Aula de Esquiometria Prof Kamil

Cálculo Estequiométrico ou Estequiometria:é o cálculo das quantidades de reagentes e/ou produtos

das reações químicas feito com base nas leis das reações

e executado, em geral, com auxilio de regra de três

simples.

Cálculo Estequiométrico ou Estequiometria: é o cálculo

das quantidades de reagentes e/ou produtos das reações

químicas feito com base nas leis das reações e executado,

em geral, com auxilio de regra de três simples.

E se fosse para fazer 2 bolos e meio quanto de trigo, ovos,

xícaras de leite precisaria?

1 trigo ------------------------------------ 1 bolo

X trigo ------------------------------------ 2,5 bolos

X = 2,5 de trigo

# Para o trigo:

# Para o ovo:

6 ovos ------------------------ 1 bolo

X ovos ------------------------ 2,5 bolos

X = 2,5 x 6

X = 15 ovos

# Para o leite:

3 xícaras --------- 1 bolo

X xícaras --------- 2,5 bolos

X = 2,5 x 3

X = 7,5 xícaras

VALORES DA ESTEQUIOMETRIA:

- Massa (mg, g, Kg,...).

- Mol (mol).

- Nº de Partículas (átomos, moléculas ou íons).

- Volume (mL, L, ...).

1 MOL = MASSA MOLAR = 6 X 1023 (nº de partículas) = 22,4 L (CNTP)

Ex1: Reação de produção de amônia.

Ex2: Relação mol, massa, volume e nº departículas

- Massa = 18g.

Em 1 mol de H2O - Volume (CNTP) = 22,4L.

- Nº de partículas = 6x1023 moléculas.

“RECEITA” PARA RESOLVER PROBLEMAS DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO:

I. Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) aequação química mencionada no problema;

II. Identificar no problema o dado e a pergunta;

III. Montar uma proporção acertando os coeficientesentre produtos e reagentes;

IV. Estabelecer e Solucionar uma regra de três simplesentre o dado e a pergunta.

# I.P.C.: Relações e Fórmulas importantes:

1 mol = Massa molar = 6 x 1023 (entidades) = 22,4 L (CNTP)

nº mols = m P x V = n x R x TM x M

•CASOS GERAIS DE CÁCULOESTEQUIOMÉTRICO:

I. RELACIONANDO MOL com MOL:

Equação: Mol ---------- MolProblema: mol ---------- mol

É quando o dado e a pergunta do problema estãoexpressos em mols.

Ex3: Dada a equação química balanceada:Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

Sabendo que o cobre metálico que reage completamentecom 3,2 mols de HNO3. Quantos mols de óxido nítrico se formam?

- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a equação química mencionada no problema;

3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O

- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;

8 HNO3 ----------- 2 NOEquação: Mol --------------- MolProblema: 3,2mols ---------- Xmols NO=?

- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes entre produtos e reagentes;

8 HNO3 ----------- 2 NOEquação: 8mols ------------ 2molsProblema: 3,2mols ---------- Xmols NO=?

X = 6,48

X = 0,8 mols

- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples entre o dado e a pergunta.

8 mols ---------2mols3,2mols --------- Xmols

8X = 3,2 X 28X = 6,4

II. RELACIONANDO MASSA com MASSA:

Equação: MM ---------- MMProblema: m ------------ m

MM: massa molar.

É quando o dado e a pergunta do problema estãoexpressos em massa.

Ex5: Na reação de formação do óxido de cobre (CuO) descritaabaixo: 2Cu + O2 → 2CuO

Calcule a massa de óxido de cobre obtida a partir de 2,54gde cobre metálico. (Dados: Cu=63,5; O=16).

- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) aequação química mencionada no problema;

2Cu + O2 → 2CuO


2 Cu ------------ 2 CuOEquação: MM ------------- MMProblema: 2,54 g ---------- Xgramas CuO=?


2 Cu ------------------- 2 CuO

Equação: 2 x 63,5g/mol----------- 2 x 79,5g/mol

Problema: 2,54 g ----------------- Xgramas CuO=?

- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simplesentre o dado e a pergunta.

x = 403,86127

X = 3,18 g

2 x 63,5g/mol----------- 2 x 79,5g/mol

2,54 g ----------------- Xgramas CuO=?

