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1 Semana 15 Allan Rodrigues Xandão (Gabriel Pereira) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.

2 23 Casos parti- mai culares de estequiometria Reações consecutivas e limitante e excesso 01. Resumo 02. Exercício de Aula 03. Exercício de Casa 04. Questão Contexto

3 RESUMO Reação com reagente em excesso ou limitante Toda reação química ocorre de acordo com a proporção estequiométrica constante, indica pelos seus coeficientes. Porém, em alguns casos, teremos um dos reagentes sendo totalmente consumidos e outro com excesso(sobra) no final da reação. O reagente totalmente consumido neste tipo de reação é chamado reagente limitante. E o reagente com sobra será chamado reagente em excesso. Exemplo 1: 3H2 + N2 2NH3 Possui proporção estequiométrica de: 3 mols H2 + 1 mol de N2 2 mols de NH3 Proporção: 3 : 1 : 2 Se quiser produzir o triplo de NH3, precisamos manter a proporção: 9 mols H2 + 3 mols de N2 6 mols de NH3 Proporção: 9 : 3 : 6 Se quiser reagir 128g de SO2 com 48g de O2, precisamos manter a proporção: 64g de SO2 reage com 16g de O2 128g (2 x 64) de SO2 reagiria também com o dobro de O2, 32g. Como se pode observar os 128g de SO2 reagem, portanto ele é o reagente limitante. E somente 32g de O2 precisam reagir para consumir toda a massa de SO2 e como temos 48g de O2, 16g do mesmo estão em excesso, ou seja, 16g de O2 não reagem(sobram). Reações consecutivas Para que seja possível relacionar substâncias que dão sequência a reações consecutivas, é preciso que haja uma substância comum entre elas. Sendo assim, será possível determinar coeficientes comum entre essas equações. São reações consecutivas, por exemplo: 1) S8 + O2 SO2 2) SO2 + ½ O2 SO3 3) SO3 + H2O H2SO4 108 No entanto, se estiver reagindo: 6 mols H2 + 4 mols de N2 4 mols de NH3 Proporção dada: 6 : 4 : 4 - A reação possui mais N2 do que o necessário. Proporção correta: 6 : 2 : 4 O N2 está em excesso: 2 mols de excesso O H2 é o reagente limitante, pois é totalmente consumido. Nota-se que o SO2 é comum a equação 1 e 2, e o SO3 é comum a equação 2 e 3. Sendo possível criar uma relação entre as três equações. Sendo assim, para cada 8 mols de S8 pode-se produzir quantos mols de H2SO4? Exemplo 2: Qual o reagente em excesso e qual o reagente limitante quando reagimos 128g de SO2 com 48g de O2. Massa molar: S = 32g/mol, O = 16g/mol. SO2 + ½ O2 SO3 Possui proporção estequiométrica de: 1 mol SO2 + ½ mol de O2 1 mol de SO3 Proporção em mol: 1 : ½ : 1 Proporção em massa: 64g : 16g : 80g Pode-se produzir 8 mols de H2SO4. Exemplo: Qual a massa de CO2 produzida pela queima de 36g de C com excesso de O2. 1) C + ½ O2 CO 2) CO + ½ O2 CO2

