QUANTIDADES EM QUÍMICA

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1 QUANTIDADES EM QUÍMICA 1 Massa atômica, mol, massa molar a) Massa atômica A massa de um átomo é tão pequena que utilizamos uma grandeza diferente das convencionais, como o grama e o quilograma, para medi-la. Trata-se da UNIDADE DE MASSA ATÔMICA (u). Definindo: unidade de massa atômica (u) é igual a 1/12 da massa de um átomo de isótopo de carbono-12 (C 12 ). Não deixa essa definição te desesperar! Na prática, não precisamos dela pra fazer contas! b) Cálculo da massa atômica média de um elemento Você já sabe que, quando olhamos para um elemento químico na tabela periódica, estamos olhando na verdade para um conjunto de isótopos daquele elemento. Isso significa que há átomos do mesmo elemento que possuem massas diferentes. Então, como é calculada a massa média (aquela que é publicada na tabela periódica como a massa oficial do elemento)? Vamos usar o elemento cloro (Cl) como exemplo: A massa do elemento é dada por uma MÉDIA PONDERADA, onde os pesos de cada isótopo são as suas porcentagens de abundância:

2 c) Massa molecular É a massa de uma molécula. Para encontrá-la, somamos as massas dos átomos da molécula. Exemplo: CO 2 1 átomo de carbono e 2 átomos de oxigênio. Sabendo que a massa do carbono é 12 u e a massa do oxigênio é 16 u, temos: d) Conceito de mol MM CO2 = MM CO2 = 44u Antes de tudo, nada de desespero! Você aprendeu há muito tempo que 1 dúzia corresponde a 12 unidades. 12 unidades de quê? Depende. 1 dúzia de casas corresponde a 12 casas; 1 dúzia de ovos corresponde a 12 ovos. Assim, guarde: 1 MOL CORRESPONDE À QUANTIDADE DE 6, UNIDADES. Unidades de que? Assim como a dúzia, isso depende. Se estivermos falando de 1 mol de casas, temos 6, casas. 1 mol de átomos = 6, átomos. 1 mol de moléculas = 6, moléculas. c) Massa molar É a massa, em gramas, de 1 mol de partículas (podem ser átomos, moléculas, íons, etc). A coisa linda aqui é: o valor da massa molar é IDÊNTICO ao da massa atômica/molecular, porém medido em gramas.

3 Por exemplo: a massa molecular do CO 2 é 44u. Portanto, a massa molar do CO 2 é 44g. 2 Cálculo estequiométrico a) Regras gerais para o cálculo estequiométrico 1- Balancear as reações. Consiste em fornecer coeficientes de maneira que a equação possua o mesmo número de átomos de cada elemento nos reagentes e nos produtos. 2 Definir proporções para a equação fornecida.

4 b) Aplicação Qual é a massa de CO 2 produzida a partir de 2 mols de O 2? c) Casos especiais de cálculo estequiométrico 1 Pureza de reagentes O problema se refere a uma porcentagem de pureza de um reagente. As impurezas associadas à massa total de reagente não participam da reação esperada. Portanto, devemos inicialmente determinar a massa que efetivamente participará da reação. Exemplo: Em um processo siderúrgico de produção de ferro foram utilizadas 100 toneladas de hematita( minério de ferro) com 80% de pureza em Fe 2 O 3. Reação: Fe 2 O 3 + 3CO 2Fe + 3CO 2 Massa de Fe 2 O 3 = % = 80 toneladas MASSA REAL DE Fe 2 O 3 2 Rendimento No cálculo simples consideramos que as reações se completam, ou seja, toda quantidade de reagente se transforma em produtos (100 % de rendimento). Na prática, entretanto, diversos fatores podem levar a reação a não se completar e teremos assim uma porcentagem de conversão de reagentes em produtos; isto é, um rendimento.

5 Nestes casos, devemos ao final do cálculo relacionar a quantidade de produto teoricamente obtida (100% de rendimento) ao rendimento real do processo. Exemplo: Qual a massa de CaCO 3 obtida na reação de 2 mols de CaO com 2 mols de CO 2, se o rendimento for 60%? CaO + CO 2 CaCO3 Dados: CaCO 3 = 100 g/mol 1 mol de CaO mol de CO mol de CaCO 3 2 mol de CaO mol de CO x x = 2 mol de CaCO 3 1 mol de CaCO g 2 mol de CaCO y y = 200g de CaCO g de CaCO % de rendimento z % de rendimento z = 120 g de CaCO 3 3 Reagente em excesso Quando o problema fornece as quantidades de dois reagentes, provavelmente um deles está em excesso, pois, caso contrário, bastaria dar a quantidade de um deles e a quantidade do outro seria calculada. Para começar o cálculo basta basear-se no reagente que não está em excesso (reagente limitante). Exemplo: Na reação: 2 H 2 + O 2 2 H 2 O colocando-se 3g de hidrogênio e 30 g de oxigênio, qual a massa de água formada?