127X = 403,86

III. RELACIONANDO MOL com MASSA:

Equação: Mol ---------- MMProblema: mol ----------- m

MM: massa molar.

É quando o dado é expresso em mol e a pergunta emmassa ou vice-versa.

Ex8: Quantos mols de ácido clorídrico são necessários paraproduzir 23,4g de cloreto de sódio, obedecendo a seguintereação: HCl + NaOH → NaCl + H2O(Dados: Na=23; Cl=35,5; O=16; H=1)


HCl + NaOH → NaCl + H2O


HCl -------------- NaClEquação: Mol -------------- MMProblema: Xmol HCl=? ------ 23,4 g


HCl ---------------- NaCl

Equação: 1 mol -------------- 58,5g/mol

Problema: Xmol HCl=? -------- 23,4 g


X = 23,458,5

X = 0,4 mols

1 mol -------------- 58,5g/mol

Xmol HCl=? ---------- 23,4 g

58,5X = 23,4

IV. RELACIONANDO VOLUME com VOLUME:

É quando o dado e a pergunta são expressos em volume.

Equação: Mol de volume ---------- Mol de volumeProblema: Volume ------------------ Volume

Ex11: Nos veículos movidos a metano, uma das reações érepresentada abaixo. Nas mesmas condições de pressão etemperatura, qual o volume de H2O produzido a partir da queimade 50 cm³ desse combustível?

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)


CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)


CH4 -------------- 2 H2OEquação: mol (V) ---------- mol (V)Problema: 50 cm³ ---------- X cm³ de CO2 =?


CH4 -------------- 2 H2OEquação: 1 mol (V) ----------- 2 mols (V)Problema: 50 cm³ ---------- X cm³ de CO2 =?


1 mol (V) ----------- 2 mols (V)

50 cm³ ------------- X cm³ de CO2 =?

X = 100 cm³ ou 100 mL

V. RELACIONANDO MASSA com VOLUME:

É quando o dado é expresso em massa e a pergunta emvolume ou vice-versa.

Ex14: Calcular o volume de gás carbônico obtidos, nas condiçõesnormais de temperatura e pressão, por calcinação de 200g decálcio. (Dados: C=12; O=16; Ca=40; Vmolar = 22,4L).

CaCO3 → CaO + CO2


CaCO3 → CaO + CO2

Equação: MM ------- 22,4 LProblema: m -------- Volume

MM: massa molar.Volume Molar (CNTP) = 22,4 L.


CaCO3 -------- CO2

Equação: MM---------- VMOLAR

Problema: 200 g ---------- X cm³ de CO2 =?

- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientesentre produtos e reagentes;

CaCO3 ------------ CO2

Equação: 100g/mol ---------- 22,4 LProblema: 200g ------------- X L de CO2 =?


100g/mol ---------- 22,4 L

200g ------------- X L de CO2 =?

100X = 4480

X = 4480100

X = 44,8 L (CNTP)

# I.P.C: O problema acima trata de um gás nas CNTP, casoisso não ocorra, o resultado deve ser transformado parade um gás real. Observe o próximo exemplo.

Ex15: (Mackenzie-SP) O volume de CO2, medido a 27°C e 1 atm, produzido na combustão de 960g de metano, é: (Dados: C=12; O=16; H=1; R=0,082 atm.L.mol-1.K-1)

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)

16g/mol ------------- 22,4L

960g -------------- X litros de CO2 = ?

16X = 21504

X = 2150416

X = 1344L p/gás ideal (CNTP)

P.V = n.R.T

1.V = 60.0,082.300

V = 1476 L

X = 96016

X = 60 mols

# P/ gás real:CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)

16g/mol --------------- 1 mol

960g ____________ Xmol CO2=?

16X = 960

VI. RELACIONANDO MASSA com Nº DEPARTÍCULAS:

É quando o dado é expresso em massa e a pergunta emnº de partículas (átomos, íons, moléculas, etc.) ou vice-versa.

Equação: MM ------- 6x1023 partículasProblema: m -------- nº de partículas

MM: massa molar.Número de Avogadro: 6x1023 partículas.

Ex18: Quantas moléculas de gás carbônico podem ser obtidas pelaqueima completa de 4,8g de carbono puro? (Dados: C=12;O=16):

C + O2 → CO2


C + O2 → CO2


C -------------- CO2

Equação: MM------------ Nº de AvogadroProblema: 4,8g ---------- Xmoléculas de CO2 = ?