4 Pela estequiometria da reação sabemos que: Logo, 12g de C produz 28g de CO, e 28g de CO produz 44g de CO2. 36g (3 x 12g) de C produz 84g(3 x 28g) de CO, e 84g de CO produz 144g(3 x 44g) de CO2. EXERCÍCIOS PARA AULA 1. Grandes fontes de emissão do gás dióxido de enxofre são as indústrias de extração de cobre e níquel, em decorrência da oxidação dos minérios sulfurados. Para evitar a liberação desses óxidos na atmosfera e a consequente formação da chuva ácida, o gás pode ser lavado, em um processo conhecido como dessulfurização, conforme mostrado na equação (1). Por sua vez, o sulfito de cálcio formado pode ser oxidado, com o auxílio do ar atmosférico, para a obtenção do sulfato de cálcio, como mostrado na equação (2). Essa etapa é de grande interesse porque o produto da reação, popularmente conhecido como gesso, é utilizado para fins agrícolas. As massas molares dos elementos carbono, oxigênio, enxofre e cálcio são iguais a 12g/mol, 16g/mol, 32g/mol e 40g/mol respectivamente. BAIRD, C. Química ambiental. Porto Alegre: Bookman (adaptado). 109 Considerando um rendimento de 90% no processo, a massa de gesso obtida, em gramas, por mol de gás retido é mais próxima de a) 64 b) 108 c) 122 d) 136 e) A remoção de impurezas contidas na água turva da piscina de um condomínio deve ser realizada com adição de sulfato de alumínio, seguida pela adição de hidróxido de cálcio. Com isso, forma-se uma substância gelatinosa que se deposita no fundo do tanque, com todas as impurezas. A reação química é descrita pela equação: Para limpar essa piscina, o condomínio utiliza 500g de sulfato de alumínio e 500g de hidróxido de cálcio. Qual o reagente limitante da reação e quanto de hidróxido de alumínio é formado? Dados de massas molares:

5 a) Hidróxido de cálcio; 228g b) Hidróxido de cálcio; 351g c) Sulfato de cálcio; 500g d) Sulfato de alumínio; 228g e) Sulfato de alumínio; 351g 3. As pérolas contêm, majoritariamente, entre diversas outras substâncias, carbonato de cálcio (CaCO3). Para obtenção de uma pérola artificial composta exclusivamente de CaCO3 um analista, inicialmente, misturou 22g de CO2 e 40g de CaO Dadas as massas atômicas: C= 12. O=16 e Ca=40 Nesse sentido, conclui-se que o reagente limitante e a massa em excesso presente nessa reação são, respectivamente, 4. a) CO2 e 22g b) CaO e 10g c) CO2 e 12g d) CaO e 20g e) CO2 e 8g O sulfeto de ferro pode ser usado como matéria prima para produção de ácido sulfúrico como indicado na reação. Numa reação completa e com FeS como reagente limitante, a massa desse sulfeto metálico que mais se aproxima da necessária para produzir 10 mol de H2SO4 é: 110 Dados: Fe = 56; S = 32. a) 350 g b) 720 g c) 880 g d) 1260 g e) 1440 g 5. Para proteger estruturas de aço da corrosão, a indústria utiliza uma técnica chamada galvanização. Um metal bastante utilizado nesse processo é o zinco, que pode ser obtido a partir de um minério denominado esfalerita (ZnS) de pureza 75%. Considere que a conversão do minério em zinco metálico tem rendimento de 80% nesta sequência de equações químicas: Considere as massas molares: ZnS (97g/mol), O2 (32g/mol), ZnO (81g/mol), SO2 (64g/mol), CO (28g/mol), CO2 (44g/mol) e Zn (65g/mol) Que valor mais próximo de massa de zinco metálico, em quilogramas, será produzido a partir de 100 kg de esfalerita?

6 a) 25 b) 33 c) 40 d) 50 e) 54 EXERCÍCIOS PARA CASA 1. Considere uma reação hipotética que ocorre em fase gasosa e envolve os reagentes X e Y e o produto Z. Num experimento, foram misturados, em um recipiente, 5 mol de X com 5 mol de Y. Após 1 minuto, nesse recipiente, havia 4 mol de X, 3 mol de Y e 1 mol de Z, como registrado neste quadro: Suponha que essa reação prossegue até o consumo total do reagente limitante. Considerando-se a quantidade inicial de X e Y, é CORRETO afirmar que a quantidade máxima de Z a ser obtida nessa reação é de a) 2,5 mol. b) 3,5 mol. c) 4 mol. d) 5 mol. e) 6 mol Baseando-se na equação 2 NO2(g) + O3(g) N2O5(g) + O2(g) e nos diagramas a seguir, que representam a mistura reagente e também duas situações alternativas para os produtos de reação [diagramas (I) e (II)], pode-se afirmar que o produto da reação para a mistura reagente acima é corretamente representado por

