Análise gasométrica volumétrica ou eudiométrica dos gases

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1 Análise gasométrica volumétrica ou eudiométrica dos gases A análise volumétrica gasométrica também é conhecida como análise eudiométrica, devido ao aparelho utilizado neste processo que é chamado de eudiômetro. Neste processo os gases passam por uma série de recipientes que contém soluções de determinadas substâncias que absorvem gradativamente cada um dos componentes da mistura gasosa. Como conseqüência da absorção de parte dos gases da mistura o volume da mistura gasosa diminui, logo, se descobrirmos qual foi essa diminuição também saberemos qual é o volume do gás. Na maioria das análises volumétricas a mistura é submetida a uma combustão com gás oxigênio em excesso. Analisando-se os gases após a combustão pode-se descobrir a composição da mistura original. Esta combustão é feita num eudiômetro com o uso de uma faísca elétrica. Resumidamente, teremos: 1 o.) A mistura gasosa é borbulhada em uma solução de hidróxido de potássio (KOH), a qual absorve o gás carbônico (CO 2), o dióxido de enxofre (SO 2), os halogênios e os hidretos de halogênios ou halogenidretos. 2 o.) A mistura gasosa é borbulhada através de água de bromo que absorve os hidrocarbonetos insaturados (que apresentam ligações duplas e ou triplas), pois o bromo (Br 2) é adicionado às duplas ou triplas ligações dos hidrocarbonetos insaturados. 3 o.) A mistura gasosa é borbulhada através de fósforo branco sólido ou de uma solução alcalina de ácido pirogálico (pirogalol), que absorve o oxigênio contido na mistura. 4 o.) A mistura gasosa é borbulhada através de uma solução de cloreto cuproso amoniacal, que absorve o monóxido de carbono (CO) da mistura. 1

2 5 o.) Se a mistura gasosa contiver gás amônia (NH 3), utiliza-se ácido sulfúrico (H 2SO 4) diluído para absorver este gás. SOLUÇÃO ABSORVENTE GASES ABSORVIDOS KOH CO 2, SO 2, X 2, HX Br 2 Hidrocarbonetos insaturados Ácido pirogálico (1,2,3-benzenotriol) O 2 (gás oxigênio) Fósforo branco (sólido) O 2 (gás oxigênio) Cloreto cuproso amonical [Cu(NH 3) 4C l 2] CO (gás monóxido de carbono) Ácido sulfúrico diluído ( H2SO 4 ) NH 3 (gás amônia) I. Primeiro exercício resolvido Exercícios resolvidos Uma mistura gasosa é de monóxido de carbono (CO), metano (CH 4), eteno (C 2H 4) e nitrogênio (N 2) é colocada num eudiômetro. O volume inicial de mistura é de 65 ml e são acrescentados 100 ml de gás oxigênio no interior do equipamento. Provoca-se uma faísca elétrica e verifica-se que ocorre uma contração de volume de 65 ml. A mistura resultante é borbulhada através de uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e seu volume é reduzido a 40 ml. Em seguida a mistura é borbulhada em uma solução de ácido pirogálico e o volume se reduz a 25 ml. A partir das informações dadas determine a composição da mistura gasosa original. Fazendo: Volume de CO = x Volume de CH 4 = y Volume de C 2H 4 = z Volume de N 2 = t Teremos, x + y + z + t = 65 ml ou seja, x + y + z + t = 65 (1) As equações das reações de combustão são dadas por: CO (g) + ½O 2(g) CO 2(g) x 0,5x x CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2O (l) y 2y y C 2H 4(g) + 3O 2(g) 2CO 2(g) + 2H 2O (l) z 3z 2z N 2(g) t Volume da mistura antes da combustão = 65 ml ml = 165 ml. Como depois da combustão ocorreu uma contração de volume de 65 ml, o volume depois da combustão será dado por 165 ml 65 ml = 100 ml. 2