X = 4,8 x 6x1023

12X = 2,4x1023 moléculas de CO2

C ------------ CO2

Equação: 12g/mol --------- 6x1023 moléculasProblema: 4,8g ------------- Xmoléculas de CO2 = ?



12g/mol --------- 6x1023 moléculas

4,8g ------------- Xmoléculas de CO2 = ?

12X = 4,8x6x1023

• CASOS PARTICULARES DE CÁLCULOESTEQUIOMÉTRICO:

VII. QUANDO HÁ DUAS OU MAIS REAÇÕES

Veja o exemplo a seguir:

Ex21: Dadas às reações, calcule a quantidade de ácido sulfúrico partindo de 8g de enxofre?

S(s) + O2(g) → SO2(g)SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g)SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(L)

Quando há esse tipo de problema não é necessário calcular ovalor das quantidades dos produtos formados de cada reação. Émuito mais prático “somar algebricamente” as equaçõesquímicas e efetuar o cálculo estequiométrico diretamentena equação final.

S(s) + O2(g) → SO2(g)

SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g)

SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(L)

S(s) + O2(g) + H2O(g) → H2SO4(L)

Neste tipo de problema é indispensável que:

- todas as equações estejam balanceadas individualmente;

- as substâncias “intermediárias” terão que sercanceladas, para isso as quantidades devem ser iguais. Apósessas etapas recaímos em um cálculo estequiométrico comum,onde para resolver é só:


S(s) + O2(g) + H2O(g) → H2SO4(L)


S ------------- H2SO4

Equação: MM------------ MMProblema: 8g ------------ Xgramas de H2SO4 = ?


S -------------- H2SO4

Equação: 32g/mol --------- 98g/mol

Problema: 8g ------------- Xgramas de H2SO4 = ?

X = 8 x 9832

X = 24,5 g


32g/mol ----------- 98g/mol

8g ---------------- Xgramas de H2SO4 = ?

VIII. RENDIMENTO DAS REAÇÕESQUÍMICAS

É comum em uma reação química produzir uma quantidade deproduto menor do que a esperada pela equação químicacorrespondente. Desta maneira dizemos que o rendimento da reaçãonão foi total, ou seja, não foi 100%.

r = quantidade realquantidade teoricamente

RENDIMENTO (r): é o quociente entre a quantidade de produtoobtida e a quantidade de produto calculada teoricamente.

r =

Ex24: Num processo de obtenção de ferro a partir de hematita(Fe2O3), considere a equação não balanceada:

Fe2O3 + C → Fe + CO

Utilizando-se 4,8 t de minério e admitindo-se um rendimentode 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de:(Dados: Massas atômicas: C = 12; O = 16; Fe = 56).


Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO


Fe2O3 ------------ 2 FeEquação: MM--------------- MMProblema: 8g --------------- XTonelada de Fe = ?


Fe2O3 ------------- 2 FeEquação: 160 t ------------- 2 x 56 tProblema: 8g ------------- XTonelada de Fe = ?

- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simplesentre o dado e a pergunta.

160 t ------------- 2 x 56 t

4,8 t --------------- XTonelada de Fe = ?X = 4,8 x 112

160X = 3,36 t de Fe

- PASSO V: Cálculo da quantidade de produto para 80% derendimento.

Rendimento 100% ---------------------- 3,36 tRendimento 80% ------------------------ Y t

Y = 80 x 3,36100

Y = 2,688 t de Fe

IX. PUREZA DOS REAGENTES DAS REAÇÕESQUÍMICAS

Em reações químicas industriais é comum o uso dereagentes impuros, por motivo de serem mais baratos ou porse tratarem, por exemplo, de minérios. O calcário, por exemplo,que é um tipo de minério formado principalmente por CaCO3(substância principal), porém é acompanhado de várias outrassubstâncias, chamadas de impurezas.

Deste modo, se uma amostra de 25g é composta de 85%de pureza temos:

Amostra: 25 g ------------------------ 100%

Subst. principal: X g ----------------------- 85%X = 85 x 25

100X = 21,25 g de substância pura.