6 Verificar qual a substância que está em excesso. 2 mol de H 2 reagem com 1 mol de O 2 4 g de H g de O 2 3 g de H x x = 24g de O 2 Como 3 g de H 2 reagem com 24 g de O 2, sendo que no recipiente existem 30 g de O 2, conclui-se que sobram 30 g 24 g = 6 g de O 2 em excesso (sem reagir). O H 2 é o reagente limitante. Cálculo da quantidade de água. 2 mol de H mol de H 2 O 4 g g 3 g y y = 27 g de H 2 O

7 EXERCÍCIOS SALA 1 (Mackenzie-SP) Adicionando-se 4,5 g de gás hidrogênio a 31,5 g de gás nitrogênio originam-se 25,5 g de amônia, sobrando ainda nitrogênio que não reagiu. Para se obtiver 85 g de amônia, a quantidade de hidrogênio e de nitrogênio necessária é, respectivamente: a) 15,0 g e 70,0 g. b) 10,6 g e 74,4 g. c) 13,5 g e 71,5 g. d) 1,5 g e 83,5 g. e) 40,0 g e 45,0 g. 2 (FUVEST) Uma instalação petrolífera produz 12,8 kg de SO 2 por hora. A liberação desse gás poluente pode ser evitada usando-se calcário, o qual por decomposição fornece cal, que reage com o SO 2 formando CaSO 3, de acordo com as equações: CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g) CaO (s) + SO 2(g) CaSO 3(s) Qual a massa mínima de calcário (em kg), por dia, necessária para eliminar todo o SO 2 formado? Suponha 100% de rendimento para as reações. Massas molares (g/mol): CaCO 3 = 100; SO 2 = 64 a) 128 b) 240 c) 480 d) 720 e) (UFF-RJ) Amônia gasosa pode ser preparada pela seguinte reação balanceada: CaO (s) + 2 NH 4 Cl (s) 2 NH 3(g) + H 2 O (g) + CaCl 2(s) Se 112,0 g de óxido de cálcio e 224,0 g de cloreto de amônia forem misturados, então a quantidade máxima, em gramas, de amônia produzida será, aproximadamente: Dados: massas moleculares - CaO = 56 g/mol; NH 4 Cl = 53 g/mol; NH 3 = 17 g /mol a) 68,0 b) 34,0 c) 71,0 d) 36,0 e) 32,0

8 4 (Osec-SP adaptada) 12,25 g de ácido fosfórico com 80% de pureza são totalmente neutralizados por hidróxido de sódio, na reação H 3 PO NaOH Na 3 PO H 2 O que apresenta rendimento de 90%. A massa de sal obtida nesta reação é de: (Dados: massas atômicas: H = 1; O = 16; Na = 23; P = 31) a) 14,76 g b) 16,40 g c) 164,00 g d) 9,80 g e) 10,80 g EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO 1 (Unesp-SP) Foram analisadas três amostras (I, II e III) de óxidos de enxofre, procedentes de fontes distintas, obtendo-se os seguintes resultados: Estes resultados mostram que: a) as amostras I, II e III são do mesmo óxido. b) apenas as amostras I e II são do mesmo óxido. c) apenas as amostras II e III são do mesmo óxido. d) apenas as amostras I e III são do mesmo óxido. e) as amostras I, II e III são de óxidos diferentes. 2 (Unesp-SP) Numa viagem, um carro consome 10 kg de gasolina. Na combustão completa deste combustível, na condição de temperatura do motor, formam-se apenas compostos gasosos. Considerando-se o total de compostos formados, pode-se afirmar que os mesmos: a) não têm massa. b) pesam exatamente 10 kg. c) pesam mais que 10 kg. d) pesam menos que 10 kg. e) são constituídos por massas iguais de água e gás carbônico.

