QUÍMICA Professora Caroline Azevedo CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS Cálculo estequiométrico O método matemático pelo qual podemos comparar as substâncias envolvidas em um ou mais processos químicos, baseando-se nas leis ponderais e volumétricas. As relações podem ser: Massa Volume Número de mol Número de moléculas Número de átomos
Leis Ponderais Lavoisier -> Conservação da massa Proust -> Lei das proporções fixas Dalton -> Lei das proporções múltiplas Ex.: H 2 + O 2 H 2 O 2 2 + 32 34 2 H 2 + 2 O 2 2 H 2 O 2 2*2 2*32 2 * 34 Cálculo Estequiométrico Os coeficientes de uma reação completamente balanceada indicam a proporção entre as substâncias dos reagentes e dos produtos. Massa molar do elemento = 1 mol de átomos = 6,023. 1023 átomos Massa molar da substância = 1 mol de moléculas = 6,023. 1023 moléculas Ou íons-fórmula Ou íons-fórmula = 22,4 L (gás nas CNTP) = 22,4 L (gás nas CNTP)
Cálculo Estequiométrico Exemplo: A mistura denominada massa de Laming, composta por Fe 2 O 3, serragem de madeira e água, é utilizada para a remoção do H 2 S presente na composição do gás de hulha, um combustível gasoso. Observe a equação química que representa o processo de remoção: Fe 2 O 3 + 3H 2 S 2FeS + S + 3H 2 O Calcule, em quilogramas, a massa de FeS formada no consumo de 408 kg de H 2 S, considerando 100% de rendimento. Rendimento Quando a quantidade de produto é menor do que a calculada podemos relaciona-la ao rendimento da reação. Isso ocorre por alguma perda de substância, evaporação, reagente sem reação entre outros motivos. Exemplo: Clorato de potássio é usado nos sistemas de fornecimento de oxigênio em aeronaves, o que pode tornar-se perigoso, caso não seja bem planejado o seu uso. Investigações sugeriram que um incêndio na estação espacial MIR ocorreu por causa de condições inadequadas de armazenamento dessa substância. A reação para liberação de oxigênio é dada pela seguinte equação química: 2KClO 3(s) 2KCl (s) + 3O 2(g) A partir de 980g de Clorato de Potássio, qual a massa do sal produzido sabendo que o rendimento foi de 80%?
Grau de pureza Quando se tem substâncias no reagente com impurezas, a sua massa real não será a massa exposta pelo problema. O que participa da reação é apenas a substância envolvida. Exemplo: O químico francês Antoine Laurent de Lavoisier ficaria surpreso se conhecesse o município de Resende, a 160 quilômetros do Rio. É lá, às margens da Via Dutra, que moradores, empresário e poder público seguem à risca a máxima do cientista que revolucionou o século XVII ao provar que, na natureza, tudo se transforma. Graças a uma campanha que já reúne boa parte da população, Resende é forte concorrente ao título de capital nacional da reciclagem. Ao mesmo tempo em que diminui a quantidade de lixo jogado no aterro sanitário, a comunidade faz sucata virar objeto de consumo. Nada se perde. Grau de pureza Assim, com base na equação: 2 Al 2 O 3(s) 4Al (s) + 3 O 2(g) e supondo-se um rendimento de 100% no processo, a massa de alumínio que pode ser obtida na reciclagem de 255kg de sucata contendo 80% de Al 2 O 3, em massa, é: a) 540kg b) 270kg c) 135kg d) 108kg e) 96kg
Reações sucessivas Quando a produção de alguma substância ocorre em várias etapas, deverá primeiro ajustar as etapas encontrando um única reação química, ajustando os coeficientes e equilibrando o processo. Exemplo: O etino, também conhecido como acetileno, é um alcino muito importante na Química. Esse composto possui várias aplicações, dentre elas o uso como gás de maçarico oxiacetilênico, cuja chama azul atinge temperaturas em torno de 3000 C. A produção industrial do gás etino está representada, abaixo, em três etapas, conforme as equações balanceadas: I. II. III. Reações sucessivas Considerando as etapas citadas e admitindo que o rendimento de cada etapa da obtenção do gás etino por esse método é de 80%, então a massa de carbonato de cálcio CaCO 3 necessária para produzir 7,4g do gás etino C 2 H 2 é a) 35,6 g b) 18,5 g c) 17 g d) 26,0 g e) 28,0 g
Reagente em excesso e reagente limitante Quando é apresentado o valor de dois reagentes, um deles provavelmente está em excesso. Porém, para calcular as proporções estequiométricas entre reagentes e produtos, o que deverá ser levado em consideração é o reagente limitante. Passo a passo: 1- Determinar o reagente que está em excesso; 2- Calcular pelo valor do reagente que é limitante. Exemplo: A partir de uma mistura de 3,0 g de H 2 e 71,0 g de Cl 2, calcule a massa de HCl que pode ser obtida. (Dadas as massas atômicas: H = 1; Cl = 35,5). H 2 + Cl 2 2 HCl Reagente em excesso e reagente limitante Verificação se há reagente em excesso H 2 + Cl 2 2 HCl 1 2 g de H 2 ---------- 1 71 g de Cl 2 Verifica-se que são necessários apenas 2 g de H 2 para reagir completamente com 71 g de Cl 2. Assim, há 1 g de H 2 em excesso, ou seja, Cl 2 é o reagente limitante. Cálculo da massa de HCl obtida 1 71 g de Cl 2 ---------- 2 36,5 g de HCl Verifica-se que são produzidos 73 g de HCl nessa reação.