3 Este volume se reduz a 40 ml depois da mistura ser passada pela solução de KOH. Logo, o volume de CO 2 absorvido é dado por 100 ml 40 ml = 60 ml. Pelas equações temos que: V(CO 2) = x + y + 2z x + y + 2z = 60 (2) Como o volume da mistura antes de passar pela solução de ácido pirogálico era de 40 ml e depois diminuiu a 25 ml, concluímos que o volume de gás oxigênio em excesso, que não entrou na reação de combustão e que foi absorvido é dado por 40 ml 25 ml = 15 ml. Como foram adicionados 100 ml de oxigênio e restaram 15 ml em excesso, podemos calcular o volume de gás oxigênio gasto na combustão: 100 ml 15 ml = 85 ml. V(O 2 gasto) = 0,5x + 2y + 3z 0,5x + 2y + 3z = 85 (3) Após ocorrer a combustão os gases restantes serão o CO 2, O 2 em excesso e N 2. Como ocorreu a absorção do CO 2 e O 2 em excesso, e o volume foi reduzido a 25 ml, conclui-se que este volume é do gás nitrogênio. V(N 2) = 25 ml t = 25 (4) A partir das equações (1), (2), (3) e (4), teremos: x + y + z + t = 65 x + y + 2z = 60 0,5x + 2y + 3z = 85 t = 25 Resolvendo o sistema, vem: x = 10; y = 10, z = 20 e t = 25. A composição da mistura original é dada por: Volume de CO = x =10 ml. Volume de CH 4 = y = 10 ml. Volume de C 2H 4 = z = 20 ml. Volume de N 2 = t = 25 ml. II. Segundo exercício resolvido Num recipiente adequado, 50 ml de éter dietílico (C 4H 10O) e propanona (acetona) (C 3H 6O) são misturados na temperatura de 120 o C e pressão de 1 atm a 250 ml de gás oxigênio. Ao produzirmos uma faísca elétrica, verificamos que ocorre um aumento no volume de 70 ml, nas mesmas condições iniciais de temperatura e de pressão. Determine a composição da mistura original e o volume de gás oxigênio (O 2) residual. 3

4 Dados: Composto TE ( o C) Éter dietílico 34 Propanona 56 De acordo com os dados fornecidos na temperatura de 120 o C e 1 atm de pressão o e éter dietílico e a propanona estão no estado gasoso, logo se trata de uma mistura gasosa. O volume da mistura gasosa é de 50 ml, então: V(éter dietílico) = x V(propanona) = y Teremos, x + y = 50 (1) As equações que representam a combustão são dadas por: C 4H 10O (g) + 6O 2(g) 4CO 2(g) + 5H 2O (g) x 6x 4x 5x C 3H 6O (g) + 4O 2(g) 3CO 2(g) + 3H 2O (g) y 4y 3y 3y Volume antes da combustão = 50 + V(O 2) Volume de O 2 = 6x + 4y Observação: o volume de gás oxigênio em excesso não altera a contração ou a expansão do volume, conseqüentemente no volume antes e depois da combustão só devemos considerar o volume de gás oxigênio gasto na combustão. Volume antes da combustão = z + 4y Volume depois da combustão = volume de CO 2 + volume de H 2O Volume de CO 2 = 4x + 3y Volume de H 2O = 5x + 3y Volume depois da combustão = 4x + 3y + 5 x + 3y Volume depois da combustão = 9x + 6y Expansão de volume = 70 Volume depois da combustão = Volume antes da combustão + Expansão de volume 9x + 6y = (50 + 6x + 4y) = 70 (2) A partir das equações (1) e (2), teremos: x + y = 50 (1) 9x + 6y = (50 + 6x + 4y) = 70 (2) Resolvendo o sistema, vem: x = 20 e y = 30 Volume de éter etílico = 20 ml. Volume de propanona = 30 ml. 4

5 Volume de O 2 gasto na combustão = 6x + 4Y = 6 x x 30 = 240 ml. Logo, Volume de O 2 residual = = 10 ml. III. Terceiro exercício resolvido Sob 1 atm e 110 o C, 200 ml de gás oxigênio (O 2) são adicionados a 50 ml de uma mistura de metano (CH 4), etino (C 2H 2) e propeno (C 3H 6). A mistura é submetida a uma combustão e verificase que não ocorre contração nem expansão de volume. Sabendo que o volume de gás oxigênio em excesso é de 40 ml, calcule a composição da mistura inicial. Volume de CH 4 = x Volume de C 2H 4 = y Volume de C 3H 6 = z x + y + z = 50 (1) As equações que representam as combustões são dadas por: CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2O (g) x 2x x 2x C 2H 2(g) + 2,5O 2(g) 2CO 2(g) + H 2O (g) y 2,5y 2y y C 2H 6(g) + 4,5O 2(g) 3CO 2(g) + 3H 2O (g) z 4,5z 3z 3z Volume de O 2 gasto na combustão = = 160 ml A partir das equações de combustão, temos: Volume de O 2 gasto na combustão = 2x + 2,5y + 4,5z 2x + 2,5y + 4,5z = 160 (2) Volume antes da combustão = = 250 ml Volume depois da combustão = Volume de CO 2 + Volume de H 2O + Volume de O 2 em excesso Volume de CO 2 = x + 2y + 3z Volume de H 2O = 2x + y + 3z Volume de O 2 em excesso = 40 ml Volume após a combustão = (x + 2y + 3z) + (2x + y + 3z) + 40 Como o volume antes e depois da combustão não sofre alteração, temos: (x + 2y + 3z) + (2x + y + 3z) + 40 = 250 (3) A partir das equações (1), (2) e (3) vem o seguinte sistema: x + y + z = 50 5

