Relações Mássicas em Reacções Químicas

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1 Capítulo 3 Relações Mássicas em Reacções Químicas Massa Atómica N.º de Avogadro e Massa Molar Massa Molecular Espectrómetro de Massa Composição Percentual dos Compostos Determinação Experimental de Fórmulas Químicas Reacções Químicas e Equações Químicas Quantidades de Reagentes e Produtos Reagentes Limitantes Rendimento da Reacção Copyright McGraw-Interamericana de España. Autorização necessária para reprodução ou utilização

2 Mundo Micro (átomos e moléculas) Mundo Macro (grama) Massa atómica é a massa de um átomo em unidades de massa atómica (u). Por definição: 1 átomo 12 C «pesa» 12 u Nesta escala: 1 H = 1,008 u 16 O = 16,00 u 3.1

3 Lítio é: 7,42% 6 Li (6,015 u) 92,58% 7 Li (7,016 u) Massa atómica média do lítio: 7,42 6, ,58 7, = 6,941 u 3.1

4 Número atómico Massa atómica Massa atómica média (6,941) Metais Metalóides Não-metais

5 Um mole (mol) é a quantidade de substância que contém tantas entidades elementares (átomos, moléculas ou outras partículas) quantas existem em, exactamente, 12 g (ou 0,012 kg) de 12 C. 1 mol = N A = 6, Número de Avogadro (N A ) 3.2

6 ovos sapatos berlindes átomos Massa molar é a massa de 1 mole de em grama 1 mole 12 C átomos = 6, átomos = 12,00 g 1 12 C átomos = 12,00 u 1 mole 12 C átomos = 12,00 g 12 C 1 mole átomos de lítio = 6,941 g de Li Para qualquer elemento massa atómica (u) = massa molar (gramas) 3.2

7 Um mole de C S Hg Cu Fe 3.2

8 1 átomo 12 C 12,00 u 12,00 g 6, átomos 12 C = 1, g 1 u 1 u = 1, g ou 1 g = 6, u M = massa molar em g/mol N A = Número de Avogadro 3.2

9 Compreende a Massa Molar? Quantos átomos existem em 0,551 g de potássio (K)? 1 mol K = 39,10 g K 1 mol K = 6, átomos K 1 mol K 0,551 g K 6, átomos K 39,10 g K 1 mol K = = 8, átomos K 3.2

10 Massa molecular (ou peso molecular) é a soma das massas atómicas (em u) dos átomos da molécula. SO 2 1S 2O SO 2 32,07 u ,00 u 64,07 u Para qualquer molécula massa molecular (u) = massa molar (grama) 1 molécula SO 2 = 64,07 u 1 mole SO 2 = 64,07 g SO 2 3.3

11 Compreende a Massa Molecular? Quantos átomos H existem em 72,5 g de C 3 H 8 O? 1 mol C 3 H 8 O = (3 12) + (8 1) + 16 = 60 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O moléculas = 8 mol átomos H 1 mol H = 6, átomos H 72,5 g C 3 H 8 O 1 mol C 3 H 8 O 60 g C 3 H 8 O 8 mol átomos H 1 mol C 3 H 8 O 6, átomos H = 1 mol átomos H = 5, átomos H 3.3

12 Espectómetro de Massa Leve Pesado EC = 1/2 m v 2 v = (2 EC/m) 1/2 F = q v B Leve Pesado 3.4

13 % composição percentual de um elemento num composto = n massa molar do elemento massa molar do composto 100% n é o número de moles do elemento em 1 mole do composto C 2 H 6 O %C = 2 (12,01 g) 46,07 g 100% = 52,14% %H = 6 (1,008 g) 46,07 g 100% = 13,13% %O = 1 (16,00 g) 46,07 g 100% = 34,73% 52,14% + 13,13% + 34,73% = 100,0% 3.5

14 Combustão de 11,5 g etanol Recolha de 22,0 g CO 2 e de 13,5 g H 2 O g CO 2 mol CO 2 mol C g C 6,0 g C = 0,5 mol C g H 2 O mol H 2 O mol H g H 1,5 g H = 1,5 mol H g O = g amostra (g C + g H) 4,0 g O = 0,25 mol O Fórmula empírica C 0,5 H 1,5 O 0,25 dividindo pelo menor índice (0,25) Fórmula empírica C 2 H 6 O 3.6

15 Um processo no qual uma substância (ou substâncias) se transforma numa ou mais novas substância é uma reacção química. Uma equação química usa símbolos químicos para mostrar o que acontece durante uma reacção. 3 maneiras de representar a reacção de H 2 com O 2 para formar H 2 O reagentes produtos 3.7

16 Como «Ler» Equações Químicas 2 Mg + O 2 2 MgO 2 átomos Mg + 1 molécula O 2 para dar 2 moléculas MgO 2 mole Mg + 1 mole O 2 para dar 2 mole MgO 48,6 grama Mg + 32,0 grama O 2 para dar 80,6 g MgO NÃO É 2 g Mg + 1 g O 2 para dar 2 g MgO 3.7

17 Acertar Equações Químicas 1. Escreva a fórmula(s) correcta dos reagentes no lado esquerdo e a fórmula(s) correcta do produto(s) no lado direito da equação. O etano reage com oxigénio para formar dióxido de carbono e água C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O 2. Altere os números das fórmulas (coeficientes) para que o número de átomos de cada elemento seja igual em ambos os lados da equação. Não altere os índices. 2C 2 H 6 NÃO C 4 H