7 a) II, em que NO2 é o reagente limitante. b) I, em que NO2 é o reagente limitante. c) II, em que O3 é o reagente limitante. d) I, em que O3 é o reagente limitante. e) não temos reagentes limitantes 3. A evolução dos motores dos automóveis tornou incompatível ao uso do carburador, sendo substituído pelos sistemas de injeção eletrônica, que proporcionam melhor desempenho do motor, menor consumo de combustível e redução no índice de emissão de poluentes. A injeção eletrônica é um sistema de alimentação de combustível e gerenciamento eletrônico do motor de um automóvel. Esse sistema permite um controle eficiente da mistura ar-combustível, o mais próximo da proporção ideal. No consumo de 48 g de gasolina (C8H18) com 100 g de oxigênio (O2), pode-se concluir que: Massa molar: C = 12g/mol, O = 16g/mol, H = 1g/mol. C8H /2 O2 8 CO2 + 9 H2O a) há gasolina em excesso. b) há oxigênio em excesso. c) na combustão completa há formação do CO. d) há formação de 5 mols de água. e) há formação de 10 mols de água Metanol é um excelente combustível que pode ser preparado pela reação entre monóxido de carbono e hidrogênio, conforme a equação química CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) Supondo rendimento de 100% para a reação, quando se adicionam 336g de monóxido de carbono a 60g de hidrogênio, devemos afirmar que o reagente em excesso e a massa máxima, em gramas, de metanol formada são, respectivamente, Dados: massas molares g/mol: CO: 28; H2: 2; CH3OH:32 a) CO, 384. b) CO, 396. c) CO, 480. d) H2, 384. e) H2, 480.

8 5. Vários experimentos foram realizados para estudar a reação entre óxido de cálcio e água, produzindo hidróxido de cálcio. A temperatura (Tf) medida ao final de cada reação, está registrada na tabela abaixo: Analisando os dados da tabela e conhecendo a estequiometria da reação, podemos afirmar que Dados: Ca = 40; O = 16. a) os valores de X e Y para que a temperatura final da reação seja a maior possível são 0,6 e 0,4, respectivamente. b) o reagente limitante na reação do experimento 3 é o óxido de cálcio. c) a quantidade de produto formado no experimento 2 é de aproximadamente 15 gramas. d) a relação molar estequiométrica na reação do experimento 2 é 4 :1 e) a reação que ocorre entre o óxido de cálcio e a água é um processo endotérmico A fabricação industrial do ácido sulfúrico envolve três etapas reacionais consecutivas que estão representadas abaixo pelas equações não balanceadas: Etapa I: Etapa II: Etapa III: Considerando as etapas citadas e admitindo que o rendimento de cada etapa da obtenção do ácido sulfúrico por esse método é de 100%, então a massa de enxofre (S8 (s)) necessária para produzir 49 g de ácido sulfúrico (H2SO4(aq)) é: Dados: Massas atômicas: H - 1u, S 32u, O 16u. a) 20,0 b) 18,5 g c) 16,0 g d) 12,8 g e) 32,0 g

9 QUESTÃO CONTEXTO A reação de produção de amônia a partir dos gases oxigênio e nitrogênio é um marco na história mundial, e foi inicialmente apresentada pelo alemães durante a primeira guerra mundial, para a produção de munição. N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Afim de comprovar a funcionalidade da reação de produção da amônia para os alunos do Descomplica, o professor Xandão, com o auxílio de um recipiente isolado, e um equipamento capaz de produzir alta pressão e baixa temperatura, colocou para reagir 56g de gás nitrogênio com 20g de gás hidrogênio, e obteve 68g de amônia. De acordo com a reação do professor Xandão, determine os reagentes em excesso e limitante da reação, indicando a quantidade em massa, do componente em excesso. 114 GABARITO 01. Exercícios para aula 1. c 2. d 3. c 4. c 5. c 03. Questão contexto reagente em excesso = H2 reagente limitante = N2 O gás hidrogênio está com 8g de excesso. 02. Exercícios para casa 1. a 2. b 3. a 4. d 5. c 6. c

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