Exercícios sobre Estequiometria - Cálculo estequiométrico II

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1 Exercícios sobre Estequioetria - Cálculo estequioétrico II OBSERVAÇÃO: utilize, quando necessário, a tabela periódica para consultar assas atôicas. 01. (Ene) substância que reage co o ferro presente na heoglobina do sangue, produzindo luz que perite visualizar locais containados co pequenas quantidades de sangue, eso superfícies lavadas. É proposto que, na reação do luinol (I) e eio alcalino, na presença de peróxido de hidrogênio (II) e de u etal de transição (M(n) + ), fora-se o coposto 3-ainoftalato (III) que sofre ua relaxação dando orige ao produto final da reação (IV), co liberação de energia (hν) e de gás nitrogênio (N 2). (Adaptado. "Quíica Nova", 25, no. 6, pp ) Dados: pesos oleculares: Luinol = ainoftalato = 164 Na análise de ua aostra biológica para análise forense, utilizou-se 54 g de luinol e peróxido de hidrogênio e excesso, obtendo-se u rendiento final de 70 %. Sendo assi, a quantidade do produto final (IV) forada na reação foi de: a) 123,9. b) 114,8. c) 86,0. d) 35,0. e) 16,2. contatoqpv@gail.co 1

2 02. (Ene) E setebro de 1998, cerca de toneladas de ácido sulfúrico (H 2SO 4) fora derraadas pelo navio Bahaas no litoral do Rio Grande do Sul. Para iniizar o ipacto abiental de u desastre desse tipo, é preciso neutralizar a acidez resultante. Para isso pode-se, por exeplo, lançar calcário, inério rico e carbonato de cálcio (CaCO 3), na região atingida. A equação quíica que representa a neutralização do H 2SO 4 por CaCO 3, co a proporção aproxiada entre as assas dessas substâncias é: Pode-se avaliar o esforço de obilização que deveria ser epreendido para enfrentar tal situação, estiando a quantidade de cainhões necessária para carregar o aterial neutralizante. Para transportar certo calcário que te 80 % de CaCO 3, esse núero de cainhões, cada u co carga de 30 toneladas, seria próxio de a) 100. b) 200. c) 300. d) 400. e) (Fatec) O ácido acetil-salicílico, conhecido coo "aspirina", é u dos analgésicos ais consuidos. Pode ser produzido pela interação entre ácido salicílico e anidrido acético, confore ostra a equação a seguir: C + + 7H6O3 C 4H6O3 C 9H8O4 C 2H4O2 ácido anidrido "aspirina" salicílico acético ácido acético A assa de "aspirina" que seria possível produzir a partir de 1,38 toneladas étricas de ácido salicílico, supondo que transforação ocorra co rendiento de 80 %, é: (Massas olares: ácido salicílico = 138 g/ol; "aspirina" = 180 g/ol; 1 tonelada étrica (t) = 1 x 10 6 g) a) 1,10 t b) 1,44 t c) 180 g d) 1,38 t e) 1,80 t 04. (Mackenzie) Na queia de 10 kg de carvão de 80 % de pureza, a quantidade de oléculas de gás carbônico produzida é: Dados: assa olar (g/ol) C = 12; O = 16. a) 17, b) 6, c) 57, d) 4, e) 4, C + O 2 CO (Pucrj) O sulfato de cálcio (CaSO 4) é atéria-pria do giz e pode ser obtido pela reação entre soluções aquosas de cloreto de cálcio e de sulfato de sódio (confore reação abaixo). Sabendo disso, calcule a assa de sulfato de cálcio obtida pela reação de 2 ols de cloreto de cálcio co excesso de sulfato de sódio, considerando-se que o rendiento da reação é igual a 75 %. CaCl 2(aq) + Na 2SO 4(aq) CaSO 4(s) + 2NaCl(aq) a) 56 g. b) 136 g. c) 272 g. d) 204 g. e) 102 g. contatoqpv@gail.co 2

