém podemos concluir que o seu valor, com alto grau de confiança, está compreendido no intervalo É usual a notação: Ex: α = (3,70 ± 0,03)g Classificação dos erros Classificação dos erros São erros oriundos de causas constantes e que afetam as medidas de um modo uniforme. Ex: medidas de um comprimento feitas com trena de aço que encolheu. Erros acidentais ou fortuitos São erros que resultam de causas indeterminadas e afetam de modo imprevisível as medidas. Ex: variações de pressão, temperatura, tremores de terra, etc. Os erros acidentais são os únicos que não podem ser totalmente eliminados, mas tão somente atenuados. 9 Índices de precisão e exatidão O desvio médio relativo é um número puro e é um índice da precisão da medida: quanto menor o desvio médio relativo maior é a precisão do resultado da medida. Teremos uma boa precisão, quando as medidas estiverem relativamente próximas. Teremos boa exatidão, quando o valor medido estiver próximo do valor real. A precisão da medida está ligada apenas aos erros acidentais (fortuitos), de modo que um aumento no número (n) de medidas aumenta a precisão do resultado, pois atenua a influência dos erros acidentais. Uma medida se diz tanto mais exata quanto menor for o “vício” da medida, isto é, a diferença entre o valor mais provável encontrado é verdadeiro valor da grandeza medida, suposto conhecida teoricamente. A exatidão do resultado de uma medida, além de depender dos erros acidentais, depende, sobretudo, dos erros sistemáticos assim, a precisão está ligada ao desvio médio relativo e a exatidão está ligada ao vício da medida. Assim, o aumento do número n de medidas atenua os erros acidentais, porém, não altera os erros sistemáticos, não conseguindo melhor significativamente a exatidão. Se não existirem erros sistemáticos, os conceitos de precisão e exatidão serão os mesmos. Propagação dos desvios Dadas às medidas de duas grandezas físicas: a = ( a ± dma) e b = ( b ± dmb) se efetuarmos operações com a e b, os desvios cometidos vão se acumulando. Adição ou subtração Se fizermos a adição de (a + b) ou a diferença de (a – b) ou (b – a), os desvios médios absolutos se somam. Exemplo: A diferença _t entre as temperaturas (27,5 ± 0,2) ºC e (13,2 ± 0,2) ºC pode ser escrita assim:Δt = (14,3 ± 0,4) ºC. Explicação: Vejamos os valores que darão a maior e a menor diferença Δt. Portanto, esses números estão de acordo com o resultado apontado acima: Produto ou quociente Se fizermos a multiplicação (ab) ou a divisão ( 𝑎 𝑏 ) ou ( 𝑏 𝑎 ), os desvios médios absolutos se somam. Algarismos significativos Algarismos significativos são todos aqueles onde há certeza e mais um onde há imprecisão. Ex: 2,86 ± 0,01. Os algarismos 2 e 8 são certos e o algarismo 6 é duvidoso. Os algarismos significativos são o 2, 8 e 6. Certo duvidoso 1,8 2 algarismo significativo Certo duvidoso 18,0 3 algarismo significativo O zero é algarismo significativo, exceto quando à esquerda do primeiro algarismo diferente de zero. Neste caso, o zero tem apenas a função de localizar a casa decimal. 0,08 1 algarismo significativo 0,080 2 algarismos significativos 0,802 3 algarismos significativos 10 PREPARO DE SOLUÇÕES POR % Preparo de KOH 30% (250 mL ou 0,25 L) 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 𝑇 = 30 100 → 𝑇 = 0,3 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 0,3 = 𝑚1 250 → 𝑚 = 75 𝑔 Preparo de NaOH 30% (250 m ou 0,25 ) 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 𝑇 = 30 100 → 𝑇 = 0,3 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 0,3 = 𝑚1 250 → 𝑚 = 75 𝑔 Preparo de KOH 85% (50 m ou 0,05 ) 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 𝑇 = 85 100 → 𝑇 = 0,85 𝑇 = 𝑚1 𝑚 → 0,85 = 𝑚1 50 → 𝑚 = 42,5 𝑔 PREPARO DE SOLUÇÕES Preparo de NH4OH (100 mL ou 0,1L) NH4OH → N = 14 O = 16 H = 1 . 