BCL 0307 Transformações Químicas

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1 BCL 0307 Transformações Químicas Prof. Dr. André Sarto Polo Bloco B S ou L202 andre.polo@ufabc.edu.br Aula 04

2 Vamos complicar um pouquinho... Redução do VO 2+ com Zn em meio ácido

3 Vamos complicar um pouquinho... VO 2+ + Zn VO 2+ + Zn 2+ 1 o Passo: escreva as semi-reações Ox Zn Zn 2+ Red VO 2+ VO 2+ 2 o Passo: faça o balanceamento das semireações por massa Ox Zn Zn 2+ Red 2 H + + VO 2+ VO 2+ + H 2 O Adicione H 2 O no lado deficiente de O e adicione H + do outro lado p/ balancear o H.

4 Vamos complicar um pouquinho... 3 o Passo: faça o balanceamento das semi-reações por carga Ox Zn Zn e- Red e- + 2 H + + VO 2+ VO 2+ + H 2 O 4 o Passo: Multiplique por um fator apropriado Ox Zn Zn e- Red 2e- + 4 H VO 2+ 2 VO H 2 O 5 o Passo: Some as duas semi-reações Zn + 4 H VO 2+ Zn VO H 2 O

5 Vamos complicar um pouquinho... MnO Br - MnO 2 + BrO 3- em meio básico 1 o Passo: escreva as semi-reações Ox Br - BrO 3 - Red MnO 4 - MnO 2 2 o Passo: faça o balanceamento das semi-reações por massa (como no caso de meio ácido) Ox Br - BrO - + 3H 2 O 3 + 6H + Red MnO H + MnO 2 + 2H 2 O

6 Vamos complicar um pouquinho... 3 o Passo: faça o balanceamento das semireações por carga e some-as Ox Br - + 3H 2 O BrO e H + Red 2 MnO H + + 3e 6e- - 2MnO H 2 O Br - +2MnO H + BrO MnO 2 + H 2 O

7 Vamos complicar um pouquinho... 4 o Passo: Lembrar que o meio é básico! Adiciona-se base! Br - +2MnO H + BrO MnO 2 + H 2 O 2OH - + 2OH - 2H 2 O Br - +2 MnO H 2 O BrO MnO 2 + H 2 O + 2OH - 5 o Passo: Simplifique o que for possível! Br - +2MnO 4- + H 2 O BrO MnO OH -

8 Vamos complicar um pouquinho... Exercícios: 1) Cu + NO - 3 Cu 2+ + NO em meio ácido 2) Cr(OH) 3 + ClO - CrO Cl - em meio básico

9 CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO

10 Quantidades padrões MASSA ATÔMICA (ou Molecular) X MASSA MOLAR (M): são numericamente iguais, mas a unidade da massa molar é g/mol. Denotam coisas diferentes MA do 12 C = 12 u (um átomo de carbono) 1 mol de 12 C = 12g (6,02 átomos de carbono) M do C = 12 g/mol 10

11 Quantidades padrões um mol de CO 2 44 gramas (gás) um mol de H 2 O 18 gramas (líquido) um mol de NaCl 58,5 gramas (sólido) 11

12 Cálculo estequiométrico Caso 1: Preparação de 10 g de tartarato de bário O HO O - O - OH O Molecular Formula = C 4 H 4 O 6 Formula Weight = Ácido Tartárico Ba(OH) 2 12

13 Cálculo estequiométrico Caso 1: Preparação de 10 g de tartarato de bário 13

14 Cálculo estequiométrico Caso 2: Preparação de 30 g de sulfato de bário (BaSO 4 ) 14

15 Cálculo estequiométrico Caso 3: Preparação de 5 g de hexafluorfosfato de amônio H N + H H H F P - F F F F F Molecular Formula = H 4 F 6 NP Formula Weight = Hidróxido de amônio 15

16 Cálculo estequiométrico Caso 3: Preparação de 5 g de hexafluorfosfato de amônio H N + H H H F P - F F F F F Molecular Formula = H 4 F 6 NP Formula Weight =

17 Cálculo estequiométrico Medidas: Massa, volume, concentração Reagentes SÓLIDOS Medida de massa diretamente na balança Reagentes LÍQUIDOS Determinar a massa pela Densidade (g.cm -3 ) d = m V Reagentes GASOSOS Para determinar qual é a massa de um determinado volume de gás temos a relação P.V = n R.T 17

18 Concentração de soluções Reagentes SÓLIDOS, LÍQUIDOS e GASOSOS em SOLUÇÃO Determinar a quantidade de matéria (número de mols) contido num determinado volume de solução Concentração em Quantidade de Matéria ou Concentração molar ( [ ] = n/vol) (mol.l -1 ) 120,0 g NaOH Massa molar NaOH = 40 g Solução NaOH 3,0 mol.l -1 [NaOH] = 3,0 mol.l -1 18

19 Concentração de soluções Porcentagem de massa: Ex.: Qual a massa de HCl em um litro de solução 36%? (d = 1,2 g.ml -1 ) E qual a molaridade desta solução? 19

20 Concentração de soluções Partes por milhão (ppm) Exemplo: flutuador da Globo Preto: De 0 a 1,9 mg O2 L -1 (0 a 1,9 ppm) Péssimo Vermelho: De 2,0 a 4,9 mg O2 L -1 (2,0 a 4,9 ppm) )- Ruim; Verde: Acima de 5,0 mg O2 L -1 (5,0 ppm) Boa. 20

21 Qual a importância de conhecer uma reação química, representá-la corretamente e calcular as quantidades das espécies envolvidas? Dado o processo de obtenção de Ferro metálico a partir da Hematita (Fe 2 O 3 ), qual a massa de carvão (C) necessária para a produção de uma tonelada de Fe? Qual a equação química que representa o processo?

