Atividade complementar. Substâncias e transformações químicas, entendendo os aspectos quantitativos

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1 Atividade complementar Substâncias e transformações químicas, entendendo os aspectos quantitativos Esta atividade tem como objetivo complementar e aprofundar os estudos sobre as transformações químicas, mais especificamente, com abordagem aos aspectos quantitativos. Para entender o que ocorre com as substâncias em uma transformação química é imprescindível ter clareza do conceito de substância, assim como, saber representá-la corretamente utilizando-se da linguagem química. Procure resolver todos os exercícios. Entenda o significado das equações químicas e faça o balanceamento destas. O balanceamento é necessário, pois indica a proporção em que os reagentes se misturam para formar os produtos. Realize os cálculos atenciosamente e procure dar significado a esses números, ou seja, esses números devem representar as quantidades em massa consumidas ou formadas em uma reação química. Assuntos: Substâncias químicas e suas transformações. Representações químicas: elementos químicos, substâncias e reações químicas. Estudo quantitativo das reações químicas: balanceamento das equações químicas, conservação da massa e proporção das substâncias que reagem. Habilidades: H12, H13, H14, H15. Representações químicas Símbolos químicos: utilizados para representar os elementos químicos 1 Utilizar letras do alfabeto romano. Para os elementos de símbolo: com uma letra utilizar letra maiúscula H = hidrogênio C = carbono O = oxigênio S = enxofre K = potássio P = fósforo com duas letras utilizar a primeira maiúscula e a segunda minúscula Li = lítio Ca = cálcio Cs = césio Mg = magnésio Na = sódio Cl = cloro 1 Conjunto de átomos de mesmo número atômico

2 ATENÇÃO: Utilizar letras de forma (maiúsculas e minúsculas) Na Na Cl Cl Mg Mg (não utilizar letras cursivas) Maiúscula escrita pequena, não é letra minúscula MG Mg BA Ba SI Si Fórmulas químicas: representam as substâncias puras. Indicam quantos átomos de cada tipo formam a substância. Exemplos: H 2O (água): a fórmula indica que a substância água é formada por dois átomos de hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio. O 2 (gás oxigênio): a fórmula indica que a substância oxigênio é formada por dois átomos de oxigênio. H 2SO 4 (ácido sulfúrico): a fórmula indica que a substância ácido sulfúrico é formada por dois átomos de hidrogênio, um átomo de enxofre e quatro átomos de oxigênio. ATENÇÃO: Co Elemento químico cobalto CO Substância química monóxido de carbono (formada por um átomo de carbono e um átomo de oxigênio) Equação química: é a representação de uma reação química por meio de fórmulas dos compostos. 2 C + O 2 2 CO

3 Exercícios 1) No sistemas I, II e III as substâncias estão representadas por esferas. Cada tipo de esfera representa um átomo diferente. Compare as situações inicial e final dos sistemas e descreva se ocorreu uma transformação física ou química em cada um dos casos. 2) Analise as fórmulas das substâncias e indique a proporção dos átomos que constituem a substância (procure utilizar o nome dos elementos): a) NaCl b) C 6H 12O 6 c) CaSO 4 d) Ni(NO 3) 2 e) MgCl 2 f) Na 2CO 3 g) (NH 4) 2CO 3 3) Escreva a equação química balanceada a partir da descrição das reações: a) Trióxido de enxofre e hidróxido de sódio (NaOH) reagem, formando sulfato de sódio (Na 2SO 4) e água. b) Hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2) reage com ácido fosfórico (H 3PO 4) e formam fosfato de cálcio (Ca 3(PO 4) 2) e água. c) O ferro metálico reage com uma solução de ácido clorídrico (HCl (aq)), formando cloreto de ferro (FeCl 2) e hidrogênio gasoso. d) Nitrato de cálcio (Ca(NO 3) 2) e hidróxido de alumínio (Al(OH) 3) são produtos da reação entre hidróxido de cálcio (Ca(OH) 2) e nitrato de alumínio (Al(NO 3) 3). e) A combustão da hidrazina (N 2H 4) forma nitrogênio gasoso e vapor d água. OBS: Toda reação de combustão, ocorre na presença de oxigênio gasoso. 4) Faça o balanceamento das equações químicas: a) KClO 4 KCl + O 2 b) Fe + H 2SO 4 Fe 2(SO 4) 3 + H 2 c) C 12H 22O 11 C + H 2O d) C 2H 4 + O 2 CO 2 + H 2O e) C 2H 6O + O 2 CO 2 + H 2O f) NaHCO 3 Na 2CO 3 + CO 2 + H 2O

