Qui. Semana. Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha)

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1 Semana 9 Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.

2 CRONOGRAMA 03/04 Relações numéricas: u.m.a, massa atômica, número de massa, etc 15:00 Relações numéricas: volume molar nas CNPT e fora das CNPT 19:15 04/04 Relações numéricas: exercícios específicos 13:30 10/04 Leis ponderais; Fórmulas (mínimas, centesimal, molecular) Estequiometria simples 15:00 19:15 11/04 Estequiometria simples: exercícios 13:30

3 17/04 Casos particulares de estequiometria: graus de pureza e rendimento Exercícios de grau de pureza e rendimento 15:00 19:15 18/04 Casos particulares de estequiometria: reagente limitante e em excesso 13:30 24/04 Todos os casos particulares de estequiometria Definições de misturas 15:00 19:15 25/04 Classificação das soluções quanto ao coeficiente e curvas de solubilidade 13:30

4 Estequiometria simples 10 abr 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito

5 RESUMO Esse tópico se relaciona diretamente com o estudo das quantidades de produtos e reagentes em uma reação química. Relações para conversão ou como faço para converter de mol para massa ou de massa para volume ou de mol para volume, professor? Fazendo uma analogia, um bolo é o resultado de uma estequiometria ( proporção ) bem definida entre ingredientes e produtos. Em uma reação química, os reagentes seriam os ingredientes da reação. Seguindo o raciocínio, cada reação tem sua proporção bem definida e expressa no seu equacionamento. Veja: N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) A linguagem química da reação pode ser entendida da seguinte forma: 1 mol de N2 gasoso reage com 3 mol de H2 gasoso para formar 2 mol de NH3 gasoso. Inferências possíveis As proporções da reação são informações valiosas para a resolução de problemas dessa natureza. Algumas delas estão expressas abaixo. Dica: você sempre terá um fator de conversão. Por exemplo, de mol para massa será a massa molar da substância; de mol para volume será o volume molar. Conversões comuns de serem requisitadas em exercícios: Mol massa ou massa mol. Quem é o fator de conversão? A massa molar, que é particular para cada substância. Por exemplo, o HCl tem massa molar ~36,5g/mol (significa que cada mol de HCl equivale, ou contem, à massa de 36,5g) e a H2O, 18g/mol (cada mol de H2O tem 18g). Como converter? Basta multiplicar o número de mol pela massa molar da espécie em questão para converter de mol para massa. O processo inverso é intuitivo, baste dividir a massa pela massa molar para saber o número de mol que aquela massa representa. Exemplo: 3 mol de H2SO4 ou simplesmente 3H2SO4: 141 1N2:3H2 (leia 1 mol de N2 para cada 3 mol de H2) 1N2:2NH3 (leia 1 mol de N2 para cada 2 mol de NH3) 3H2:2NH3 (3 mol de H2 para cada 2 mol de NH3) Logo: Se 2 mol de N2 foram consumidos na reação (reagiram), 6 mol de H2 também reagiram e 4 mol de NH3 foram produzidos. Se 1 mol de NH3 foi gerado na reação, 0,5 mol de N2 reagiu com 1,5mol de H2. Se 6 mol de H2 foram consumidos, 9mol de NH3 foram produzidos. Multiplicando pela massa molar para obter a massa de 3H2SO4: Massa molar = 2 x massa do H + 1 x massa do S + 4 x massa O = 96g/mol Dica: a massa dos elementos é facilmente encontrada na tabela periódica (tomar cuidado para não confundir com o número atômico). Assim: 3mol de H2SO4 x 96g/mol = 3 x 96 = 288g Ou seja, 3mol de H2SO4 (ou somente 3H2SO4) equivalem a 288g de H2SO4. É importante notar que as relações estarão sempre expressas na unidade mol. Por esse motivo, será, na maioria das vezes, necessário converter unidades para alcançar os objetivos do problema, que pede, usualmente, os resultados em grama ou volume. Vale muito, nessa altura, ressaltar claramente que 288g ou 3mol de H2SO4 são a mesma quantidade expressa em unidades diferentes.