3 06. (Unifesp) No laboratório de quíica, u grupo de alunos realizou o experiento esqueatizado na figura, que siula a fabricação do bicarbonato de sódio, u produto quíico de grande iportância industrial. O frasco II, ierso e u banho de água e gelo, conté solução aquosa co carbonato de aônio e 23,4 g de cloreto de sódio. O frasco I, gerador de gás carbônico, conté "gelo seco", que quando borbulhado na solução do frasco II causa ua reação, produzindo coo único produto sólido o bicarbonato de sódio. Decorrido o tepo necessário de reação, os cristais fora separados e secados, obtendo-se 25,2 g de NaHCO 3. Considerando que reagente liitante é NaCl, o rendiento percentual desse processo, corretaente calculado pelo grupo de alunos, foi igual a: a) 85 %. b) 80 %. c) 75 %. d) 70 %. e) 39 %. 07. (Ita) Ua fora de sintetizar óxido nítrico e eio aquoso é reagir nitrito de sódio co sulfato ferroso e ácido sulfúrico, produzindo, alé do óxido nítrico, sulfato férrico e bissulfato de sódio. Partindo de 75,0 g de nitrito de sódio, 150,0 g de ácido sulfúrico e 152,0 g de sulfato ferroso e tendo a reação 90 % de rendiento, deterine a assa de óxido nítrico obtida. 08. (Ie) O processo Solvay de produção de carbonato de sódio realiza-se ediante as reações abaixo: CaCO 3 CaO + CO 2 CaO + H 2O Ca(OH) 2 NH 3 + H 2O NH 4OH 2NH 4OH + CO 2 (NH 4) 2CO 3 + H 2O (NH 4) 2CO 3 + CO 2 + H 2O 2NH 4HCO 3 NH 4HCO 3 + NaCl NH 4Cl + NaHCO 3 2NaHCO 3 Na 2CO 3 + CO 2 + H 2O 2NH 4Cl + Ca(OH) 2 2NH 3 + CaCl 2 + 2H 2O A partir destas equações, deterine: a) a reação global que representa o processo; b) a assa de cada reagente que é necessária para produzir kg de carbonato de sódio. 09. (Ie) U coposto cuja olécula conté apenas carbono, hidrogênio, oxigênio e nitrogênio foi queiado e presença de O 2, fornecendo ua istura gasosa de CO 2, H 2O e N 2. A água presente nesta istura foi condensada e correspondeu a 1/6 do total de ols. Verificou-se que o CO 2 representava 80% e ol da fração não condensada. Deterine: a) a fórula ínia do coposto, sabendo-se ainda que sua olécula conté tantos átoos de carbono quanto de oxigênio; b) a fórula olecular do coposto, sabendo-se que 170,4 g do eso, no estado gasoso a 800 K e 0,64 at, ocupa 82 L; c) a assa ínia de O 2 necessária para a cobustão copleta de 213,0 g deste coposto. contatoqpv@gail.co 3