4 5) No método Haber, a amônia (NH 3) é produzida no processo: N 2 + H 2 NH 3 Responda: a) Faça o balanceamento da equação química. b) Para triplicar a produção de amônia, quantas moléculas de N 2 e de H 2 devem reagir? c) Sabendo que nessa reação reagem 28 g de N 2 com 6 g de H 2, qual é a massa de NH 3 formada? d) Para a produção do dobro de amônia, quais são as massas de H 2 e de N 2 necessárias? 6) Na produção de cal virgem (CaO) a partir de calcário (CaCO 3), por decomposição térmica, ocorre o processo: CaCO3 CaO + CO2 Responda: a) Verifique se há necessidade de realizar o balanceamento da equação. b) Sabendo que na reação 100 g de calcário se decompõem em 44 de dióxido de carbono, qual é a massa de cal virgem que se forma? c) Para aumentar a massa de cal virgem em 5 vezes, qual é a massa de calcário necessária? d) Quais são os coeficientes estequiométricos dos participantes da reação para a situação acima? e) Em uma determinada reação foram formados 660 g de CO 2, qual é a massa de calcário decomposta nessa reação? 7) Admitindo-se que o Brasil produza ácido sulfúrico (H 2SO 4) pelo processo: S + O 2 + H 2O H 2SO 4 Faça o balanceamento da equação e responda: a) Quantas moléculas de água são necessárias para reagir com 10 moléculas de S? b) Quantas moléculas de H 2SO 4 são formadas a partir de 300 moléculas de água? c) Quantas moléculas de O 2 são necessárias para formar 600 moléculas de H 2SO 4? d) Quantas moléculas de enxofre reagem com 120 moléculas de O 2? 8) Segundo a equação não balanceada de queima do etanol: C 2H 6O + O 2 CO 2 + H 2O, responda: a) Determine os coeficientes estequiométricos da equação. b) Para formar 15 moléculas de água, quais são coeficientes para todos os outros participantes da transformação?

5 c) Sabendo quais são as massas dos reagentes e produtos envolvidos na reação, complete a tabela com a massa dos participantes: Reação C 2H 6O 46 g O 2 96 g CO 2 88 g A 138 g 264 g B C D 4320 g 220 g H 2O 54 g 1080 g

6 Gabarito comentado 1) Seguem as descrições: I. Comparando o estado inicial e final, é possível observar que não houve alteração das substâncias, estas apenas se dispersaram. Não houve transformação química. II. Em II, pode-se observar que as substâncias (representadas pela combinação de esferas) do estado inicial e final são diferentes. Assim, ocorreu uma transformação química. III. Em III, comparando o estado inicial e final, observa-se que ocorreu uma mistura, as esferas pretas pequenas se misturaram às esferas pretas grandes. Não ocorreu transformação química. 2) Pode-se indicar a proporção dos átomos que constituem uma substância de diversas formas. Para o caso do NaCl, veja as possibilidades: a) Um átomo de sódio e um átomo de cloro. 1 átomo sódio: 1 átomo de cloro 1 Na: 1 Cl b) 6 átomos de carbono: 12 átomos de hidrogênio:6 átomos de oxigênio. c) 1 átomo de cálcio, 1 átomo de enxofre e 4 átomos de oxigênio. d) 1 átomo de níquel: 2 átomos de nitrogênio:6 átomos de oxigênio. e) Um átomo de magnésio e dois átomos de cloro. f) 2 Na : 1 C : 3 O g) 2 N : 8 H : 1 C : 3 C 3) a) SO NaOH Na 2SO 4 + H 2O b) 3 Ca(OH) H 3PO 4 Ca 3(PO 4) H 2O c) Fe + 2 HCl (aq) FeCl 2 + H 2(g) d) 3 Ca(OH) Al(NO 3) 3 3 Ca(NO 3) Al(OH) 3 e) N 2H 4 + O 2 N 2(g) + 2 H 2O (v) 4) a) KClO 4 KCl + 2 O 2 b) 2 Fe + 3 H 2SO 4 Fe 2(SO 4) H 2 c) C 12H 22O C + 11 H 2O d) C 2H O 2 CO H 2O e) C 2H 6O + 3 O 2 2 CO H 2O f) 2 NaHCO 3 Na 2CO 3 + CO 2 + H 2O 5) Ao resolver questões que envolvem o estudo quantitativo das reações química, primeiramente, deve-se verificar se a equação química está balanceada, mesmo que não seja solicitado. a) N H 2 2 NH 3