9 3 (Unimep-SP) Gás hidrogênio (H 2 ) reage com óxido férrico (Fe 2 O 3 ) a uma temperatura elevada para formar vapor d água e ferro. Para produzir 280 gramas de ferro, em presença suficiente de hidrogênio, a massa de óxido férrico necessária será: (Dados: massas atômicas - H = 1; O = 16 e Fe = 56.) 1 Fe 2 O 3(s) + 3 H 2(g) 2 Fe (s) + 3 H 2 O (s) a) 150 gramas. b) 400 gramas. c) 200 gramas. d) 180 gramas. e) 160 gramas. 4 (PUC-MG) A combustão do gás amoníaco (NH 3 ) é representada pela seguinte equação: 2 NH 3(g) + 3/2 O 2(g) N 2(g) + 3 H 2 O (l) A massa de água, em gramas, obtida a partir de 89,6 L de gás amoníaco, nas CNTP, é igual a: (Dados: massa molar (g/mol) - H 2 O = 18; volume molar nas CNTP = 22,4 L.) a) 216 b) 108 c) 72 d) 36 5 (Unip-SP) O gás natural sintético (CH 4 ) pode ser obtido pelo processo: 1ª etapa: CO + 2 H 2 CH 3 OH 2ª etapa: 4 CH 3 OH 3 CH 4 + CO H 2 O O número de mols de H 2 consumido na obtenção de 600 gramas de CH 4 é: (Dados: H = 1; C = 12) a) 25 b) 50 c) 75 d) 100 e) (UNESP-SP) Considere a reação em fase gasosa: N H 2 2 NH 3 Fazendo-se reagir 4 litros de N 2 com 9 litros de H 2 em condições de pressão e temperatura constantes, pode-se afirmar que: a) os reagentes em quantidades estequiométricas.

10 b) o N 2 está em excesso. c) após o término da reação, os reagentes serão totalmente convertidos em amônia. d) a reação se processa com o aumento do volume total. e) após o término da reação, serão formados 8 litros de NH 3. 7 (Vunesp-SP) São colocadas para reagir entre si as massas de 1,00 g de sódio metálico e 1,00 g de cloro gasoso. Considere que o rendimento da reação é 100%. São dadas as massas molares, em g/mol: Na = 23,0 e Cl = 35,5. A afirmação correta é: a) Há excesso de 0,153 g de sódio metálico. b) Há excesso de 0,352 g de sódio metálico. c) Há excesso de 0,282 g de cloro gasoso. d) Há excesso de 0,153 g de cloro gasoso. e) Nenhum dos dois elementos está em excesso. 8 (UFSCar-SP) Quando 56 g de ferro (massa atômica = 56) são colocados para reagir com 40 g de enxofre (massa atômica = 32), de acordo com a reação: Fe + S FeS formam-se. a) 96 g de sulfeto de ferro. b) 40 g de sulfeto de ferro e sobram 16 g de ferro. c) 56 g de sulfeto de ferro e sobram 8 g de enxofre. d) 88 g de sulfeto de ferro e sobram 8 g de enxofre. e) 40 g de sulfeto de ferro e sobram 8 g de enxofre. 9 (PUC-SP) Na metalurgia temos a reação: 2 Al 2 O C 3 CO Al Se utilizarmos 20,4 g de Al 2 O 3, qual a massa de alumínio metálico obtida se o rendimento da reação for 60%? (Dados: Al = 27 ; O = 16.) a) 6,48 g b) 10,8 g c) 10,2 g d) 4,08 g e) 7,42 g 10 (Ufla-MG) Quando o nitrato de amônio decompõe-se termicamente, produz-se gás hilariante (N 2 O) e água. Se a decomposição de 100 g de NH 4 NO 3 impuro fornece 44 g de N 2 O, a pureza do nitrato de amônio é: (Dados: N = 14 ; H = 1 ; O = 16.)

11 a) 20% b) 40% c) 60% d) 80% e) 90% NH 4 NO 3 N 2 O + 2 H 2 O TESTES TAREFA 1 (FUVEST) Rodando a 60 km/h, um automóvel faz cerca de 10 km por litro de etanol (C 2 H 5 OH). Calcule o volume de gás carbônico (CO 2 ), em metros cúbicos, emitido pelo carro após 5 horas de viagem. Admita queima completa do combustível. Dados: Densidade do etanol: 0,8 kg/l Massa molar do etanol: 46 g/mol Volume molar do CO 2 : 25 L/mol a) 13 b) 26 c) 30 d) 33 e) 41 2 (UFPE-PE) Um pedaço de ferro pesando 5,60 gramas sofreu corrosão quando exposto ao ar úmido por um período prolongado. A camada de ferrugem formada foi removida e pesada, tendo sido encontrado o valor de 1,60 gramas. Sabendo-se que a ferrugem tem a composição Fe 2 O 3, quantos gramas de ferro não corroído ainda restaram? (Considere Fe = 56,0 g/mol e Fe 2 O 3 = 160,0 g/mol) a) 2,40 g b) 4,48 g c) 5,32 g d) 5,04 g e) 4,00 g 3 (UFSCar-SP) A massa de dióxido de carbono liberada na queima de 80 g de metano, quando utilizado como combustível, é: (Dado: massas molares, em g/mol- H = 1; C = 12; O = 16.) a) 22 g b) 44 g c) 80 g d) 120 g e) 220 g