4 10. (Unicap) Viveos e ua época notável. Os avanços da ciência e da tecnologia nos possibilita entender elhor o planeta e que viveos. Contudo, apesar dos voluosos investientos e do enore esforço e pesquisa, a Terra ainda peranece isteriosa. O entendiento desse sistea ultifacetado, físico-quíico-biológico, que se odifica ao longo do tepo, pode ser coparado a u enore quebra-cabeças. Para entendê-lo, é necessário conhecer suas partes e associá-las. Desde fenôenos inorgânicos até os intrincados e sutis processos biológicos, o nosso desconheciento ainda é enore. Há uito que aprender. Há uito trabalho a fazer. Nesta prova, vaos fazer u pequeno ensaio na direção do entendiento do nosso planeta, a Terra, da qual depende a nossa vida. A Terra é u sistea e equilíbrio altaente coplexo, possuindo uitos ecanisos autoregulados de proteção. Esse sistea adirável se forou ao longo de u extenso processo evolutivo de 4550 ilhões de anos. A atosfera terrestre é parte integrante desse intrincado sistea. A sua existência, dentro de estreitos liites de coposição, é essencial para a preservação da vida. No gráfico a seguir, pode-se ver a abundância relativa de alguns de seus constituintes e função da altitude. U outro constituinte, ebora inoritário, que não se encontra na figura é o ozônio, que age coo filtro protetor da vida na alta atosfera. Na baixa atosfera, a sua presença é danosa à vida, eso e concentrações relativaente baixas. a) Considerando que o ozônio seja forado a partir da cobinação de oxigênio olecular co oxigênio atôico, e que este seja forado a partir da decoposição do oxigênio olecular, escreva ua seqüência de equações quíicas que ostre a foração do ozônio. b) Toando coo base apenas o gráfico e as reações quíicas citadas no ite a, estie e que altitude a foração de ozônio é ais favorecida do ponto de vista estequioétrico. Justifique. 11. (Uflavras) U cainhão-tanque derraou 4,9 toneladas de ácido sulfúrico nua estrada. Para que esse ácido não atinja ua lagoa próxia ao local do acidente e para aenizar os danos ecológicos, jogou-se barrilha (50 %) sobre o ácido sulfúrico derraado (barrilha = Na 2CO 3). a) Classifique a reação que ocorre entre o ácido sulfúrico e a barrilha, ostrando a equação quíica. b) Qual a assa de barrilha (50 %) necessária para neutralizar todo o ácido derraado? Massas olares (g/ol): H 2SO 4 = 98; Na 2CO 3 = (Fuvest) a jove senhora, não querendo revelar sua idade, a não ser às suas elhores aigas, convidou-as para a festa de aniversário, no sótão de sua casa, que ede 3,0 x 2,0 x 2,0. O bolo de aniversário tinha velas e núero igual à idade da jove senhora, cada ua co 1,55 g de parafina. As velas fora queiadas inteiraente, nua reação de cobustão copleta. Após a queia, a porcentage de gás carbônico, e volue, no sótão, edido nas condições abientes, auentou de 0,88 %. Considere que esse auento resultou, exclusivaente, da cobustão das velas. Dados: contatoqpv@gail.co 4

5 assa olar da parafina, C 22H 46: 310 g.ol -1 ; volue olar dos gases nas condições abientes de pressão e teperatura: 24 L.ol -1. a) Escreva a equação de cobustão copleta da parafina. b) Calcule a quantidade de gás carbônico, e ols, no sótão, após a queia das velas. c) Qual é a idade da jove senhora? Mostre os cálculos. 13. (Puc-rio) Considere a reação a seguir: CHCl 3(g) + Cl 2(g) CCl 4(g) + HCl(g) a) Ao reagir 11,9 g de CHCl 3 e u abiente contendo gás cloro e excesso, qual a assa de CCl 4(g) e de HCl(g) produzida se a reação apresentar 75 % de rendiento? b) Quais os noes das substâncias CHCl 3 e CCl 4 segundo a IUPAC? c) Que tipo de ligação quíica existe entre os átoos de H e de Cl na olécula de HCl? Dados: C = 12; H = 1; Cl = 35, (Uerj - adaptado) O clássico processo Haber de produção de aônia, cujo rendiento é de 80 % e condições ótias, está representado a seguir. N 2(g) + 3H 2(g) 2NH 3(g) A equação anterior representa u processo alternativo de produção de aônia, que te coo reagentes gás natural, vapor d'água e ar atosférico. O rendiento deste processo é de 20 % e condições ótias. 7CH 4(g) + 10H 2O(v) + 8N 2(g) + 2O 2(g) 16NH 3(g) + 7CO 2(g) Adita coportaento ideal dos gases e vapores envolvidos. Considerando u eso volue de nitrogênio, calcule a razão entre os volues de aônia gasosa produzidos pelo processo Haber e pelo processo alternativo, abos e condições ótias. 15. (Uff) E certo processo de produção do ácido acético (CH 3COOH), o oxigênio é borbulhado nua solução de acetaldeído (CH 3COH), sob deterinada pressão, a 60 C, na presença de acetato de agnésio ((CH 3COO - ) 2Mg 2+ ) coo catalisador. Considere ua experiência e que 20,0 g de acetaldeído e 10,0 g de oxigênio fora colocados nu recipiente, onde ocorreu a reação descrita acia, e deterine a assa, e graa: a) de ácido acético produzido, supondo que o rendiento da reação foi de 75 %; b) do reagente, e excesso. 16. (Ufrj) U caundongo, co 10 g, apresenta a seguinte coposição centesial e assa: Deterine a quantidade áxia de água, e graas, que poderia ser forada apenas pela cobinação dos átoos de hidrogênio e oxigênio presentes no caundongo. 5 contatoqpv@gail.co