6 Conversão de mol para volume (para gases nas Condições Normais de Temperatura e Pressão) Quais são as Condições Normais de Temperatura e Pressão? Para a IUPAC, as condições normais de temperatura e pressão são: 0oC e 1atm. Então quer dizer que qualquer gás que se encontrar nessas condições estará nas CNTP, professor? Sim, meu querido nerd Descomplica. Além disso, é válido destacar que os gases que estão fora das CNTP não irão participar das regras expostas aqui. Dessa forma, gases em temperaturas diferente de 0oC ou em pressões diferentes de 1atm não participarão da nossa festinha. Aqui, o fator de conversão usado é o volume molar. Ele tem o valor de 22,4L/mol (ou seja, cada mol equivale a 22,4L de gás). Para passar de mol para volume, devemos multiplicar o número de mol, em mol, por esse fator, e para converter de volume para mol, devemos dividir o volume, em litros, pelo volume molar. Exemplo: 5O2 nas CNTP = 5 mol x 22,4L/mol = 112L de O2 6H2 nas CNTP = 6 mol x 22,4L/mol = 134,4L de H2 Repare que o fator de conversão é fixo e não depende da natureza da substância, diferentemente da massa molar, que dependia da substância. 3 mol de H2SO4 x 6 x moléculas de H2SO4/mol = 18 x = 1,8 x moléculas de H2SO4. Cada molécula de H2SO4, porém, apresenta 2 átomos de H/molécula e 4 átomos de O/molécula. Assim, calculamos os átomos de O e H. H: 1,8 x moléculas de H2SO4 x 2 moléculas de H/molécula de H2SO4 = 3,6 x átomos de H. O: (4 átomos de O/molécula de H2SO4) x 1,8 x moléculas de H2SO4 = 7,2 x átomos de O. Exercício relacionando massa com massa de duas substâncias em uma reação Você concorda com o que segue? 2 mol de NaOH reage com 1 mol de H2SO4 produzindo, concomitantemente, 1 mol de sal e um de H2O? Se pensou sim, está correta(o) 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + H2O(l) Calcule a massa produzida de sal ao serem neutralizados 160g de NaOH. Resposta: Via regra de três: Se 80g (2NaOH) produzem 152g (1Na2SO4), 160g de NaOH produzem x 80g g 160g xg x = 304g de Na2SO4 142 Conversão de mol para número de entidades químicas (nome genérico para átomos, íons ou moléculas) Exercício com relação massa-volume C2H6O(g) + 3O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(v) Aqui o fator de conversão será o Número de Avogadro, que independe da natureza da substância, e vale 6,02 x entidades químicas/mol. Então cada mol de O2 tem 6,02 x moléculas de O2; cada mol de O tem 6,02 x átomos de O; cada mol de NO3 - tem 6,02 x íons NO3 -. Exemplos: 3 mol de H2SO4 apresentam quantos mol de moléculas do ácido, quantos átomos de H e quantos de O. 69g de álcool foram consumidos no deslocamento de um veículo total flex. Calcule o volume de gás carbônico produzido nesse processo. Resolução: Via regra de três: Se 46g (1mol de C2H6O) produz 44,8L (= 2CO2) de CO2(g), 69g produzem xl de CO , x x = 67,2L de CO2

7 Relação mol-mol Com a mesma equação acima, indique quantos mol de H2O são produzidas se 2CO2 for também produzido. Resolução: Quando 2 mol de CO2 são produzidos, sabemos que concomitantemente 3 de H2O também são. EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. Fosgênio, COCl2, é um gás venenoso. Quando inalado, reage com a água nos pulmões para produzir ácido clorídrico (HCl), que causa graves danos pulmonares, levando, finalmente, à morte: por causa disso, já foi até usado como gás de guerra. A equação química dessa reação é: COCl2 + H2O CO2 + 2 HCl Se uma pessoa inalar 198 mg de fosgênio, a massa de ácido clorídrico, em gramas, que se forma nos pulmões, é igual a: 2. a) 1, b) 1, c) 2, d) 3, e) 7, 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). 143 a) 22 g b) 44 g c) 80 g d) 120 g e) 220 g 3. Calcule o número de moléculas de NO formadas, juntamente com água, na reação da amônia (NH3) com 3, moléculas de oxigênio. 4. Em países de clima desfavorável ao cultivo de cana-de-açúcar, o etanol é sintetizado através da reação de eteno com vapor de água, a alta temperatura e alta pressão. No Brasil, por outro lado, estima-se que 42 bilhões de litros de etanol (4, L) poderiam ser produzidos anualmente a partir da cana-de-açúcar. a) Determine quantas toneladas de eteno seriam necessárias para sintetizar igual volume de etanol, supondo 100% de eficiência. (Dados: massas molares, em g/ mol: eteno = 28, etanol = 46; densidade do etanol = 800 g/l)