6 2x + 2,5y + 4,5z = 160 (x + 2y + 3z) + (2x + y + 3z) + 40 = 250 Resolvendo teremos: x = 10, y = 20 e z = 20 A composição da mistura inicial é dada por: Volume de CH 4 = x = 10 ml. Volume de C 2H 4 = y = 20 ml. Volume de C 3H 6 = z = 20 ml. IV. Quarto exercício resolvido 40 ml de gás oxigênio e 5 ml de um hidrocarboneto desconhecido sofrem combustão por faísca elétrica em um recipiente apropriado. Depois da faísca elétrica o volume da mistura é de 35 ml. A mistura é borbulhada em solução de hidróxido de potássio (KOH) e o volume é reduzido a 25 ml. Determine a fórmula molecular do hidrocarboneto. Supomos a fórmula do hidrocarboneto: C xh 2y. A reação de combustão será dada por: C xh 2y + (2x + y)/2 O 2 xco 2 + yh 2O Volume do hidrocarboneto = 5 ml Volume de oxigênio gasto na combustão = 5(2x + y)/2 Volume de oxigênio em excesso = 25 ml Volume de oxigênio gasto na combustão = = 15 ml 5(2x + y)/2 = 15 (1) Volume de CO 2 = 5x Volume de CO 2 = = 10 ml Logo, 5x = 10 x = 2 Substituindo o valor de x na equação (1), vem: Y = 2, logo a fórmula do hidrocarboneto será dada por C xh 2y que equivale a C 2H 4. V. Quinto exercício resolvido 15 ml de uma alcano são misturados a 150 ml de gás oxigênio e provoca-se a combustão. Após a combustão 75 ml dos gases são absorvidos por fósforo branco. Determine a fórmula do alcano. A fórmula geral de um alcano é: C nh 2n + 2. A equação de combustão do alcano será dada por: C nh 2n (3n + 1)/2 O 2 nco 2 + nh 2O 6

7 Volume do alcano = 15 ml Volume de oxigênio gasto na combustão = 15(3n + 1)/2 Volume de oxigênio em excesso = 75 ml Volume de oxigênio gasto na combustão = = 75 ml 15(3n + 1)/2 = 75 n = 3 A fórmula do alcano (C nh 2n + 2) será C 3H 8. VI. Sexto exercício resolvido 10 ml de um alceno ou alqueno são misturados com 100 ml de gás oxigênio a 150 o C e 1 atm de pressão. Provoca-se a combustão e o volume permanece constante nas mesmas condições de pressão e de temperatura. Determine a fórmula molecular do alceno e o volume de gás oxigênio residual. A fórmula geral de um alceno é: C nh 2n. A equação de combustão do alcano será dada por: C nh 2n + 3n/2 O 2 nco 2 + nh 2O Volume do alceno = 10 ml Volume de oxigênio gasto = 10(3n/2) = 15n Volume antes da combustão = n Volume de CO 2 = 10n Volume de H 2O = 10n Volume depois da combustão = 10n + 10n = 20n Como o volume permanece constante, teremos: Volume antes = Volume depois n = 20n n = 2 a fórmula do alceno (C nh 2n) será C 2H 4. Volume de oxigênio gasto = 15 n = 15 x 2 = 30 ml Volume de oxigênio residual = = 70 ml. VII. Sétimo exercício resolvido 20 ml de um alcino são adicionados a 80 ml de gás oxigênio, ambos a 120 o C e 1 atm, e a mistura é submetida à combustão. Depois da combustão o volume passa a 90 ml nas mesmas condições de pressão e de temperatura. Determine a fórmula do alcino e o volume de gás oxigênio residual. A fórmula geral de um alcino é: C nh 2n -2. A equação de combustão do alcano será dada por: C nh 2n (3n 1)/2 O 2 nco 2 + (n 1)H 2O O volume inicial é de = 100 ml e o volume final é de 90 ml, logo houve uma contração de volume de 10 ml. Volume do alcino = 20 ml 7