6 17. (Unesp) Na indústria, u dos processos de obtenção do ácido sulfúrico consiste no trataento térico vigoroso da pirita (FeS 2) na presença de corrente de ar (reação de ustulação). Os produtos obtidos são óxido férrico (Fe 2O 3) e dióxido de enxofre (SO 2). O dióxido de enxofre é oxidado a anidrido sulfúrico (SO 3), tabé pela reação co oxigênio, e, finalente, por hidrólise do anidrido sulfúrico, obté-se o ácido sulfúrico. a) Escreva as reações de obtenção do ácido sulfúrico a partir da ustulação da pirita. b) Calcule a assa de ácido sulfúrico produzido a partir de 24 kg de pirita. Dados: assas olares: FeS 2 = 120 g/ol, H 2SO 4 = 98 g/ol 18. (Unesp) E 2004 iniciou-se, no Brasil, a exploração de ua iportante jazida de inério de cobre. Nestes inérios, o etal é noralente encontrado na fora de sulfetos, coo o CuS, e para sua obtenção o inério é subetido à ustulação - aqueciento sob atosfera de ar ou de oxigênio. Neste processo, alé do cobre etálico obté-se o dióxido de enxofre. Coo subproduto, pode-se obter o ácido sulfúrico, por reação do SO 2 co o oxigênio, forando o trióxido de enxofre (SO 3), e deste co a água, resultando no H 2SO 4. a) Escreva a equação quíica para a ustulação do CuS. b) Dadas as assas olares, e g.ol -1 : H = 1; S = 32 e O = 16, calcule a assa de ácido sulfúrico que pode ser obtida a partir de 64 kg de SO 2. Apresente seus cálculos. 19. (Unicap) O etanol, produzido a partir da cana-de-açúcar, te se ostrado ua interessante alternativa coo cobustível e substituição a derivados de petróleo. No que diz respeito à poluição atosférica, o assunto é polêico, as considerando apenas as equações quíicas I, II e III a seguir, pode-se afirar que o álcool etílico é u cobustível renovável não poluente. I. C 12H 22O 11 + H 2O 4C 2H 6O + 4CO 2 (produção de etanol por ferentação) II. C 12H 22O O 2 11H 2O + 12CO 2 (cobustão da sacarose, que é o inverso da fotossíntese) III. C 2H 6O + 3O 2 2CO 2 + 3H 2O (cobustão do etanol) a) Use adequadaente as equações I, II e III para chegar à conclusão de que aquela afiração sobre o álcool etílico está correta, deonstrando o seu raciocínio. b) Na safra brasileira de 1997, fora produzidas 14 x 10 6 toneladas de açúcar. Se, por ferentação, todo esse açúcar fosse transforado e etanol, que assa desse produto, e toneladas, seria obtida? Massa olar do etanol = 42 g/ol; Massa olar da sacarose (açúcar) = 342 g/ol. 20. (Pucsp) A produção de lixo decorrente das atividades huanas é responsável por sérios probleas abientais causados pela liberação inadequada de resíduos residenciais ou industriais. U dos resíduos industriais que erece destaque na containação do abiente é o etal ercúrio e seus copostos. O ercúrio te larga aplicação coo eletrodo do processo de obtenção do cloro gasoso (Cl 2) e da soda cáustica (NaOH) a partir da eletrólise da saloura (NaCl(aq)). O etal ercúrio tabé é utilizado no garipo do ouro e leito de rios, e na fabricação de coponentes elétricos coo lâpadas, interruptores e retificadores. Copostos iônicos contendo os cátions de ercúrio (I) ou (II), respectivaente Hg 2 2+ e Hg 2+, são epregados coo catalisadores de iportantes processos industriais ou ainda coo fungicidas para lavoura ou produtos de revestiento (tintas). contatoqpv@gail.co 6

