Exercícios: Cálculo estequiométrico

Transcrição

1 Química Ficha 4 2 os anos Rodrigo fev/12 Nome: Nº: Turma: Exercícios: Cálculo estequiométrico 1. O carbeto de silício, SiC, é conhecido como carborundo. É uma substância muito dura, usada como abrasivo, e preparada pelo aquecimento da sílica, SiO 2, com o carbono, C, a alta temperatura: SiO 2 (s) + 3 C(s) SiC(s) + 2 CO(g) a) Quantos gramas de SiC podem se formar ao reagirmos 3,00 g de SiO 2 com 3,00 g de C? b) Haverá excesso de reagente na reação descrita em a? Se sim, quanto restará sem reagir? 2. Uma das etapas no processo industrial de conversão da amônia a ácido nítrico envolve a conversão de NH 3 em NO. a) acerte os coeficientes da equação: NH 3 (g) + O 2 (g) NO(g) + H 2 O(g) b) Determine a massa máxima de NO obtida ao colocarmos em contato 10 mol de NH 3 com 10 mol de O 2. Considere que o rendimento da reação é de 100%. c) Considere que no processo industrial o rendimento dessa reação é de apenas 80%. Determine a massa de NO obtida a partir de 3,4 x 10 3 kg de amônia e excesso de oxigênio. 3. O ácido fluorídrico, HF(aq), não pode ser guardado em frascos de vidro, pois ataca os silicatos presentes no vidro. Por exemplo, com o silicato de sódio, Na 2 SiO 3, há a reação: Na 2 SiO 3 (s) + 8 HF (aq) H 2 SiF 6 (aq) + 2 NaF(aq) + 3 H 2 O(l) Determine a massa de Na 2 SiO 3 corroída por 1,6 mol de HF e a massa de NaF formado nessas condições. 4. (UFF 2005) Um produto secundário de um processo industrial consiste em uma mistura de sulfato de sódio (Na 2 SO 4 ) e hidrogenocarbonato de sódio (NaHCO 3 ). Para determinar a composição da mistura, uma amostra de 8,00 g foi aquecida até que se alcançasse massa constante. A reação durante o aquecimento foi completa. Nessas condições, o hidrogenocarbonato de sódio sofre decomposição de acordo com a reação:

2 2 NaHCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(g) e o sulfato de sódio permanece inalterado. A massa da amostra após o aquecimento foi 6,02 g. Informe por meio de cálculos: a) o percentual de CO 2 na mistura dos produtos gasosos; b) a massa de CO 2 existente no item anterior; c) a massa de NaHCO 3 que sofreu decomposição; d) a percentagem de NaHCO 3, na amostra. 5. O sulfato de amônio ((NH 4 ) 2 SO 4 ) é um importante componente dos fertilizantes industriais. Este composto iônico é obtido a partir das matérias primas amônia, dióxido de carbono, água e sulfato de cálcio em um processo envolvendo duas etapas. 2 NH 3 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) (NH 4 ) 2 CO 3 (aq) 1ª etapa (NH 4 ) 2 CO 3 (aq) + CaSO 4 (aq) (NH 4 ) 2 SO 4 (aq) + CaCO 3 (s) 2ª etapa Em uma indústria foram utilizados 8,5 t de amônia, 8,8 t de gás carbônico, 18,0 t de água e 34,0 t de sulfato de cálcio. Determine a massa de sulfato de amônio obtida, considerando-se o rendimento do processo global igual a 80%. Dados: M (g.mol 1 ): NH 3 = 17; CO 2 = 44; H 2 O = 18; (NH 4 ) 2 CO 3 = 96; CaSO 4 = 136; (NH 4 ) 2 SO 4 = 132; CaCO 3 = Uma amostra de 1,200 g contém o composto muito reativo Al(C 6 H 5 ) 3. A reação entre esta amostra e excesso de ácido clorídrico (HCl) forma 0,936 g de benzeno (C 6 H 6 ), segundo a reação: Al(C 6 H 5 ) 3 (s) + 3 HCl(aq) AlCl 3 (aq) + 3 C 6 H 6 (l) Admitindo que o rendimento da reação é de 100%, e que as eventuais impurezas não reagem com HCl, determine o teor de Al(C 6 H 5 ) 3 na amostra original. Dados: M (g.mol 1 ): Al(C 6 H 5 ) 3 = 258,0; HCl = 36,5; AlCl 3 = 133,5; C 6 H 6 = 78,0. 7. (PUCSP modificada) O esgoto doméstico necessita de uma alta quantidade da substância oxigênio para ser decomposto por microorganismos aeróbicos. Esta alta demanda de oxigênio para a decomposição da matéria orgânica acaba esgotando o suprimento desse gás dissolvido na água, inviabilizando a presença de peixes. A demanda de oxigênio necessário para decomposição da matéria orgânica presente em um litro de água é conhecido como DBO (demanda bioquímica de oxigênio). Valores de DBO em águas de alta balneabilidade estão em torno de 3 a 5 mg/l, enquanto que a DBO do esgoto tratado é da ordem de 60 mg/l. 2

