Qui. Allan Rodrigues Xandão (Renan Micha) (Gabriel Pereira)

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1 Semana 13 Allan Rodrigues Xandão (Renan Micha) (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 CRONOGRAMA 02/05 Relações numéricas Leis ponderais 08:00 18:00 11:00 21:00 09/05 Estequiometria simples Exercícios de estequiometria simples 08:00 18:00 11:00 21:00 16/05 Casos particulares de estequiometria: grau de pureza, rendimento e gases fora da CNPT 08:00 18:00 Exercícios sobre casos particulares de estequiometria 11:00 21:00 23/05 Casos particulares de estequiometria: reações consecutivas e limitante e excesso Definições de mistura: suspensão, colóide e soluções 08:00 18:00 09:00 19:00 30/05 Solubiidade Unidades de concentração 08:00 18:00 09:00 19:00

3 Estequiometria simples 09 mai 01. Resumo 02. Exercício de Aula 03. Exercício de Casa 04. Questão Contexto

4 RESUMO Cálculo estequiométrico ou estequiometria é o cálculo das quantidades de reagentes e/ou produtos das reações químicas baseados nas leis ponderais e proporções químicas. Analogamente podemos utilizar qualquer uma das unidades apresentadas como dados ta questão, por exemplo usando a massa: Na estequiometria temos que estar cientes das informações quantitativas que uma reação química pode representar, por exemplo: a equação N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) nos indica que 1 molécula de N2 + 3 moléculas de H2 2 moléculas de NH3 Como 1 mol de N2 equivale a 28g e produzem 34g de NH3, com uma regra de três simples consigo descobrir quanto de NH3 eu consigo produzir utilizando apensas 10g de N2. e também que 1 mol de N2 + 3 mols de H2 2 mols de NH3 ou que 28g de N g de H g de NH3 ou ainda que 1 litro de N2 + 3 litros de H2 2 litros de NH3 (só vale para gases a P e T constantes) De acordo com as leis das reações, as proporções acima são constantes, e isso permite que eu monte uma regra de três para calcular as quantidades envolvidas numa reação genérica. Por exemplo: N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 1 mol de N2 reage com 3 mol de H2 produzindo 2 mol de NH3 Sendo assim, caso eu queira saber quantos mol de amônia eu produzo com 10 mol de N2 basta eu montar uma regra de simples partindo da reação dada e relacionando o dado da questão(10 mol) com o X. Resumindo Escrever a equação química mencionada no problema. Balancear ou acertar os coeficientes dessa equação (lembre-se de que os coeficientes indicam a proporção em mols existente entre os participantes da reação). Estabelecer uma regra de três entre o dado e a pergunta do problema, obedecendo aos coeficientes da equação, que poderá ser escrita em massa, ou em volume, ou em mols, conforme as conveniências do problema. Casos gerais Quando o dado e a pergunta são expressos em massa Calcular a massa de amônia (NH3) obtida a partir de 3,5 g de nitrogênio gasoso(n2) (massas atômicas: N = 14; H = 1). 101 Resolução: 1 N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) 1 mol de N2 = 28g 2 mol de NH3 = 2x17g (14+3) = 34g, logo... Portanto, se eu sei que 1 mol de N2 produzem 2 mol de NH3 eu posso chegar a conclusão que com 10 mol de N2 eu produzo 20 mol de NH3. 28g de N2 34g de NH3 3,5g de N2 X de NH3 X = 4,25g de NH3 Neste exemplo, a regra de três obtida da equação foi montada em massa (gramas), pois tanto o dado como a pergunta do problema estão expressos em massa.