QUESTÃO 01 - ESPCEX A platina, utilizada no conversor catalítico dos automóveis, pode ser obtida pela reação: 2 (NH 4 ) 2 PtCl 6(s) 3 Pt (s) + 2 NH 4 Cl (s) + 2 N 2(g) + 16 HCl (g) Supondo um rendimento de 100%, aproximadamente quantos gramas de platina metálica são formados a partir do aquecimento de 13,3g de (NH 4 ) 2 PtCl 6(s)? a) 1,95 b) 5,14 c) 5,84 d) 15,4 e) 17,5 QUESTÃO 02 PUCPR 2016 O airbag é um equipamento de segurança na forma de bolsas infláveis que protege os ocupantes de veículos em caso de acidente e tem como princípio fundamental reações químicas. Esse dispositivo é constituído de pastilhas contendo azida de sódio e nitrato de potássio, que são acionadas quando a unidade de controle eletrônico envia um sinal elétrico para o ignitor do gerador de gás. A reação de decomposição da azida de sódio (NaN 3 ) ocorre a 300 C e é instantânea, mais rápida que um piscar de olhos, cerca de 20 milésimos de segundo, e desencadeia a formação de sódio metálico e nitrogênio molecular, que rapidamente inflam o balão do airbag. O nitrogênio formado na reação é um gás inerte, não traz nenhum dano à saúde, mas o sódio metálico é indesejável. Como é muito reativo, acaba se combinando com o nitrato de potássio, formando mais nitrogênio gasoso e óxidos de sódio e potássio, segundo as reações a seguir:
QUESTÃO 02 PUCPR 2016 NaN 3 Na + N 2 Na + KNO 3 K 2 O + Na 2 O + N 2 Considerando uma pastilha de 150g de azida de sódio com 90% de pureza, o volume aproximado de gás nitrogênio produzido nas condições ambientes é de: Dados: Volume molar de gás nas condições ambientes = 25 g/mol e massa molar do NaN 3 = 65 g/mol. a) 60 L b) 75 L c) 79 L d) 83 L e) 90 L QUESTÃO 03 MACKENZIE 2013 A produção industrial do ácido sulfúrico é realizada a partir do enxofre, extraído de jazidas localizadas normalmente em zonas vulcânicas. O enxofre extraído é queimado ao ar atmosférico produzindo o anidrido sulfuroso (etapa I). Após essa reação, o anidrido sulfuroso é oxidado a anidrido sulfúrico, em alta temperatura e presença de um catalisador adequado (etapa II). Em seguida, o anidrido sulfúrico é borbulhado em água, formando o ácido sulfúrico (etapa III). As reações referentes a cada uma das etapas do processo encontram-se abaixo equacionadas: Etapa I: Etapa II: Etapa III:
QUESTÃO 03 MACKENZIE 2013 Desse modo, ao serem extraídos 200,0 kg de enxofre com 80% de pureza de uma jazida, considerando-se que o rendimento global do processo seja de 90%, a massa máxima de ácido sulfúrico que pode ser produzida será de Dados: massas molares (g/mol): H = 1, O = 16 e S = 32. a) 612,5 kg. b) 551,2 kg. c) 490,0 kg. d) 441,0 kg. e) 200,0 kg. GABARITO 1. C 2. D 3. D