8 Volume de oxigênio gasto = 20(3n 1)/2 = (30n 10) Volume antes da combustão = 20 + (30n 10) = 30n + 10 Volume de CO 2 = 20n Volume de H 2O = 20(n 1) = 20n 20 Volume depois da combustão = 20n + (20n 20) = 40n 20 Contração de volume = 10 ml (30n + 10) (40n 20) = 10 n = 2 A fórmula do alcino (C nh 2n - 2) será C 2H 2. Volume de oxigênio gasto = 30n 10 = 50 Volume de oxigênio residual = = 30 ml. Exercícios - Série Uma mistura gasosa é formada por eteno (C 2H 4) e propano (C 3H 8). 25 ml dessa mistura são adicionados a gás oxigênio em excesso. Posteriormente a mistura é submetida a uma combustão e verifica-se que ocorre uma contração de 65 ml no volume. Determine a composição centesimal em volume da mistura. 02. A combustão total de uma certa quantidade de metano (CH 4) e de etano (C 2H 6) produz 40 ml de gás carbônico e 65 ml de vapor de água, medidos nas mesmas condições de pressão e de temperatura. Determine a composição percentual em volume da mistura ml de um hidrocarboneto gasoso é adicionado a 100 ml de gás oxigênio num eudiômetro. Após provocarmos uma faísca elétrica observamos um volume de 80 ml. O volume obtido é borbulhado em uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e verifica-se que 30 ml são absorvidos. Qual é a fórmula do hidrocarboneto? 04. Uma mistura de 100 ml de gás oxigênio e de 20 ml de um hidrocarboneto é submetida à combustão. Ocorre uma contração de volume equivalente a 50 ml e 30 ml dos gases formados na combustão são absorvidos por ácido pirogálico em solução alcalina. Determine a fórmula do hidrocarboneto. 05. Provoca-se faísca em uma mistura de 5 ml de um hidrocarboneto e 40 ml de gás oxigênio. Verifica-se, posteriormente, que o volume da mistura é de 35 ml. Borbulhando-se os produtos obtidos numa solução de hidróxido de potássio (KOH) verificamos que o volume da mistura passa a 25 ml. Determine a fórmula do hidrocarboneto ml de um alcano (C nh 2n+2) são queimados na presença de 150 ml de gás oxigênio. Após a combustão, verifica-se que 75 ml dos gases são absorvidos por fósforo branco. Determine a fórmula do alcano ml de gás oxigênio são adicionados a 20 ml de um Alcino (C nh 2n-2). Provoca-se a combustão da mistura a 120 o C e 1 atm de pressão. Verifica-se que após a combustão o volume medido é de 90 ml, nas mesma condições de pressão e temperatura anteriores. Determine: a) A fórmula molecular do Alcino. b) O volume residual de gás oxigênio. 08. Numa experiência de laboratório foram anotadas as seguintes observações: 1 o.) 100 ml de uma mistura de CO 2, CO, CS 2 (vapor), CH 4 e N 2 são reduzidos a 80 ml ao atravessarem uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e posteriormente são reduzidos a 60 ml ao atravessarem uma solução de cloreto cuproso amoniacal. 2 o.) Os 60 ml resultantes são misturados a 200 ml de gás oxigênio e provoca-se a combustão. 3 o.) Após a combustão os gases resultantes são borbulhados em uma solução de hidróxido de 8