7 b) A partir da equação balanceada, sabe-se que a proporção entre os participantes da reação é 1N 2 : 3 H 2 : 2 NH 3, assim sendo, se deseja triplicar a quantidade de amônia produzida, todos devem aumentar na mesma proporção. Portanto, são necessárias 3 moléculas de N 2 e 9 moléculas de H 2. c) Sabendo que em uma transformação química a massa se conserva, a massa de amônia formada é a soma das massas de N 2 e H 2 que reagem. m = = 34 A massa de amônia formada é 34 g. d) Para produzir o dobro de amônia (68 g) são necessários o dobro da massa de N 2 e de H 2. Portanto, as massas necessárias são 56 g de N 2 e 12 g de H 2. 6) a) A equação química já está balanceada. A proporção entre os participantes da reação é de 1 CaCO 3 : 1 CaO : 1 CO 2. b) Aplicando a lei da Conservação da massa, tem-se: 100 = 44 + m m = m = 56 A massa de cal virgem formada é 56 g. c) Para aumentar em 5 vezes a massa de cal virgem formada é necessária que a massa de reagente aumente na mesma proporção, assim sendo: m (calcário) = 100 x 5 m (calcário) = g é a massa de calcário necessária. d) 5 CaCO 3 5 CaO + 5 CO 2 e) Pode-se calcular a massa de calcário decomposta da seguinte forma:

8 Ou ainda, 660 g são 15 x 44. Assim, a massa de CaCO 3 também deve aumentar 15 x: 15 x 100 = Portanto, a massa de CaCO 3 é 1500 g. 7) a) 2 S + 3 O H 2O 2 H 2SO 4 b) Para 10 moléculas de S são necessárias 10 moléculas de água. Observe, pela equação balanceada, que a proporção entre as de S e de H 2O é de 2:2. c) Verifique a proporção entre H 2O e H 2SO 4 também é de 2:2. Portanto, são formadas 300 moléculas de H 2SO 4. d) 900 moléculas de O 2. e) 80 moléculas de S.

9 8) a) C 2H 6O + 3 O 2 2 CO H 2O b)? C 2H 6O +? O 2? CO H 2O Na equação da reação, verifica-se que a proporção entre os participantes da reação é de: 1 C2H6O : 3 O2 : 2 CO2 : 3 H2O 15 moléculas de H 2O é 5 vezes a quantidade inicial apresentada na equação balanceada, assim os outros participantes devem aumentar na mesma proporção, portanto basta multiplicar todas as quantidades por 5: Portanto, os coeficientes são: 5 C 2H 6O + 15 O 2 10 CO H 2O c) Para determinar as massas, lembre-se que em uma transformação química: a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos e, as massas dos reagentes e as massas dos produtos que participam da reação obedecem sempre a uma proporção constante. Essa proporção é característica de cada reacção, isto é, independente da quantidade de reagentes utilizados. Assim, é possível preencher o quadro tomando como base a primeira linha, onde apresentamse a proporção em massa dos participantes da reação. Perceba que na reação A, 138 g é três vezes 46 g, assim para todos os outros participantes desta reação, a massa deve aumentar três vezes. Na reação B, para a água, 1080 g é 20 vezes maior que 54 g. Assim, para todos os outros participantes a massa deve aumentar 20 vezes. Na reação C, 220 g de CO 2 é 2,5 vezes a 88 g. Portanto, as massas dos outros participantes devem ser multiplicadas por 2,5. Para a reação D, 4320 g de O 2 é 45 vezes 96 g, todos os outros participantes devem ter a massa multiplicada por 45. Observação: É possível determinar a massa também aplicando-se a lei da Conservação das Massas. Por exemplo, para a reação A: 288 g é 3 vezes 96 g. Para calcular a massa de H 2O, pode-se fazer da seguinte maneira:

10 = m m = m = 162g É possível aplicar esse raciocínio para conferência dos cálculos.

Figura 1 Reação química Fonte: SUWIT NGAOKAEW/Shutterstock.com

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