5 Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em volume(ou vice-versa) Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em mols (ou vice-versa) Calcular o volume de gás carbônico obtido, nas condições normais de pressão e temperatura, utilizando de 290 g de gás butano (massas atômicas: C = 12; O = 16; H = 1). Resolução: C4H10(g) + 13 O2(g) 4 CO2(g) + 5 H2O(g) 2 Lembrando a definição de Condições Normais de Temperatura e Pressão (P =1 atm ; T = 0ºC): 1 mol de qualquer gás na CNTP ocupam 22,4L. 58g de C4H10 4 x 22,4L de CO2 290g de C4H10 X X = 448L de CO2 (Nas CNTP) Agora a regra de três é, de um lado, em massa (porque o dado foi fornecido em massa) e, do outro lado, em volume (porque a pergunta foi feita em volume). Quando o dado e a pergunta são expressos em volume Um volume de 15 L de hidrogênio(h2), medido a 15 C e 720 mmhg, reage completamente com cloro. Quantos mols de gás oxigênio são necessários para produzir 0,45 gramas de água? (Massas atômicas: H = 1; O = 16) Resolução: H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) 1 mol de O2 2 x 18g de H2O X mol de O2 0,45g de H2O X = 0,0125 mol de O2 ou 1,25 x 10² mol de O2 Quando o dado é expresso em massa e a pergunta em número de partículas(ou vice-versa) Quantas moléculas de gás carbônico podem ser obtidas pela queima completa de 4,8 g de carbono puro? (Massa atômica: C = 12) Resolução: C + O2 CO2 12g de C 6,02 x 10²³ moléculas de CO2 4,8g de C X moléculas de CO2 X = 2,4 x 10²³ moléculas de CO2 Havendo duas ou mais perguntas (Neste caso, teremos uma resolução para cada uma das perguntas feitas) 102 Qual é o volume de gás clorídrico (HCl) produzido na mesma temperatura e pressão? Resolução: H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) 1 volume de H2 produz 2 volumes de HCl Quais são as massas de ácido sulfúrico e hidróxido de sódio necessárias para preparar 28,4 g de sulfato de sódio? (Massas atômicas: H = 1; O = 16; Na = 23; S = 32) Para a massa do ácido sulfúrico(h2so4): H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) +2 H2O(liq) 1L de H2 2L de HCl 15 de H2 V de HCl V = 30L de HCl (a 15 C e 720 mmhg, ou seja, fora das CNTP) O cálculo estequiométrico entre volumes de gases é um cálculo simples e direto, desde que os gases(reagente e produto) estejam nas mesmas condições de pressão e temperatura. 98g de H2SO4 142g de Na2SO4 X de H2SO4 28,4g de Na2SO4 X = 196g de de H2SO4 Para a massa do Hidróxido de sódio(naoh): 2 x 40g de NaOH 142g de Na2SO4 Y de NaOH 28,4g de Na2SO4 Y = 16g de NaOH

6 EXERCÍCIOS PARA AULA 1. O peróxido de hidrogênio é comumente utilizado como antisséptico e alvejante. Também pode ser empregado em trabalhos de restauração de quadros enegrecidos e no clareamento de dentes. Na presença de soluções ácidas de oxidantes, como o permanganato de potássio, este óxido decompõe-se, conforme a equação a seguir: De acordo com a estequiometria da reação descrita, a quantidade de permanganato de potássio necessária para reagir completamente com 20,0 ml de uma solução 0,1 mol/l de peróxido de hidrogênio é igual a 2. a) 2,0 100 mol b) 2, mol c) 8, mol d) 8, mol e) 5, mol Os exageros do final de semana podem levar o indivíduo a um quadro de azia. A azia pode ser descrita como uma sensação de queimação no esôfago, provocada pelo desbalanceamento do ph estomacal (excesso de ácido clorídrico). Um dos antiácidos comumente empregados no combate à azia é o leite de magnésia. O leite de magnésia possui 64,8 g de hidróxido de magnésio (Mg(OH)2) por litro da solução. Qual a quantidade de ácido neutralizado ao se ingerir 9 ml de leite de magnésia? 103 Dados: Massas molares (em g.mol-1): Mg = 24,3 ; Cl = 35,4 ; O = 16 ; H = 1 a) 20 mol. b) 0,58 mol. c) 0,2 mol. d) 0,02 mol. e) 0,01 mol. 3. Todos os organismos necessitam de água e grande parte deles vive em rios, lagos e oceanos. Os processos biológicos, como respiração e fotossíntese, exercem profunda influência na química das águas naturais em todo o planeta. O oxigênio é ator dominante na química e na bioquímica da hidrosfera. Devido a sua baixa solubilidade em água (9,0 mg/l a 20 C) a disponibilidade de oxigênio nos ecossistemas aquáticos estabelece o limite entre a vida aeróbica e anaeróbica. Nesse contexto, um parâmetro chamado Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) foi definido para medir a quantidade de matéria orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO corresponde à massa de O2 em miligramas necessárias para realizar a oxidação total do carbono orgânico em um litro de água. BAIRD, C. Química Ambiental. Ed. Bookmam, 2005 (adaptado).