9 potássio (KOH) e o volume sofre uma contração de volume de 80 ml. 4 o.) Os gases resultantes passam em uma solução de pirogalol e sofrem uma contração de volume de 100 ml e verifica-se, no final do processo, que o volume se reduz a 20 ml. A partir das informações dadas, calcule a composição da mistura original. 09. Uma mistura de vapor de dissulfeto de carbono (CS 2), metano (CH 4) e gás hidrogênio (H 2) que apresenta 40 ml de volume é queimada na presença de 100 ml de gás oxigênio (O 2). Após a combustão o volume obtido é de 80 ml. A mistura gasosa resultante é borbulhada em uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e verifica-se que 40 ml são absorvidos. Determine a composição da mistura inicial. 10. Uma mistura de NO e NO 2 de volume 20 ml é adicionada a 40 ml de gás oxigênio (O 2). Após a mistura atravessar uma solução de hidróxido de potássio (KOH) o volume se reduz a 32 ml. Determine a composição da mistura. Respostas dos Exercícios - Série % de C 3H 8 e 40 % de C 2H % de CH 4 e 60 % de C 2H C 3H C 2H C 2H C 3H a) C 2H 2. b) 30 ml ml de cada componente. 09. V(CS 2) = 10 ml; V(CH 4) = 10 ml e V(H 2) = 20 ml. 10. V(NO) = 16 ml e V(NO 2) = 4 ml. Exercícios - Série ml de uma mistura gasosa de Cl 2O e ClO 2 são aquecidos e verifica-se que ocorre a decomposição total dos seus componentes. Os gases são borbulhados em uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e o volume se reduz a 20 ml. Determine a composição da mistura original. 02. A 127 o C e pressão de 1 atm, 22 ml de uma mistura de etino (C 2H 2) e etano (C 2H 6) são colocados na presença de gás oxigênio em excesso. Provoca-se a combustão da mistura e verificase uma expansão de volume de 1 ml nas mesmas condições de pressão e de temperatura iniciais. Determine a composição, em volume, da mistura inicial ml de gás oxigênio são adicionados a uma mistura de etano (C 2H 4), propano (C 3H 8), buteno (C 4H 8) e gás nitrogênio (N 2). Provoca-se a combustão da mistura e verifica-se uma contração de volume de 80 ml. Os gases provenientes da combustão são borbulhados em uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e ocorre uma nova contração de volume de 90 ml. A seguir a mistura atravessa uma solução alcalina de ácido pirogálico que absorve 60 ml de gás e o volume se reduz a 10 ml. Determine a composição percentual em volume da mistura original. 04. Uma mistura de etanol (C 2H 6O) e acetona (C 3H 6O) é queimada na presença de 100 ml de gás oxigênio. Após a combustão verifica-se uma expansão de volume de 20 ml. Os gases resultantes da combustão são borbulhados em uma solução de KOH e o volume se reduz a 30 ml. Supondo que as condições de temperatura e pressão (127 o C e 1 atm) sejam mantidas constantes durante todo o processo, determine a composição, em volume, da mistura original. 9

10 Dados: Composto TE ( o C); 1 atm Álcool etílico 78 Acetona Submete-se à combustão uma mistura de etino (C 2H 2) e etano (C 2H 6) com excesso de gás oxigênio. Verifica-se que o volume permanece constante, quando medido acima de 100 o C, e mantida constante a pressão em 1 atm. Determine a composição centesimal da mistura original. Observação: se necessário, considere 100 ml de mistura original. 06. Verifica-se que uma mistura de metano (CH 4) e etino (C 2H 2) submetida a uma combustão sofre uma contração de volume equivalente a 9/16 do volume inicial. Calcule a composição percentual em volume da mistura. 07. Verifica-se que uma mistura de etano (C 2H 6) e de propano (C 3H 8) é submetida a uma combustão e sofre uma expansão de volume equivalente a 5/33 do volume inicial na temperatura de ebulição da água. Calcule a composição volumétrica da mistura. Observação: se necessário, considere 100 ml de mistura original ml de uma hidrocarboneto são adicionados a excesso de gás oxigênio a 7 o C e 1 atm de pressão. Provoca-se uma faísca elétrica e verifica-se que a mistura ocupa um volume de 95 ml a 107 o C e pressão de 1 atm. Este valor de volume se reduz a 50 ml quando a temperatura é reduzida, novamente, a 7 o C e a pressão é mantida em 1 atm. Os 50 ml de gás passam a 20 ml depois de passarem por uma solução de KOH. Determine a fórmula molecular do hidrocarboneto ml de um hidrocarboneto são queimados com 50 ml de gás oxigênio. Ocorre uma contração de volume de 30 ml. Os gases resultantes atravessam uma solução de hidróxido de potássio (KOH) e o volume passa a 20 ml. Determine a fórmula do molecular do hidrocarboneto. 10. (Ita) Determinar a porcentagem em volume de álcool etílico (C 2H 5OH) em octano (C 8H 10) sabendo-se que 10,0 ml da mistura gasosa queimados completamente fornecem 56,0 ml de gás carbônico. Todos os volumes gasosos foram medidos nas mesmas condições de temperatura e pressão. Respostas dos Exercícios - Série V(Cl 2O) = 20 ml e V(ClO 2) = 10 ml. 02. V(C 2H 2) = 10 ml e V(C 2H 6) = 12 ml % de cada componente. 04. V(álcool etílico) = 10 ml e V(acetona) = 10 ml (127 o C e 1 atm) % de C 2H 2 e 50 % de C 2H % de CH 4 e 40 % de C 2H ,67 % de C 3H 8 e 33,33 % de C 2H C 3H CH ,66 %. 10