12 4 (UFPE-PE) A azida de sódio, NaN 3, quando inflamada sofre decomposição rápida, fornecendo nitrogênio gasoso que é utilizado para inflar os sacos de ar (air-bags) de automóveis, de acordo com a reação: 2 NaN 3(s) 2 Na (s) + 3 N 2(g) Quantos mols de azida de sódio são necessários para gerar nitrogênio suficiente para encher um saco plástico de 44,8 L à 0 C e à pressão atmosférica? (Dados: Volume molar a 0 C e 1 atm = 22,4 L/mol ; Massa molar (g mol- 1): N = 14; Na = 23) Considere que o nitrogênio gasoso tem comportamento ideal nas condições acima. a) 1/3 b) 2 c) 3 d) 2/3 e) 4/3 5 (Mackenzie-SP) Na reação equacionada: x + y xy a razão entre as massas de x e y é de 0,5. Ao se adicionarem 30,0 g de x a 90,0 g de y, pode-se dizer que: a) há excesso de 15,0g de x. b) reagiram 20,0g de x e 70,0g de y. c) há excesso de 30,0g de y. d) a Lei de Lavoisier não foi obedecida. e) a Lei de Proust não foi obedecida. 6 (Cesgranrio-RJ) Os gases dióxido de enxofre e oxigênio, em condições apropriadas, reagem para formar trióxido de enxofre. Usando volumes iguais de reagentes, haverá excesso de um dos gases. Indique a porcentagem, em volume, desse excesso em relação ao volume inicial dos reagentes: a) 25% O 2 b) 25% SO 2 c) 50% O 2 d) 75% O 2 e) 80% O 2 2 SO O 2 2 SO 3 7 (FUVEST-SP) O tanque externo do ônibus espacial Discovery carrega, separados, 1, L de hidrogênio líquido a C e 0, L de oxigênio líquido a C. Nessas temperaturas, a densidade do

13 hidrogênio é 34 mol/l (equivalente a 0,068 g/ml) e a do oxigênio é 37 mol/l (equivalente a 1,18 g/ml). Considerando o uso que será feito desses dois líquidos, suas quantidades (em mols), no tanque, são tais que há: a) 100% de excesso de hidrogênio. b) 50% de excesso de hidrogênio. c) proporção estequiométrica entre os dois. d) 25% de excesso de oxigênio. e) 75% de excesso de oxigênio. 8 (UNIFESP-SP) A geração de lixo é inerente à nossa existência, mas a destinação do lixo deve ser motivo de preocupação de todos. Uma forma de diminuir a grande produção de lixo é aplicar os três R (Reduzir, Reutilizar e Reciclar). Dentro desta premissa, o Brasil lidera a reciclagem do alumínio, permitindo economia de 95 % no consumo de energia e redução na extração da bauxita, já que para cada kg de alumínio são necessários 5 kg de bauxita. A porcentagem do óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) extraído da bauxita para produção de alumínio é aproximadamente igual a DADOS: Al 27 u, O 16 u a) 20,0 %. b) 25,0 %. c) 37,8 %. d) 42,7 %. e) 52,9 %. 9 (PUC-RJ) Assinale a opção que mais se aproxima da massa de SO 2 e que resulta da queima de 20,0 ml de sulfeto de carbono (líquido com densidade igual a 1,43 g.ml -1 ) em atmosfera com excesso de gás oxigênio, tendo essa reação 80 % de rendimento. CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) a) 5,6 g b) 9,5 g c) 18,9 g d) 38,5 g e) 62,3 g DADOS: C 12 u, S 32 u, O 16 u 10 (UFRS-RS) Num experimento, 1000 kg do minério hematita (Fe 2 O 3 + impurezas refratárias) foram reduzidos com coque, em temperatura muito elevada, segundo a reação representada a seguir. Fe 2 O C 2 Fe + 3 CO Supondo-se que a reação tenha sido completa, a massa de ferro puro obtida foi de 558 kg. Pode-se concluir que a percentagem de pureza do minério é aproximadamente igual a:

14 a) 35,0%. b) 40,0%. c) 55,8%. d) 70,0%. e) 80,0%. DADOS: Fe 56 u, O 16 u