22 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 3 O 4 + CO 3FeO + CO 2 (X2) FeO + CO Fe + CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 CO 2 + C 2CO

23 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 2Fe 3 O 4 + 2CO 6FeO + 2CO 2 FeO + CO Fe + CO 2 (X6) Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 CO 2 + C 2CO

24 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 2Fe 3 O 4 + 2CO 6FeO + 2CO 2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 CO 2 + C 2CO (X12)

25 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 2Fe 3 O 4 + 2CO 6FeO + 2CO 2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 12CO C 24CO

26 3Fe 2 O 3 + CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 2Fe 3 O 4 + 2CO 6FeO + 2CO 2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO 2 Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 12CO C 12CO 4Fe 2 O C 8Fe + 12CO

27 Dado o processo de obtenção de Ferro metálico a partir da Hematita (Fe 2 O 3 ), qual a massa de carvão (C) necessária para a produção de uma tonelada de Fe? 4Fe 2 O C 8Fe + 12CO 12 mol C mol Fe massa 12*12 g*mol *56 g*mol -1 X ton (10 6 g) X = 0,32*10 6 g ou X = 0,32 ton

28 Qual a importância de conhecer uma reação química, representá-la corretamente e calcular as quantidades das espécies envolvidas? Por exemplo, no processo de extração e produção de Alumínio, é possível determinar qual a quantidade de Alumínio puro a ser gerado a partir de uma amostra de Bauxita? É possível saber a quantidade de energia elétrica a ser empregada na última etapa? Dá para saber quanto CO 2 é gerado? Al 2 O 3(s) +SiO 2(s) +Fe 2 O 3(s) +4NaOH (aq) +5H 2 O NaAl(OH 4 ) (aq) +NaSi(OH) 6(aq) +Fe 2 O 3(s) NaAl(OH 4 ) (aq) +CO 2(g) NaHCO 3(aq) + Al(OH 3 ) (s) 2Al(OH 3 ) (s) + calor Al 2 O 3(s) + 3H 2 O (g) 2Al 2 O 3(s) + calor 2Al 2 O 3(l) + 3C (s) + 12e - 4Al(l) + 3CO 2(g) 28

29 Desafio estequiométrico Se a partir de 1 tonelada de bauxita foram obtidos 880 Kg de hidróxido de alumínio, quanto alumínio puro poderá ser obtido no processo? Qual a quantidade de óxido de alumínio nesta bauxita? Para produzir 1 tonelada de alumínio, qual a quantidade de CO 2 liberada? Al 2 O 3(s) +SiO 2(s) +Fe 2 O 3(s) +4NaOH (aq) +5H 2 O NaAl(OH 4 ) (aq) +NaSi(OH) 6(aq) +Fe 2 O 3(s) NaAl(OH 4 ) (aq) +CO 2(g) NaHCO 3(aq) + Al(OH 3 ) (s) 2Al(OH 3 ) (s) + calor Al 2 O 3(s) + 3H 2 O (g) 2Al 2 O 3(s) + calor 2Al 2 O 3(l) + 3C (s) + 12e - 4Al(l) + 3CO 2(g) 29

30 Obtenção de metais por processos eletrolíticos Magnésio puro pode ser obtido por eletrólise do MgCl 2 MgCl 2 (l) Mg (l) + Cl 2(g) 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - Mg 2+ (l) + 2 e - Mg (s) 30

31 Qual a diferença entre uma célula galvânica e uma eletrolítica? Em uma célula galvânica, a energia química é convertida em energia elétrica (processo espontâneo) Em uma eletrólise, energia elétrica é empregada para efetuar uma mudança química (processo não espontâneo) 31

32 Como determinar a corrente necessária Mg 2+ (l) + 2 e - Mg (s) 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - MgCl 2 (l) Mg (l) + Cl 2(g) Eo = - 3,72 V UM FARADAY é a quantidade de carga elétrica transportada por um mol de elétrons. (constante de Faraday (F) = 9, J.V -1.mol -1 ou Coulombs) A corrente elétrica (Ampère) que atravessa um circuito é a quantia de carga elétrica (em Coulombs) por unidade de tempo (s) Amperes = Coulombs / tempo Para produzir, 24,3 g de Mg (1,0 mol) em 30 minutos (usando tensão de 220 V), são necessários 2 mols de elétrons 32 1 mol e C 2 mols e C Amperes = C / 1800 s Amperes = 107 A Watt = Amp x Volts Watt = 107 x 220 Watt = 23,5 KW

33 Próxima aula Introdução à termoquímica: Entalpia, Entropia, Energia Livre de Gibbs

34 Avisos Lista de exercícios no site! Monitoria: Leticia Segundas 19-23h sala Giovanna terças sala ou 14-17h sala Bom Carnaval!!!! Se me encontrarem no bloco, meu nome não é professor!