7 O descarte desses copostos, de toxicidade relativaente baixa e geralente insolúveis e água, torna-se u grave problea abiental, pois alguas bactérias os converte na substância dietilercúrio (CH 3HgCH 3) e no cátion etilercúrio (II) (CH 3Hg + ) que são altaente tóxicos. Esses derivados são incorporados e acuulados nos tecidos corporais dos organisos, pois estes não consegue etabolizá-los. O ercúrio é obtido a partir do cinábrio, inério verelho cujo principal coponente é o sulfeto de ercúrio (II), HgS. Minérios co alto teor de HgS são aquecidos e contato co cal (CaO), forando ercúrio etálico (Hg), sulfato de cálcio (CaSO 4) e sulfeto de cálcio (CaS). Escreva a equação balanceada do processo descrito. Deterine a assa de ercúrio obtida a partir de 465 kg de sulfeto de ercúrio (II), considerando que o rendiento do processo é de 80 %. Dados: Hg = 200,5 g/ol; S = 32,0 g/ol; Ca = 40,0 g/ol; O = 16,0 g/ol. Respostas 01. D 02. D 03. B 04. E 05. D 06. C 07. Teos: Nitrito de sódio: NaNO 2. Óxido nítrico: NO. Sulfato ferroso: FeSO 4. Ácido sulfúrico: H 2SO 4. Sulfato férrico: Fe 2(SO 4) 3. Bissulfato de sódio: NaHSO 4. Água: H 2O. Equação a balancear: (oxidação) NaNO + FeSO + H SO NO + Fe (SO ) + NaHSO + H O N + 2e 2N (redução) Fe 2Fe + 2e (oxidação) + 2 (redução) Teos a equação balanceada, onde NaNO 2 = 69; FeSO 4 = 152; H 2SO 4 = 98. 2NaNO + 2FeSO + 3H SO 2NO + 1Fe (SO ) + 2NaHSO + 2H O 138 g 75g g 294 g 152 g > EXCESSO < EXCESSO 150 g O reagente liitante é o FeSO. 4 2NaNO + 2FeSO + 3H SO 2NO + 1Fe (SO ) + 2NaHSO + 2H O 2 ols ols 1 ol 1 ol 1 ol NO n NO NO NO n NO = 0,9 ol 100% 90 % = 0,9 30 = 27,0 g = 27,0 g contatoqpv@gail.co 7

8 08. Tereos: CaCO CaO + CO 3 2 CaO + H O Ca(OH) 2 2 2NH + 2H O 2NH OH NH OH + CO (NH ) CO + H O (NH ) CO + CO + H O 2NH HCO NH HCO + 2NaCl 2NH Cl + 2NaHCO NaHCO Na CO + CO + H O NH Cl + Ca(OH) 2NH + CaCl + 2H O CaCO 2NaC Na 100 g CaCO 3 CaCO 3 NaCl Global 3 + l 2CO3 + CaCl2 2 58,5 g NaC l = 943,4 kg = 1.103,77 kg 106 g 1.000k g Professora Sonia 09. a) A queia pode ser dada pela equação não balanceada: CxHyNzOw + O 2 CO 2 + H 2O + N 2 Teos que x = w. a istura que surge é forada por CO 2, H 2O e N 2. Então n(total) = n(co 2) + n(h 2O) + n(n 2). n(h 2O) = (1/6)n(total), substituindo, na equação anterior, ve: n(total) = n(co 2) + (1/6)n(total) + n(n 2) n(co 2) + n(n 2) = (5/6)n(total) Confore os dados, sabeos que: n(co 2) = (80/100).(5/6)n(total) n(co 2) = (4/6)n(total). Então: n(n 2) = [(5/6) (4/6)]n(total) n(n 2) = (1/6)n(total) Logo, teos: n(co 2) = (4/6)n(total) n(h 2O) = (1/6)n(total) n(n 2) = (1/6)n(total) A proporção estequioétrica é: (4/6) : (6/6) : 91/6), ou seja, 4 ols de CO 2 : 1 ol de H 2O : 1 ol de N 2. Substituindo na equação de cobustão ncxhynzow + O 2 CO 2 + H 2O + N 2, teos: CxHyNzOw + O 2 4CO 2 + 1H 2O + 1N 2 Fazendo o balanceaento, encontrareos: x = 4, y = 2 e z = 2, logo a fórula ínia é dada por: C 2HNO 2. contatoqpv@gail.co 8