7 Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima CH2O e massa molar a 30 g/mol) são dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO será aumentada? Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O = 16 a) 0,4 mg de O2/litro b) 1,7 mg de O2/litro c) 2,7 mg de O2/litro d) 9,4 mg de O2/litro e) 10,7 mg de O2/litro 4. 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 6 kg, onde 19% é 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 (Na2SO3) 1M a 45ºC, 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 + Na2SO3 PbSO3 + Na2SO4 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 6 kg, qual quantidade aproximada, em quilogramas, de PbCO3 é obtida? 104 Dados: Massas Molares em g/mol Pb = 207; S = 32; Na = 23; O = 16; C = 12. a) 1,7 kg b) 1,9 kg c) 2,9 kg d) 3,3 kg e) 3,6 kg 5. O metano (CH4), também conhecido por gás dos pântanos, é produzido pela decomposição de compostos orgânicos, na ausência de oxigênio, por determinadas bactérias e consumido na própria atmosfera. Quando 5 mol de metano reagem com 3 mol de oxigênio, o número de mols de gás carbônico (CO2) liberados será igual a: CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O

8 a) 1,0 mol. b) 1,5 mol. c) 3,0 mol. d) 3,5 mol. e) 5,0 mol. EXERCÍCIOS PARA CASA 1. O ácido fosfórico, usado em refrigerantes do tipo cola e possível causador da osteoporose, pode ser formado a partir da equação não-balanceada: Ca3(PO4)2 + H2SO4 H3PO4 + CaSO4 Partindo-se de 62 g de Ca3(PO4)2 e usando-se quantidade suficiente de H2SO4, qual, em gramas, a massa aproximada de H3PO4 obtida? 2. a) 19 b) 25 c) 39 d) 45 e) 51 O alumínio (Al) reage com o oxigênio (O2) de acordo com a equação química balanceada a seguir: Al(s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(s) A massa, em gramas, de óxido de alumínio (Al2O3) produzido pela reação de 9,0 g de alumínio com excesso de oxigênio é: a) 17 b) 34 c) 8,5 d) 9,0 e) Anti ácido estomacal, preparado à base de bicarbonato de sódio(nahco3),reduz a acidez estomacal provocada pelo excesso de ácido clorídrico segundo a reação: HCl(aq) + NaHCO3 (aq) NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) Para cada 1,87 g de bicarbonato de sódio, o volume de gás carbônico liberado a 0 ºC e 1 atm é de aproximadamente: Dados: massa molar NaHCO3 = 84 g/mol