5 = 5 → 35g 𝐸 = 35 1 → E = 35 g N = m Eq . V → 1 = m 35 . 0,1 → m = 3,5 g 𝑑 = 0,91 𝑔 𝑚𝐿 𝑁𝐻4𝑂𝐻 ⁄ 𝑑 = 𝑚 𝑉 → 0,91 = 3,5 𝑉 → 𝑉 = 3,8 𝑚𝐿 100% 𝑚𝐿 % 3,8 𝑚𝐿 → 100% 𝑥 → 25 3,8 𝑥 = 25 100 → 𝑥 = 100 .3,8 25 → 𝑥 = 15,2 𝑚𝐿 Preparo do azul de metileno Coloca-se 30 m_ de álcool etílico num Becker e acrescenta azul de metileno até saturar o azul de metileno. Pesa-se 0,01 g de NaOH e dissolve em 100 mL de H2O, misturando as duas soluções e em seguida filtra-se por filtragem lenta. Preparo de água de cloro 11 Preparo de Na2S 0,5 M (100 mL ou 0,1 L) Preparo de AgNO3 0,1 M (250 mL ou 0,25 L) Preparo de HNO3 5 M (250 mL ou 0,25 L) Preparo de K2Cr2O7 0,1 M (250 mL ou 0,25 L) Preparo de HCl 0,25 M (2.500 mL ou 2,5 L) Preparo de NaOH 0,1 N (100 mL ou 0,1 L) 12 Preparo de BaCl2 2 M (250 mL ou 0,25 L) Preparo de Na2SO4 0,1 N (100 mL ou 0,1L ) Preparo de Na2CO3 0,1 M (250 mL ou 0,25 L) Preparo de KNO3 0,1 M (100 mL ou 0,1 L) Preparo de KOH 0,1 N (250 mL ou 0,25 L ) Preparo de HCl 1 M (1.000 mL ou 1 L ) 13 Preparo de NaOH 1 M (1.500 mL ou 1,5 L ) Preparo de NaNO3 2 M (100 mL ou 0,1 L) Preparo de FeSO4 0,5 M (50 mL ou 0,05 L ) Preparo de CuSO4 1 M (1.500 mL ou 1,5 L ) Preparo de H3CCOOH (250 mL ou 0,25 L ) 14 Preparo de Ca(OH)2 – água de cal – 0,05 M (250 mL_ ou 0,25 L) Preparo de biftalato de potássio C6H4(COOH)(COOK) (25 mL ou 0,025 L) Preparo de H3CCOOH 0,04 N (200 mL ou 0,2 L) 15 Preparo de HCl 0,1 M (100 mL ou 0,1 L) Diluição de H2SO4 (236 mL ou 0,236 L) Preparo de H2C2O4 0,5 N (200 mL ou 0,2 L) Preparo do reagente de Schift Dilui-secom H2O e completa-se a 100 m_ e decanta-se durante 5 (cinco) horas. Preparo do reagente de Fehling A 7 g de CuSO4 • 5 H2O → 100 mL de H2O Preparo do reagente de Fehling B 34,6 g de C4H4O6NaK • 4 H2O 10 g de NaOH e completa-se a 100 ml Preparo do reagente de Tollens 4,25 g de AgNO3 em 2,5 m de H2O Acrescenta NH4 OH concentrado gota à gota, agitando até dissolver o precipitado inicialmente (guardar em frasco escuro). 16 Preparo do H2CO2 1 M (100 mL ou 0,1 L) Preparo do Na2SnO2 0,5 M 5 g de SnCl2 em 5 m de HCl concentrado 40 m de H2O (mesmo volume de NaOH a 15%) SnCl2 + 2 HCl SnCl4 + H2 SnCl4 + 2 NaOH Na2SnO2 + 2 Cl2 + H2 Preparo do Bi(NO3)3 Dissolvem-se 0,2321g de Bi(NO3)3 em 50 mL de HNO3 (1 : 1) e dilui-se com H2O até 100 mL. Preparo de biftalato de potássio 0,6 g e 0,7 g (25 mL ou 0,025 L) Preparo de Na2B4O7 • 10 H2O 0,2 N (200 mL ou 0,2 L) Na = 23 • 2 = 46 B = 11 • 4 = 44 O = 16 • 7 = 112 H2O = 18 •10 = 180 → 382g Na2+1S2+2O3-2 + I20 → Na+1I-1 + Na2+1S4+2,5O6 -2 +2 → 2,5 2,5 – 2 = 0,5 x 2 =1 ɱ = m1 MM. V → 0,2 = m 382 . 0,2 → m = 15,2 g Preparo da solução de amido Amassa-se 1 g de amido solúvel com pequena quantidade de água, despeja-se em 105 m de água em fervura e deixa-se ferver durante 5 (cinco) minutos. 17 Preparo de água sulfídrica H2S Joga-se HCl (1:1) em sulfeto de ferro e satura-se com H2O H2O FeS2 + 2 HCl FeCl2 + H2S FeS + HCl (1:1) Preparo da solução sulfocrômica para uso em lavagem Dissolvem-se 20 g de dicromato de potássio e 17 ml de H2SO4 concentrado em água e completa-se a 1000 ml.
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