9 b) A assa olar do coposto é dada pela repetição da fórula ínia, ou seja: (C 2HNO 2)n = 71n Aplicando a equação de estado para u gás ideal, tereos: PV = (/M)RT 0,64 x 82 = [(170,4)/71n] x 0,082 x 800 n = 3 (C 2HNO 2) 3 = C 6H 3N 3O 6. c) A equação da cobustão é: 2C H N O + 7,5O 12CO + 3H O + 3N g 7,5 32 g O2 213 g = 120 g O2 10. a) O 2 2[O] [O] + O 2 O 3 b) [O] + O 2 O 3 1ol 1ol Pelo gráfico as curvas se cruza na altitude de 135 k. 11. a) H 2SO 4 + Na 2CO 3 H 2CO 3 + Na 2SO 4 (dupla troca) b) 10,6 toneladas 12. a) C 22H 46 + (67/2)O 2 22CO H 2O. b) 4,4 ols. c) 1 ol (parafina) 22 ols (CO 2) 310 g 22 ols parafina parafina = 62 g. 4,4 ols Coo ua vela equivale a u ano, teos: 1 ano (1 vela) 1,55 g t = 40 anos. t 62 g 13. Tereos: CHCl + Cl CCl + HCl 119,5 g g 36,5 g 11,9 g x y x = 15,34 g 15,34 g CC l 4 CCl4 = 11,5 g 100% 75% y = 3,63 g 3,63 g 100% HC l HCl = 2,72 g 75% contatoqpv@gail.co 9

10 b) CHCl 3: tricloroetano. CCl 4: tetracloroetano. c) Ligação covalente polar. 14. E abos os processos, 1 ol de N 2 produz 2 ols de NH 3. Logo, a diferença de volue produzido deve-se apenas ao rendiento, que é 4 vezes aior no processo Haber. Portanto, a razão é igual a a) 20,5 g de ácido acético. b) 2,7g de oxigênio e excesso. 16. O caundongo te 1,0 g de hidrogênio e 6,4 g de oxigênio. Coo, e 1 ol de água há 2 g de hidrogênio e 16 g de oxigênio, o hidrogênio presente no caundongo seria suficiente para produzir 1,0/2,0 = 0,5 ol de água, enquanto o oxigênio seria suficiente para produzir 6,4/16=0,4 ol de água. Deste odo, a foração de água é liitada pela quantidade de oxigênio. Portanto, a quantidade áxia de água que poderia ser forada apenas pela cobinação dos átoos de hidrogênio e oxigênio presentes no caundongo é 0,4 ol, o que corresponde a 0,4 x 18 = 7,2 g de água. 17. a) 4FeS O 2 2Fe 2O 3 + 8SO 2 8SO 2 + 4O 2 8SO 3 8SO 3 + 8H 2O 8 H 2SO 4 Soando as três equações tereos: 4FeS O 2+ 8H 2O 2Fe 2O 3 + 8H 2SO 4 b) Dividido a equação anterior por 2 : 2FeS + 7,5O + 4H O 1Fe2O3 + 4H SO g 4 98 g g = g = 39,2 kg 18. Tereos: a) A equação quíica do processo é: CuS + O2 Cu + SO. 2 b) Tereos: 1 SO + O SO SO3 H2O H2SO4 SO 1 + O 2 + H O H SO 64 g 98 g 64 kg H2SO4 = 98 kg H2SO4 19. a) Soando as equações I e III, teos: I. C12H22O11 + H2O 4C2H6O + 4CO2 II. 4C H O + 12O 8CO + 12H O C H O + 12O 12CO + 11H O contatoqpv@gail.co 10

11 A foração do etanol libera CO 2 (não venenoso) e a cobustão do etanol produz CO 2 e H 2O não venenosos. Alé disso, todo o CO 2 liberado na queia do açúcar (12CO 2) é consuido na fotossíntese (12CO 2). luz O açúcar é renovável devido à fotossíntese: 12CO + 11H O C H O + 12O b) 6, t. Observação: A assa olecular do etanol é, na realidade, igual a 46g/ol. Assi sendo, a resposta correta do ite b seria 7,5 x 10 6 t. 20. De acordo co a equação da reação quíica, teos: 4HgS + 4CaO 4Hg + 1CaSO + 3CaS 4 232,5 g 4 200,5 g Hg 465 kg = 401 kg Hg kg 100 % 80 % = 320,8 kg de Hg. contatoqpv@gail.co 11