18 Acertar Equações Químicas 3. Comece por acertar os elementos que aparecem apenas num reagente e num produto. C 2 H 6 + O 2 CO 2 + H 2 O Comece por C ou H, mas não O 2 carbonos à esquerda C 2 H 6 + O 2 1 carbono à direita 2CO 2 + H 2 O Multiplique CO 2 por 2 6 hidrogénios à esquerda 2 hidrogénios à direita Multiplique H 2 O por 3 C 2 H 6 + O 2 2CO 2 + 3H 2 O 3.7

19 Acertar Equações Químicas 4. Acerte os elementos que aparecem em dois ou mais reagentes ou produtos. C 2 H 6 + O 2 2CO 2 + 3H 2 O Multiplique O 2 por oxigénios à esquerda 4 oxigénios (2 2) + 3 oxigénios (3 1) = 7 oxigénio à direita 7 C 2 H 6 + O 2 2 2C 2 H 6 + 7O 2 2CO 2 + 3H 2 O 4CO 2 + 6H 2 O Remova a fracção multiplicando ambos os lados por 2 3.7

20 Acertar Equações Químicas 5. Assegure-se de que tem o mesmo número de cada tipo de átomo em ambos os lados da equação. 2C 2 H 6 + 7O 2 4 C (2 2) 12 H (2 6) 14 O (7 2) 4CO 2 + 6H 2 O 4 C 12 H (6 2) 14 O ( ) Reagentes 4 C 12 H 14 O Produtos 4 C 12 H 14 O 3.7

21 Alterações de Massa em Reacções Químicas 1. Escreva a equação química acertada. 2. Converta as quantidades de substâncias conhecidas em mole. 3. Utilize os coeficientes das equações acertadas para calcular o número de mole da quantidade procurada. 4. Converta os mole de quantidade procurada nas unidades desejadas. 3.8

22 O metanol arde no ar de acordo com a equação 2CH 3 OH + 3O 2 2CO 2 + 4H 2 O Se 209 g de metanol são utilizadas na combustão, que massa de água é produzida? grama CH 3 OH mole CH 3 OH mole H 2 O grama H 2 O massa molar CH 3 OH coeficientes equação química massa molar H 2 O 209 g CH 3 OH 1 mol CH 3 OH 32,0 g CH 3 OH 4 mol H 2 O 2 mol CH 3 OH 18,0 g H 2 O = 1 mol H 2 O 235 g H 2 O 3.8

23 Reagentes Limitantes Antes do início da reacção Depois da reacção estar completa Reagente limitante Reagente em excesso 6 verdes são consumidos 6 vermelhos não são consumidos 3.9

24 Compreende os Reagentes Limitantes? Num processo, 124 g de Al reagem com 601 g de Fe 2 O 3 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe Calcule a massa de Al 2 O 3 formada. g Al mol Al mol Fe 2 O 3 necessárias g Fe 2 O 3 necessárias g Fe 2 O 3 mol Fe 2 O 3 mol Al necessárias g Al necessárias 124 g Al 1 mol Al 27,0 g Al 1 mol Fe 2 O 3 2 mol Al 160 g Fe 2 O 3 = 367 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 Início 124 g Al 367 g Fe 2 O 3 necessárias Como temos mais de Fe 2 O 3 (601 g), o Al é o reagente limitante 3.9

25 Utilize o reagente limitante (Al) para calcular a quantidade de produto que pode ser formada. g Al mol Al mol Al 2 O 3 g Al 2 O 3 2Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2Fe 124 g Al x 1 mol Al 27.0 g Al x 1 mol Al 2 O 3 2 mol Al 102 g Al 2 O x 3 = 234 g Al 1 mol Al 2 O 2 O

26 Rendimento teórico é a quantidade de produto que se forma se todo o reagente limitante for consumido durante a reacção. Rendimento real é a quantidade de produto obtido na reacção química. % rendimento = Rendimento real Rendimento teórico

27 Concentração de soluções

28 Solução Estequiométrica A concentração de uma solução é a quantidade de soluto presente numa dada quantidade de solvente ou solução. M = molaridade = mole de soluto litros de solução Que massa de KI é necessária para formar 500 ml de uma solução 2,80 M KI? M KI M KI volume KI moles KI gramas KI 500 ml x 1 L 1000 ml x 2,80 mol KI x 1 L 166 g KI 1 mol KI = 232 g KI 4.5

29 Preparar uma solução com uma dada molaridade 4.5

30 A diluição é um processo de preparação de uma solução menos concentrada a partir de uma solução mais concentrada. Diluição Adicionar solvente Mole de soluto antes da diluição (i) = Mole de soluto depois da diluição (f) M i V i = M f V f 4.5

31 Como prepararia 60,0 ml de uma solução 0,2 M HNO 3 a partir de uma solução de 4,00 M HNO 3? M i V i = M f V f M i = 4,00 M f = 0,200 V f = 0,06 L V i =? L V i = M f V f M i = 0,200 0,06 4,00 = 0,003 L = 3 ml 3 ml de ácido + 57 ml de água = 60 ml de solução 4.5