Qui. Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha)

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1 Semana 10 Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.

2 CRONOGRAMA 03/04 Relações numéricas: u.m.a, massa atômica, número de massa, etc 15:00 Relações numéricas: volume molar nas CNPT e fora das CNPT 19:15 04/04 Relações numéricas: exercícios específicos 13:30 10/04 Leis ponderais; Fórmulas (mínimas, centesimal, molecular) Estequiometria simples 15:00 19:15 11/04 Estequiometria simples: exercícios 13:30

3 17/04 Casos particulares de estequiometria: graus de pureza e rendimento Exercícios de grau de pureza e rendimento 15:00 19:15 18/04 Casos particulares de estequiometria: reagente limitante e em excesso 13:30 24/04 Todos os casos particulares de estequiometria Definições de misturas 15:00 19:15 25/04 Classificação das soluções quanto ao coeficiente e curvas de solubilidade 13:30

4 Casos parti- 17 abr culares de estequiometria Grau de pureza e rendimento 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito

5 RESUMO Grau de Pureza Quando dizemos que uma amostra está 90% pura, estamos significando que 90% da quantidade usada em determinado processo é de fato aquela amostra e o resto é impureza (uma outra substância intrusa ). Assim, 100g de CaCO3 com 90% de pureza contem 90g de CaCO3 e 10g de outros compostos. Para fins práticos, quando uma amostra dessa é usada em uma reação, usaremos 90g e não 100g em nossos cálculos. Exemplo: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Logo: R = quantidade obtida/ quantidade esperada Vamos entender melhor usando a seguinte reação: SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq) 80g (1SO3) produziria 98g de H2SO4 (1H2SO4) caso nada fosse adicionado à questão, ou seja, quando é subentendido que o rendimento da reação foi de 100%. Porém, quando o rendimento é menor do que 100%, devemos considerar ele ao final. Suponhamos que o rendimento seja 80%, então. Nesse caso, ao adicionarmos 80g de SO3 não obteríamos 98g (que seria 100% de rendimento), porém, apenas 80% dessa quantidade. 50g de CaCO3 50% puro sofreu decomposição, liberando certa massa de gás carbônico. Calcule e indique a massa referida no texto. 50% de 50g = 25g (massa real de CaCO3, o resto é impureza) 100g de CaCO g de CO2 (referente a um mol de CO2) 25g de CaCO xg de CO2 Logo, 80% ou 0,8 x 98 = 78,4g (essa é a quantidade produzida realmente no sistema, diferente do valor esperado teórico) Repare que, usando a equação acima, a quantidade esperada é 98g, a quantidade obtida é 78,4g e o rendimento é 0,8 (80%). Obs. O rendimento não acontece apenas para massa, mas também para volume ou número de entidades químicas. 114 x = 44 x 25 / 100 = 11g Obs. Se usássemos os 50g de CaCO3, teríamos cometido um erro de cálculo, porque dentro desses 50g, 25g são impurezas e 25, CaCO3. Obs2. Observe que consideramos os cálculos de pureza antes de calcular a massa de CO2. Rendimento O conceito de rendimento também envolve uma porcentagem, porém, devemos considerar o rendimento após a realização de todos os cálculos. O rendimento indica a relação entre a quantidade obtida e a quantidade esperada. A esperada se refere aos cálculos teóricos, a partir da equação, e a obtida, à quantidade proveniente do experimento prático. Nesses casos, R = Vobtido/Vesperado ou R = número de entidades químicas obtidas (átomo, molécula ou íon)/ número de entidades químicas esperadas como produto. Parece complicado, mas é apenas uma relação entre o que foi experimentalmente observado e o que era esperado nos cálculos estequiométricos. É muito importante na indústria, muito conhecido como balanço de massa. Exemplos de exercícios e dicas Lembretes para resolução das questões O rendimento deve ser considerado ao final dos cálculos, estes feitos considerando-se um rendimento de 100% do produto.