3 a) Em um local do lago Paranoá, em Brasília, próximo ao escoamento de um esgoto doméstico, foi recolhida uma amostra de um litro de água. Considerando que a matéria orgânica possa ser representada pela fórmula geral C 6 H 10 O 5 e que sua reação com o oxigênio produz exclusivamente gás carbônico e água, determine a massa de matéria orgânica presente na amostra se a DBO foi de 64 mg/l. b) Determine a massa de CO 2 liberado na decomposição aeróbica da matéria orgânica presente em 50 x 10 3 m 3 de água cuja DBO é de 64 mg/l. Dados: M (g/mol): C = 12; O = 16; H = 1. Lembre-se: 1 m 3 = 10 3 L; 1 t = 10 3 kg. 8. (Fuvest 97 - modificada) O equipamento de proteção conhecido como air bag, usado em automóveis, contém substâncias que se transformam, em determinadas condições, liberando N 2 que infla um recipiente de plástico. As equações das reações envolvidas no processo são: 2 NaN 3 2 Na + 3 N 2 10 Na + 2 KNO 3 K 2 O + 5 Na 2 O + N 2 massa molar do NaN 3 : 65 g/mol massa molar do Na: 23 g/mol massa molar do KNO 3 : 101 g/mol massa molar do N 2 : 28 g/mol O sódio (Na), formado na decomposição do azoteto de sódio (NaN 3 ), é bastante reativo e perigoso. O nitrato de potássio (KNO 3 ) é adicionando para gerar mais nitrogênio e formar compostos menos nocivos que o sódio. Para garantir que todo o sódio reaja, deve-se colocar o KNO 3 em excesso de 20%. Determine a massa de KNO 3 adequada para um air bag que apresente 26,0 g de azoteto de sódio. 9. (UNIRIO 98 - modificada) A fermentação alcoólica é um processo de síntese de etanol (C 2 H 6 O) a partir de hidratos de carbono, com emprego de microorganismos como catalisadores e formação de gás carbônico (CO 2 ) como subproduto. Com base no exposto e considerando que o rendimento alcançado na fermentação de 180 g de glicose tenha sido de 20%: a) escreva a reação equilibrada da fermentação da glicose, C 6 H 12 O 6 ; b) informe o volume de etanol formado (d etanol = 0,80 g cm 3 ); c) determine o volume de gás carbônico liberado nas condições ambiente. Considere que, nessas condições, cada mol de gás ocupa 25 L. 3

4 10. (PUCCAMP 2004) Sulfato de cobre pode ser utilizado na agricultura como fungicida e também para transformar o álcool hidratado (mistura azeotrópica contendo 4%, em massa, de água) em álcool anidro. CuSO H 2 O CuSO 4.5 H 2 O (pouco solúvel no álcool) Assim, para serem obtidos 96 kg de álcool anidro à custa de cerca de 100 kg de álcool hidratado, qual a massa de sulfato de cobre anidro que deve ser utilizada? Dados: Massa molar (g/mol): CuSO 4 = 160; H 2 O = (UFRJ 2010) A produção de enxofre elementar no COMPERJ será realizada através do processo Claus, que utiliza o sulfeto de hidrogênio retirado do petróleo. O processo envolve duas etapas: na primeira etapa, sulfeto de hidrogênio, em excesso, reage com oxigênio para formar dióxido de enxofre e água. Na segunda etapa, o dióxido de enxofre formado na primeira etapa reage com o sulfeto de hidrogênio, fornecendo o enxofre elementar. Sabendo que as reações são completas e que para cada mol de oxigênio consumido são adicionados 170 g de sulfeto de hidrogênio, calcule as quantidades (em g) de enxofre elementar produzido e de sulfeto de hidrogênio que não reagiu. 12. (Fuvest 2010) O sólido MgCl2.6NH3 pode decompor-se, reversivelmente, em cloreto de magnésio e amônia. A equação química que representa esse processo é: aquecimento MgCl2.6NH3(s) MgCl2(s) + 6NH3(g) Ao ser submetido a um aquecimento lento, e sob uma corrente de nitrogênio gasoso, o sólido MgCl2 6NH3 perde massa, gradativamente, como representado no gráfico: 4

