Balanceamento de equações

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Ricardo Bastos Corte-Real
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1 Balanceamento de equações Iniciação à Química II Prof. Edson Nossol Uberlândia, 15/09/2017

2 Equações químicas Lavoisier: a massa é conservada em uma reação química. Equações químicas: descrições de reações químicas. Duas partes de uma equação: reagentes e produtos: P 4(s) + 6Cl 2 4PCl 3(l)

3 Equações químicas Reagentes Produto Estados físicos

4 Equações químicas Temperatura elevada Informações adicionais sobre as condições de temperatura também podem estar presentes Temperatura real em que a reação ocorre

5 Equações químicas não se altera a equação Como afirmamos que a equação não está balanceada? balanceamento incorreto não se alteram as fórmulas. não balanceada balanceamento incorreto A equação é balanceada alterrando os coeficientes balanceamento correto

6 Equações químicas A equação química para a formação da água pode ser visualizada como duas moléculas de hidrogênio reagindo com uma molécula de oxigênio para formar duas moléculas de água: 2H 2 + O 2 2H 2 O

Equações químicas Regras balanceamento: Observe os elementos que aparecem uma vez, e com igual número de átomos em cada lado, eles terão os mesmos coeficientes.

7 Equações químicas Regras balanceamento: Observe os elementos que aparecem uma vez, e com igual número de átomos em cada lado, eles terão os mesmos coeficientes. Observe os elementos que aparecem uma vez em cada lado, mas com número de átomos diferentes, efetue o balanceamento. Efetue o balanceamento dos elementos que aparecem em duas ou mais fórmulas do mesmo lado.

8 Equações químicas Exemplo 1: No laboratório pequenas quantidades de oxigênio gasoso podem ser obtidas por aquecimento de clorato de potássio (KClO 3 ). Os produtos da reação são: oxigênio gasoso (O 2 ) e cloreto de potássio (KCl). Escreva a equação balanceada para esse processo. Exemplo 2 (combustão): Consideremos a combustão (ou seja, a queima) do etano (C 2 H 6 ), componente do gás natural, em oxigênio, uma reação que gera como produtos dióxido de carbono (CO 2 ) e água. Escreva a equação balanceada.

9 Enriquecimento urânio Brasil: sexta maior reserva geológica de urânio no mundo. Bahia, Ceará, Paraná e Minas Gerais. Fabrica urânio enriquecido em escala industrial desde fevereiro de 2009 UO 2 : 99,284% do isótopo 238 U e apenas 0,711% 235 U.

10 Balanceamento de equações químicas Exercício: Nos cilindros presentes no motor de um carro, o hidrocarboneto octano (C 8 H 18 ), um dos diferentes componentes da gasolina, se mistura com o oxigênio do ar para formar dióxido de carbono e vapor de água. Escreva a equação balanceada para essa reação.

11 Relações de massa em reações químicas Exemplo: Considere a reação abaixo entre o fósforo e o cloro para produção de PCl 3(l). Qual massa de Cl 2 é necessária para reagir completamente com 1,45 g de fósforo e qual a massa de PCl 3 é produzida? Exercício: A glicose reage com o oxigênio para formar CO 2 e H 2 O. Qual é a massa de oxigênio necessária para reagir completamente com 25,0 g de glicose? Quais são as massas de dióxido de carbono e água formadas? O 2(g) = 26,6 g CO 2(g) = 36,6 g H 2 O (l) = 15,0 g

12 Reagentes limitantes e rendimento da reação Iniciação à Química II Prof. Edson Nossol Uberlândia, 15/09/2017

presente em quantidade superior àquela necessária para reagir com dada

13 Reagente limitante: sua quantia determina, ou limita, a quantia de produto formado é consumido em primeiro lugar em uma reação Reagente em excesso: presente em quantidade superior àquela necessária para reagir com dada quantidade do reagente limitante 8 chassis 48 pneus 8 carros 16 pneus em excesso

14 Exemplo: Oxidação da amômia catalizada pela platina: produção de HNO 3 NH 3(g) + O 2(g) NO (g) + H 2 O (g) Suponha que exatamente 750 g de NH 3 sejam misturados com 750 g de O 2. Quanto NO pode ser formado se a reação se completar? E quanto do reagente em excesso irá sobrar?