6 O rendimento, R, é definido como a relação entre a quantidade de produto adquirida em uma determinada reação e a quantidade calculada pela equação química (que seria a quantidade esperada ). Pensemos pela reação abaixo, de decomposição da amônia, para otimizarmos nossas concepções: 2NH3(g) N2(g) + 3H2(g) Se soubéssemos que 2mol de NH3 reagiram, esperaríamos 1mol de N2 e 3mol de H2 como produto, correto? A equação nos diz isso. Estes dois valores seriam considerados 100% de rendimento da reação. Se convertêssemos esses valores para massa (usando a massa molar como fator de conversão) ou número de moléculas (usando o número de Avogadro como fator de conversão) de N2 ou H2, teríamos a quantidade esperada nessas duas unidades. Se tivéssemos, suponha, 50% de rendimento, entendemos que metade do esperado, de fato, foram produzidos. Ou seja, de 1mol esperado de N2, obtemos apenas 0,5mol (pode ter acontecido algum problema na reação ou apenas esse é o rendimento natural dela). E o H2? Obteríamos, considerando 50% de rendimento, apenas 1,5mol (dos 3 esperados pela estequiometria da reação). R = Quantidade Obtida / Quantidade Esperada Onde a quantidade pode estar em diversas unidades, como: massa, mol, volume ou número de entidades químicas (átomos, moléculas, íons). Exemplo: 80% O que significa esse valor de rendimento? Que 80% do esperado, pelos cálculos, na reação, foi obtido. Para finalizar esse trecho do resumo, uma analogia. Lembre-se que estequiometria é sinônimo de proporção entre reagentes e produtos, assim como a proporção ( estequiometria ) dos ingredientes em uma receita de bolo. Nesse contexto, poderíamos comparar a equação química à receita, sem ela não teríamos as informações de quantidade para fazer o bolo. Pureza A pureza também tem uma ideia associada a porcentagem. É a quantidade que temos de substância dentro da amostra. Por exemplo, se temos uma amostra de 200g de carbonato de cálcio (CaCO3) com 10% de pureza (ou 90% de impurezas), apenas 20g da amostra é, de fato, CaCO3. O resto é impureza. Assim, se colocássemos esses 200g de amostra em um forno para decompor, apenas 20g participariam da reação, de fato. CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) Assim, como 100g (equivalente a um mol do sal) produz 44g de gás carbônico (1 mol de CO2), 20g produziriam 1/5 (ou 20%) dessa massa, que é 8,8g. Porém, se considerássemos a massa total da amostra, de 200g, fatalmente, incorreríamos em erro. 115 EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. Hematita é um minério de ferro constituído de Fe2O3 e impurezas. Ao se misturar 4,0g de uma amostra deste minério com ácido clorídrico concentrado, obtêm-se 6,5g de cloreto de ferro III. A porcentagem em massa de Fe2O3 no minério é igual a a) 80 %. b) 65 %. c) 70 %. d) 75 %. e) 85 %.

7 2. Qual a massa de gás carbônico obtida na decomposição térmica do CaCO3, sabendo-se que 90,9 g desse composto sofreram reação com um rendimento de 80%? (Dadas as massas molares: CaCO3 = 100 g/mol, CO2 = 44 g/mol) CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 3. ARAÚJO, R.V.V.; TINDADE, R.B.E.; SOARES, P.S.M. Reciclagem de chumbo de bateria automotiva: estudo de caso. Disponível em: Acesso em: 17 abr (adaptado). A composição média de uma bateria automotiva esgotada é de aproximadamente 32% Pb, 3% PbO, 17% PbO2 e 36% PbSO4. A média de massa da pasta residual de uma bateria usada é de 6kg, onde 19% é PbO2, 60% PbSO4 e 21% Pb. Entre todos os compostos de chumbo presentes na pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo (II), pois nos processos pirometalúrgicos, em que os compostos de chumbo (placas das baterias) são fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de enxofre, gás muito poluente. Para reduzir o problema das emissões de SO2(g), a indústria pode utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o processo hidrometalúrgico, para a dessulfuração antes da fusão do composto de chumbo. Nesse caso, a redução de sulfato presente no PbSO4 é feita via lixiviação com solução de carbonato de sódio (Na2CO3) a 45 C, em que se obtém o carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%. Após esse processo, o material segue para a fundição para obter o chumbo metálico. PbSO4 + Na2CO3 PbCO3 + Na2SO4 (Dados: massas molares em g/mol Pb = 207; S = 32; Na = 23; O = 16; C = 12) Segundo as condições do processo apresentado para a obtenção de carbonato de chumbo (II) por meio da lixiviação por carbonato de sódio e considerando uma massa de pasta residual de uma bateria de 6kg, qual quantidade aproximada, em quilogramas, de PbCO3 é obtida? 116 a) 1,7 kg. b) 1,9 kg. c) 2,9 kg. d) 3,3 kg. e) 3,6 kg 4. Nas estações de tratamento de água, eliminam-se as impurezas sólidas em suspensão através do arraste por flóculos de hidróxido de alumínio, produzidos na reação representada por: Al2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 Para tratar 1,0 106m3 de água foram adicionadas 17 toneladas de Al2(SO4)3. Qual a massa de Ca(OH)2 necessária para reagir completamente com esse sal? (Dadas as massas molares: Al2(SO4)3 = 342 g/mol; Ca(OH)2 = 74 g/mol)