5 As linhas verticais, mostradas no gráfico, delimitam as três etapas em que o processo de decomposição pode ser dividido. a) Calcule a perda de massa, por mol de MgCl2 6NH3, em cada uma das três etapas. b) Com base nos resultados do item anterior, escreva uma equação química para cada etapa de aquecimento. Cada uma dessas equações deverá representar a transformação que ocorre na etapa escolhida. Etapa 1 Etapa 2 Etapa 3 Dados: massa molar (g/mol): MgCl2 6NH ; NH ,0 13. (Fuvest 2007) Um determinado agente antimofo consiste em um pote com tampa perfurada, contendo 80 g de cloreto de cálcio anidro que, ao absorver água, se transforma em cloreto de cálcio diidratado (CaCl 2.2H 2 O). Em uma experiência, o agente foi mantido durante um mês em ambiente úmido. A cada 5 dias, o pote foi pesado e registrado o ganho de massa (figura 1): Dados: massas molares (g / mol) água cloreto de cálcio a) Construa o gráfico que representa o ganho de massa versus o número de dias. b) Qual o ganho de massa quando todo o cloreto de cálcio, contido no pote, tiver se transformado em cloreto de cálcio diidratado? Mostre os cálculos. c) A quantos dias corresponde o ganho de massa calculado no item anterior? Indique no gráfico da do item a, utilizando linhas de chamada. 5

6 14. (UFF 2002) Garimpeiros inexperientes, quando encontram pirita, pensam estar diante de ouro: por isso, a pirita é chamada ouro dos tolos. Entretanto, a pirita não é um mineral sem aplicação. O H 2 SO 4, ácido muito utilizado nos laboratórios de química, pode ser obtido a partir da pirita por meio do processo: Qual a massa de H 2 SO 4 obtida a partir de 60,0 kg de pirita, com 80% de pureza, por meio do processo equacionado acima? Dados: Massas molares: FeS 2 = 120 g mol 1 ; H 2 SO 4 = 98 g mol (PUC-RIO 2007) Ferro gusa é o principal produto obtido no alto forno de uma siderúrgica. As matérias-primas utilizadas são: hematita (Fe 2 O 3 mais impurezas), calcário (CaCO 3 mais impurezas), coque (C) e ar quente. Considere as principais reações que ocorrem no alto forno: Dados: Massa molar (g/mol): C = 12; O = 16; Ca = 40; Fe = 56 A partir de uma tonelada de hematita com 20 % de impurezas em massa, calcule a quantidade máxima, em kg, que se pode obter de ferro gusa (Fe mais 7 %, em massa, de impurezas). 6

7 Gabarito 1- a) 2,00 g b) 1,20 g 2- a) 4/5/4/6 b) 240 g c) 4,8 t 3- Na 2 SiO 3 = 24,4 g NaF = 16,8 g 4- a) 71% b) 1,41g c) 5,38 g d) 67,3 % 5-21,1t 6-86% 7- a) 54 mg b) 4,4t 8-9,7 g 9- a) C 6 H 12 O 6 (s) 2 C 2 H 6 O (g) + 2 CO 2(g) b) 23 ml c) 10 L 10- a) 7,1 kg g de S e sobram 102g de H 2 S 12- a) 33,9g / 67,8g / 102g b) 1º etapa: MgCl 2.6NH 3(s) MgCl 2.4NH 3(s) + 2 NH 3(g) 2º etapa: MgCl 2.4NH 3(s) MgCl 2.2NH 3(s) + 2 NH 3(g) 3º etapa: MgCl 2.2NH 3(s) MgCl 2(s) + 2 NH 3(g) 13- a) b) 26 g c) 17,5 dias, aproximadamente Ganho de massa / g Dias 14-78,4 kg ,2 kg 7