9 a) 900 ml c) 645 ml e) 224 ml b) 778 ml d) 493 ml 4. Numa estação espacial, emprega-se óxido de lítio para remover o CO2 no processo de renovação do ar de respiração, segundo a equação: Li2O + CO2 Li2CO3 Sabendo-se que são utilizadas unidades de absorção contendo 1,8 kg de Li2O, o volume máximo de CO2, medido nas CNPT, que cada uma delas pode absorver, é: Dados: C = 12; O = 16; Li = 7 5. a) L b) L c) L d) 980 L e) 672 L A destruição em massa por armas químicas constitui-se num dos maiores temores da sociedade civilizada atual. Entre os mais temidos agentes químicos destacam-se o VX, de propriedades semelhantes às do Sarin, porém mais tóxico, e o gás mostarda, também letal. A denominação do gás mostarda foi dada devido à cor semelhante do condimento e a seu efeito picante sobre a pele. A atuação desse gás se deve, entre outras coisas, à sua reação com a água, produzindo HCl, o responsável pela irritação da pele, dos olhos e do sistema respiratório. Assim, com base na equação: 106 e supondo um rendimento de 100% no processo, o volume de gás clorídrico, nas condições ambiente, obtido a partir de 1 tonelada de gás mostarda é aproximadamente: Dados: volume molar, nas condições ambiente = 24,5 L/mol; massa molar do gás mostarda = 159 g/mol. a) 1,5 x 105 L b) 3,1 x 105 L c) 6,5 x 105 L d) 3,2 x 107 L e) 2,8 x 104 L

10 6. Um ser humano adulto sedentário libera,ao respirar,em média,0,880 mol de CO2 por hora. A massa de CO2 pode ser calculada, medindo-se a quantidade de BaCO3, produzida pela reação: Ba(OH)2(aq) + CO2(g) BaCO3(s) + H2O(l) Suponha que a liberação de CO2(g) seja uniforme nos períodos de sono e de vigília. A alternativa que indica a massa de carbonato de bário que seria formada pela reação do hidróxido de bário com o CO2, produzido durante 30 minutos, é aproximadamente: a) 197 g b) 173 g c) 112 g d) 86,7 g e) 0,440 g 7. Nas usinas siderúrgicas, a obtenção de ferro metálico a partir da hematita envolve a seguinte reação: Fe2O3(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) Percebe-se dessa reação que o CO2 é liberado para a atmosfera, podendo ter um impacto ambiental grave relacionado com o efeito estufa. Qual o número de moléculas de CO2 liberadas na atmosfera, quando um mol de óxido de ferro (III) é consumido na reação? Considere: número de Avogadro igual a 6 x mol a) 6x c)12 x e)18 x b) 24 x d) 36 x O gás hidrogênio é facilmente produzido em laboratórios, fazendo-se reagir ferro comum a solução de ácido sulfúrico, de acordo com a equação abaixo: Fe(s) + H2SO4(aq) FeSO4(aq) + H2(g) Ao se reagirem 11,2 gramas de esponja de aço com excesso de ácido sulfúrico, com pressão de 1atm e de 0 C e considerando que a esponja de aço seja constituída de puro ferro, qual a massa de sulfato ferroso produzida e o volume de gás hidrogênio liberado? a) 30,4 gramas e 4,5 litros b) 154 gramas e 24 litros c) 152 gramas e 23 litros d) 15,2 gramas e 2,3 litros e) 15,2 gramas e 22,4litros

11 QUESTÃO CONTEXTO A nave estelar Enterprise, de Jornada nas estrelas, usa B5H9 e O2 como mistura combustível. As duas substâncias reagem de acordo com a seguinte equação balanceada: Dados: B = 11; H = 1 ; O =16 2 B5H9(l) + 12 O2(g) 5 B2O3(s) + 9 H2O(g) a) O produto B2O3 é reaproveitado para ser usado na fabricação de vidros de reparo para da Enterprise, quantas Kg desse material são produzidos utilizando 4,032 L de oxigênio nas condições normais de temperatura e pressão? b) Quanta água será formada (em kg) utilizando 192 Kg de B5H9? 108 GABARITO 01. Exercícios para aula 1. d 2. d 3. e 4. c 5. b 03. Questão contexto a) 5,25 Kg b) 243 Kg 02. Exercícios para casa 1. c 2. a 3. d 4. b 5. b 6. d 7. e 8. a

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