15 Exercício: O metanol, CH 3 OH, usado como combustível, pode ser produzido pela reação de monóxido de carbono com hidrogênio. CO (g) + H 2(g) CH 3 OH (l) Suponha que 356 g de CO sejam misturadas com 65 g de H 2. (a) Qual é o reagente limitante? (b) Qual é a massa de metanol que pode ser produzida? (c) Qual é a massa de reagente em excesso que sobra quando todo o reagente limitante é consumido?

16 Exercício: A reação térmica que produz ferro metálico e óxido de alumínio a partir de uma mistura de alumínio em pó e óxido de ferro(iii) é a seguinte: Fe 2 O 3(s) + Al (s) Fe (s) + Al 2 O 3(s) Usa-se uma mistura de 50 g de cada um dos reagentes. (a) Qual é o reagente limitante? (b) Qual é a massa de ferro que pode ser produzida? (c) Qual é a massa de reagente em excesso que sobra quando todo o reagente limitante é consumido? (a) Fe 2 O 3 (b) 35,0 g (c) 33,1 g

17 Rendimentos teórico e percentual reagentes produto principal subproduto dificuldade de separação

18 Rendimentos teórico e percentual A quantidade de produto prevista a partir da estequiometria considerando os reagentes limitantes é chamada de rendimento teórico. O rendimento percentual relaciona o rendimento real (a quantidade de material recuperada no laboratório) ao rendimento teórico:

19 Rendimentos teórico e percentual Exemplo: O titânio é um metal forte e leve, resistente à corrosão, e é usado na construção de foguetes, aviões, motores a jato e aros de bicicletas. É preparado pela reação do cloreto de titânio(iv) com o magnésio fundido, entre 950 C e 1150 C: TiCl 4(g) + Mg (l) Ti (s) + MgCl 2(l) Em uma certa operação industrial efetuou-se a reação de 3,54 x 10 7 g de TiCl 4 com 1,13 X 10 7 g de Mg. (a) Determine o rendimento teórico para obtenção de Ti. (b) Calcule a porcentagem de rendimento para o caso de serem efetivamente obtidos 7,91 X 10 6 g de Ti.

20 Rendimentos teórico e percentual Exercício: O processo industrial de produção do vanádio metálico usado em ligas de aço baseia-se na reação do óxido de vanádio(v) com cálcio a altas temperaturas: Ca + V 2 O 5 CaO + V Em determinado processo 1,54 X 10 3 g de V 2 O 5 reagem com 1,96 X 10 3 g de Ca. (a) Calcule o rendimento teórico para o produto V. (b) Calcule a porcentagem de rendimento no caso de serem obtidos 803 g de V.

21 Reações sequenciais Exemplo: Em altas temperaturas, o carbono reage com água para produzir uma mistura de monóxido de carbono, CO, e hidrogênio H 2 : C + H 2 O CO + H 2 O monóxido de carbono é então isolado do H 2 e então usado para separar o níquel do cobalto para formação de um composto organometálico, o tetracarbonilníquel(0), Ni(CO) 4 : CO + Ni Ni(CO) 4 Qual a massa de Ni(CO) 4 pode ser obtida através da geração de CO utilizando 75,0 g de carbono? Assuma 100% rendimento.

22 Reações sequenciais Exercício: Ácido fosfórico, H 3 PO 4, é um composto muito importante usado na produção de fertilizantes. Ele também está presente nos refrigerantes de cola. O H 3 PO 4 pode ser preparado através de um processo que envolve duas etapas: P 4 + O 2 P 4 O 10 P 4 O 10 + H 2 O H 3 PO 4 Tendo um total de 272 g de fósforo para reagir com oxigênio em excesso, temos a formação de pentóxido de fósforo, P 4 O 10, com rendimento de 89,5%. Na reação envolvendo a segunda etapa, um rendimento de 96,8% de H 3 PO 4 é alcançado. Qual a massa de H 3 PO 4 é obtida?

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