UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ

CENTRO DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ORGANICA E INORGANICAS

Prática de Estequiometria e Rendimento

Aluno: Júlio Peixoto da Silva Júnior Matrícula: 346283 Turma: 13A Curso: Engenharia de Teleinformática Professor: Sergio Xavier Barbosa Araujo

Fortaleza, junho de 2013

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Sumário 1. Estequiometria e Rendimento .................................... 3

2. Objetivos do experimento ................................................ 5

3. Materiais Utilizados ......................................................... 6

3.1. Obtenção do Precipitado (Parte A) ....................................... 6

3.2. Determinação do reagente limitante (Parte B) ...................... 6

3.3. Reagente Limitante (Parte C) ............................................... 6

4. Procedimento Experimental ............................................ 7

4.1. Obtenção do Precipitado (Parte A) ....................................... 7

4.2. Determinação do reagente limitante (Parte B) ...................... 8

4.3. Reagente Limitante (Parte C) ............................................... 8

5. Resultado e Discussões .................................................. 9

6. Conclusão ....................................................................... 11

7. Bibliografia ...................................................................... 12

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1. Estequiometria e Rendimento

Antes de destacar a estequiometria ou cálculo estequiométrico é

necessário destacar que as leis ponderais e o cálculo de fórmulas são de

fundamental importância para a estequiometria. Portanto a estequiometria é o

cálculo das quantidades de reagentes e produtos das reações químicas,

executado em relação as leis de reações químicas e de forma geral utilizando as

equações químicas.

Uma equação química é a descrição global da reação química. Nela,

constam as fórmulas das substâncias reagente e dos produtos.

Reagentes Produtos

Para se escrever uma equação química devemos atender dois pontos

chaves. O primeiro é que a equação deve representar um fato experimental

conhecido e bem analisado e o segundo a equação deve obedecer a lei de

Lavoisier (lei da conservação das massas), que define que as massas dos

regentes deve ser igual à soma das massas dos produtos. Para o cálculo

estequiométrico é necessário que a equação esteja balanceada.

Além da lei de Lavoisier citada acima, a lei de Proust é de fundamental

importância para efetuar o cálculo. A lei de Proust afirma que as substâncias

reagem em proporções fixas e definidas. Pode ver essa relação com esse

simples exemplo onde 4g de H2 reagem sempre com 32g de O2, 8g reagem com

64g, e assim por diante.

Observando o exemplo abaixo será apresentado o conceito de reagente

limitante e reagente em excesso em uma equação. Considere uma mistura de

147g de ácido sulfúrico e 100g de hidróxido de sódio na seguinte equação:

H2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2H2O

Fazendo a estequiometria têm-se que: 98g de ácido sulfúrico está 2x40g

de hidróxido de sódio. Então 147g de ácido sulfúrico equivale a 120g de NaOH.

Porém só temos 100g de NaOH então, invertendo o cálculo iremos observar que

a massa de H2SO4 que reage com 100g de NaOH é de 122,5 g. Então afirma-se

que NaOH é o reagente limitante.

No entanto, quando essa mesma reação é reproduzia em laboratório,

raramente se obtém a quantidade de produto calculada. Isso ocorre devido às

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perdas em etapas como filtração, separação e outras e/ou a formação de

produtos secundários.

Então, podemos definir três tipos de rendimento que envolve reações

químicas:

rendimento real: quantidade obtida no final da reação, medida em gramas

ou mols (quantidade medida);

rendimento teórico: é a massa que deveríamos obter se não houvesse

perdas ou produtos secundários (quantidade calculada com base numa

equação química), e;

rendimento percentual: determina a eficiência de uma reação e é

calculado da seguinte forma.

𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑝𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙

𝑟𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑥 100

O estudo do cálculo estequiométrico da reação do fosfato de sódio

hidratado (Na3PO4.12H2O) com o cloreto de Bário hidratado (BaCl2.2H2O). É

sabido que em um experimento no qual os reagentes são misturados em

proporções diferentes a composição da mistura dependerá do reagente limitante.

Cálculo estequiométrico da equação balanceada.

2Na3PO4.12H2O + 3BaCl2.2H2O Ba3(PO4)2 + 6NaCl + 30H2O

- 2 moles de Na3PO4.12H2O apresenta 380,2g/mol.

- 3 moles de BaCl2.2H2O apresenta 244,2g/mol.

- 1 mol de Ba3(PO4)2 apresenta 601,96g/mol.

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2. Objetivos do experimento

Esta prática apresenta os seguintes objetivos: determinar o rendimento

percentual da reação química, determinar qual é o reagente limitante de uma

amostra e calcular a composição percentual do reagente na equação química

2Na3PO4.12H2O + 3BaCl2.2H2O Ba3(PO4)2 + 6NaCl + 30H2O.

Para obter os objetivos citados acima será necessário realizar as três

etapas de procedimento experimental, na primeira etapa (A) o procedimento

experimental visa a obtenção do precipitado de Ba3(PO4)2, a segunda etapa (B)

é para a determinação do reagente limitante e a terceira etapa (C) é uma

observação sobre o reagente limitante utilizando vinagre e bicarbonato de sódio.