8 b) Para percorrer uma distância de 100 km, um automóvel consome 12,5 L de etanol (217,4 mols). Supondo combustão completa, calcule o número de mols de dióxido de carbono liberado para a atmosfera nesse percurso. EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. A cal viva, CaO, é um material utilizado no preparo de argamassas para construção civil, em pinturas de baixo custo para muros (caiação), bem como em jardinagem. Ao preparar o material para pintura de caules de árvores, um jardineiro misturou, sob agitação, 28 kg de CaO com água em excesso, realizando uma reação química. A reação da cal viva com água resulta na formação da cal extinta, hidróxido de cálcio. A quantidade máxima de cal extinta obtida, em kg, foi de 2. a) 28 b) 37 c) 57 d) 64 e) 74 O óxido de alumínio (Al2O3) é utilizado como antiácido. Sabendo-se que a reação que ocorre no estômago é 144 a massa desse óxido que reage com 0,25 mol de ácido será a) 3,25g b) 4,25g c) 5,35g d) 6,55g e) 7,45g 3. Em 100 gramas de alumínio, quantos átomos deste elemento estão presentes? Dados: M(Al) = 27 g/mol 1 mol = 6,02 x átomos 4. O acionamento de air bags é efetuado através da decomposição violenta da azida de sódio, segundo a reação representada pela equação química a seguir. NaN3 Na + 3/2N2 A decomposição completa de 130 g de azida de sódio produz um volume de nitrogênio, em litros, nas CNTP, aproximadamente igual a:

9 5. A massa de dióxido de carbono liberada na queima de 80g de metano, quando utilizado como combustível, é: (Massas molares, em g/mol: H=1; C=12; O=16.) 6. O alumínio metálico é obtido pela redução eletrolítica da bauxita, na presença da criolita que age como fundente, abaixando o ponto de fusão da bauxita de 2600 C para cerca de 1000 C. Considerando que a bauxita é composta exclusivamente por óxido de alumínio, Al2O3, a massa em toneladas de alumínio metálico obtida a partir de 51,0 toneladas de bauxita é de: QUESTÃO CONTEXTO! 145 Em janeiro deste ano, um caminhão que trafegava pela rodovia Anhanguera-SP vazou seu carregamento contendo ácido sulfúrico. Por sorte a quantidade vazada de ácido foi controlada e era pequena. Imagine que você é o químico responsável por conter os potenciais danos do vazamento e que foi prontamente informado que 9l do ácido ainda se encontra na pista para neutralização. Usando a soda cáustica como base neutralizante e a reação abaixo como base, calcule a massa de base necessária para conter o vazamento. 2NaOH(aq) + H2SO4(aq) Na2SO4(aq) + H2O(l) Dado: densidade do ácido sulfúrico: 1,84g/cm 3

10 GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. b 2. e 3. 2NH3 + 5/2O2 2NO + 3H2O 2,5 mols de O mols de NO 2,5. 6,1023 moléc. de O ,1023 moléc. de NO 3, moléculas de O2 --- x = 2, moléculas 4. a) 4, L etanol x 800 g etanol/1 L etanol x 1 ton etanol/106 g etanol = 3, toneladas de etanol Cálculo massa eteno H2C=CH2 + H2O H3C-CH2OH 1 mol de H2C=CH mol de H3C-CH2OH 28 g de H2C=CH g de H3C-CH2OH x ton de H2C=CH , ton de H3C-CH2OH x = 2,0.107 ton C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O 02. Exercícios para casa! 1. b 2. b 3. 2,22 x ,2L 5. e 6. 27,0t 03. Questão contexto Massa de ácido na pista: densidade do ácido x volume = 1,84 x 9 = 16,56kg ou 16560g. 98g g 16560g g R: 6,76kg de NaOH mol de C2H5OH mols de CO2 1 mol de C2H5OH mols de CO2 217,4 mols de C2H5OH x = 434,8 mols 2) c 3) d 4) c 5) d 7) a 8) c

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