Ex27: Uma amostra de calcita, contendo 80% de carbonato decálcio, sofre decomposição quando submetida a aquecimento,segundo a equação abaixo:

CaCO3 → CaO + CO2Qual a massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima

de 800g de calcita?

-PASSO I: Cálculo da quantidade de reagente puro.

800 g ----------------------- 100%CaCO3 puro --------------- 80%

CaCO3 puro = 800 x 80100

CaCO3 puro = 640 g

- PASSO II: Após o cálculo do reagente puro proceda como umcaso geral de cálculo estequiométrico. Escreva e Balancie (acertaros coeficientes) a equação química mencionada no problema;

CaCO3 → CaO + CO2

- PASSO III: Identificar no problema o dado e a pergunta;

CaCO3 --------- CaOEquação: MM------------ MMProblema: 640 g ---------- X gramas de CaO =?

- PASSO IV: Montar uma proporção acertando os coeficientesentre produtos e reagentes;

CaCO3 --------- CaOEquação: 100 g ---------- 56 gProblema: 640 g ---------- X gramas de CaO =?


100 g ---------- 56 g640 g ---------- X gramas de CaO =?

X = 640 x 56100

X = 358,4 g

X. REAGENTE EM EXCESSO E LIMITANTE

# IMPORTANTE !

1º) Numa reação química, os reagentes presentes nem sempreestão de acordo com os coeficientes da equação químicabalanceada.

2º) Nesse caso, um dos reagentes será consumido primeiro e vaideterminar o final da reação, sendo chamado de ReagenteLimitante.

3o) O outro reagente que não foi totalmente consumido ou“restou” é chamado de Reagente em Excesso.

# “Receita para resolver”

Quando são dadas duas quantidades de reagentes umadelas provavelmente está em excesso.

-PASSO I. Escolha uma quantidade e Isole o outro valor;

- PASSO II. Monte a regra de três entre o dado e apergunta e a solucione;

- PASSO III.

Se o valor encontrado > valor isolado → reagente limitante.

Se o valor encontrado < valor isolado → reagente em excesso.

Se o valor encontrado = valor isolado → reagente em excesso.

Ex31: Misturando-se 147g de ácido sulfúrico e 100g de hidróxidode sódio para que reajam segundo a equação descrita abaixo:

H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O

Pede-se calcular:

a) a massa de sulfato de sódio formada;

b) a massa do reagente que sobra (excesso) após a reação.

- PASSO I: vamos escolher a massa de ácido sulfúrico (147g) eisolar a massa do hidróxido de sódio (100g);

- PASSO II: vamos fazer o cálculo da quantidade de hidróxido desódio que reagiria com 147g de ácido sulfúrico;


H2SO4 --------- 2 NaOH

Equação: 98g ---------- 2 x 40g

Problema: 147g --------- Xgramas de NaOH=?

X = 147 x 8098

X = 120 g de NaOH

# I.P.C.: Nestes termos isso é impossível, pois oenunciado do problema informa que temos apenas 100gde NaOH. Como foi encontrado (120g) um valor maior queo isolado (100g) dizemos que o NaOH é o reagentelimitante e que o H2SO4 é o reagente em excesso.

Agora vamos inverter o cálculo, usaremos a quantidade deNaOH e isolaremos o valor de H2SO4 o excesso de H2SO4.


H2SO4 --------- 2 NaOHEquação: 98g ----------- 2 x 40gProblema: Ygramas H2SO4=? ---------- 100g

Y = 100 x 9880

Y = 122,5 g de H2SO4

# I.P.C.: Agora isso é possível, significa dizer que 100g deNaOH dados no problema reagem com 122,5g de H2SO4.Como temos 147g de H2SO4, ainda sobrarão 24,5g o queresponde a pergunta (b) do exemplo 31.

Então agora que sabemos o reagente limitante podemoscalcular o valor do produto formado, procedendo como caso geralda estequiometria:




2 NaOH ------------ Na2SO4Equação: MM----------------- MMProblema: 100g --------------- mgramas de Na2SO4 = ?


2 NaOH ------------ Na2SO4

Equação: 2 x 40g-------------- 142gProblema: 100g --------------- mgramas de Na2SO4=


2 x 40g ---------- 142g100g ---------- mgramas de Na2SO4=?

m = 100 x 14280

m = 177,5 g de Na2SO4

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