8 5. O gás hilariante, N2O(g), pode ser obtido pela decomposição térmica do nitrato de amônio, NH4NO3(s), conforme mostra a reação a seguir: NH4NO3(s) N2O(g) + 2H2O(l) Se de 4,0 g do NH4NO3(s) obtivemos 2,0 g de gás hilariante, podemos prever que a pureza do sal é de ordem: a) 100% b) 90% c) 75% d) 50% e) 20% EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. O elemento boro pode ser preparado pela redução do B2O3, segundo a equação abaixo. B2O3 + 3Mg 2B + 3 MgO Partindo-se de 262,5g do óxido de boro em excesso de magnésio, obteve-se 33g de B, o que significa que o rendimento percentual (%) da reação foi mais próximo de: a) 30 b) 35 c) 40 d) 45 e) O bicarbonato de sódio é convertido a carbonato de sódio após calcinação, de acordo com a reação não balanceada a seguir NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O A calcinação de uma amostra de bicarbonato de sódio de massa 0,49 g, que contém impurezas, produz um resíduo de massa 0,32 g. Se as impurezas da amostra não são voláteis à temperatura de calcinação, pede-se: a) os valores que tornam a equação balanceada; b) por meio de cálculos, o percentual de bicarbonato na amostra original.

9 3. O clorato de potássio, KClO3, é uma substância bastante utilizada nos laboratórios didáticos para obtenção de gás oxigênio, a partir da sua decomposição térmica, gerando ainda como resíduo sólido o cloreto de potássio. Uma amostra de 12,26g de uma mistura de sais de clorato e cloreto de potássio foi aquecida obtendo-se 9,86 g de resíduo sólido (KCl). Considerando-se que todo o clorato de potássio contido na mostra de mistura de sais foi decomposto, então a porcentagem em massa de KClO3 na amostra era inicialmente igual a: a) 20%. b) 40%. c) 50%. d) 60%. e) 80%. 4. Na investigação forense, utiliza-se luminol, uma substância que reage com o ferro presente na hemoglobina do sangue, produzindo luz que permite visualizar locais contaminados com pequenas quantidades de sangue, mesmo superfícies lavadas. É proposto que, na reação do luminol (I) em meio alcalino, na presença de peróxido de hidrogênio (II) e de um metal de transição (Mn+), forma-se o composto 3-aminoftalato (III) que sofre uma relaxação dando origem ao produto final da reação (IV), com liberação de energia (h v ) e de gás nitrogênio (N2). (Adaptado. Química Nova, 25, nº 6, pp ) Dados: massas molares (g/mol): Luminol = aminoftalato = Na análise de uma amostra biológica para análise forense, utilizou-se 54g de luminol e peróxido de hidrogênio em excesso, obtendo-se um rendimento final de 70 %. Sendo assim, a quantidade do produto final (IV) formada na reação foi de a) 123,9. b) 114,8. c) 86,0. d) 35,0.

10 QUESTÃO CONTEXTO! Abaixo estão representadas as etapas de produção do alumínio a partir da bauxita. O alumínio extraído por esse processo é muito consumido via latas de refrigerante, utensílios domésticos ou embalagens de remédios. Imagine que cada mol de Al2O3 (alumina) produz, em média, cerca de 20g de Al, pela seguinte reação: 2Al2O3 + 3C 4Al + 3CO2 Pede-se para indicar o rendimento dessa reação considerando que a alumina está 100% pura. 119

11 GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. a 2. 32g 3. c 4. 11t 5. b 03. Questão contexto 37% (20g de 54g esperado) 02. Exercícios para casa! 1. c 2. a)2nahco3 1Na2CO3 + 1CO2 + 1H2O b) Cálculo da perda de massa devido ao CO2 e a H2O produzidos pela calcinação. 0,49g 0,32g = 0,17g 2NaHCO3 CO2 + H2O 2(84,00 g) ,00 g + 18,00 g X ,17 g X = 0,46 g de bicarbonato % da amostra ,49 g y ,46 g y = 94,00 % 3. c 4. d 2) c 3) d 4) c 5) d 7) a 8) c

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