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3. Materiais utilizados

O procedimento experimental foi dividido em três etapas, para cada

etapa serão utilizados os seguintes materiais:

3.1 Obtenção do Precipitado (Parte A)

- mistura de BaCl2.2H2O e NaPO4.12H2O;

- balança de precisão;

- béquer de 250ml;

- água destilada;

- bastão de vidro;

- equipamento de banho-maria;

- papel de filtro;

- funil;

- borrifador com álcool;

- equipamento de filtro a vácuo, e;

- estufa.

3.2 Determinação de reagente limitante (Parte B)

- 100ml da solução que será filtrada na etapa anterior do

experimento, os 100ml serão divididos em dois erlenmeyer;

- 2 gotas de BaCl2.2H2O 0,5M, e;

- 2 gotas de Na3PO4.12H2O 0,5M.

3.3 Reagente Limitante (Parte C)

- 5 (cinco) fracos com vinagre com 7ml, 30ml, 50ml, 70ml, 95ml

respectivamente, e;

- 5 (cinco) bexiga com 8g de bicarbonato de sódio cada.

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4. Procedimento Experimental

4.1 Obtenção do Precipitado Ba3(PO4)2

Utilizando a balança digital de precisão foram pesados 2,00g da amostra

1, após pesada a amostra foi transferida para um béquer de 250ml, houve o

cuidado de na hora da transferência não deixar o pó na parede do béquer. No

béquer foi adicionado 250ml de água destilada, depois de adicionada a água a

solução foi agitada durante aproximadamente um minuto utilizando um bastão

de vidro.

Terminado os procedimentos citados acima, foi necessário esperar a

formação de precipitado para somente então colocar o béquer com a solução

por cerca de 20 a 25 minutos no equipamento de banho-maria a uma

temperatura de aproximadamente de 70°C. O processo de banho-maria é

utilizado para acelerar a reação química.

Em paralelo ao processo de banho-maria foi realizado o processo de

pesagem do papel. O papel que será utilizado como filtro no funil foi pesado e a

balança registrou que o papel de filtro tem a massa de 1,34g. Após o tempo em

banho-maria, foi efetuado o processo de filtragem do precipitado. O líquido do

béquer passa pelo filtro ainda morno, o processo de filtragem foi agilizado com

a utilização do equipamento de filtragem a vácuo. Finalizado todo o líquido ainda

foi feita cinco processos de lavagem com água destilada morna para retirar o

precipitado e por fim foi borrifado etanol para finalizar a lavagem e a retirada do

restante do precipitado.

A solução que foi filtrada será reutilizada na determinação de reagente

limitante, para isso foram divididos dois erlenmeyer com 50ml da solução filtrada.

Após a finalização do processo de filtragem será realizado o processo de

secagem da substância obtida, para isso é necessário retirar o filtro com o

cuidado de não ocorrer perdas no precipitado e levar para a estufa.

Após 10 minutos na estufa a precipitado é pesado juntamente com o

papel de filtro, a primeira pesagem foi de 1,77g. É necessário levar o precipitado

para a estufa mais uma vez para verificar se ainda se tem umidade, após mais

10 minutos a segunda pesagem apresentou 1,77g novamente. Portanto a

quantidade de precipitado encontrada na reação de fosfato de sódio com cloreto

de bário foi de 1,77g com o papel e retirando o peso do papel 1,34g obtemos

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0,43g de precipitado fosfato de bário Ba3(PO4)2. Os resultados serão discutidos

na seção 5.

4.2 Determinação de reagente limitante

Nesse procedimento serão utilizados os dois erlenmeyer contendo cada

um 50ml do filtrado no procedimento anterior e serão realizado dois testes para

determinar qual é o reagente limitante.

No primeiro teste foram adicionados 2(duas) gotas de cloreto de bário

hidratado (BaCl2.2H2O 0,5M) na mistura de 50ml do filtrado e foi observado que

não houve a formação de precipitado.

No segundo teste foram adicionadas 2(duas) gotas de fosfato de sódio

hidratado (Na3PO4.12H2O 0,5M) na mistura de 50ml do filtrado e foi observado

a formação de precipitado. Os resultados serão discutidos na seção 5.

4.3 Reagente Limitante

Cinco frasco contendo 7ml, 30ml, 50ml, 70ml e 95ml de vinagre

respectivamente a esquerda para a direita na figura 1, no qual cada bexiga

continha aproximadamente 8g de bicarbonato de sódio.

Após colocar o bicarbonato de sódio no vinagre é possível observar que

as bexigas inflaram proporcionalmente a quantidade de vinagre presente nos

frascos.

Os resultados e discussões serão analisados na seção 5.

Figura 1: resultado após o bicarbonato de sódio reagir com o vinagre.

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5. Resultados e Discussões

A primeira etapa a ser discutida será a do reagente limitante (Parte C).

O bicarbonato de sódio (NaHCO3) e o vinagre (apresenta 5% de ácido acético)

quando então em reação geram um produto denominado ácido carbônico.

Instantaneamente o ácido carbônico se decompõe em dióxido de carbono,

portando quando se adiciona bicarbonato ao vinagre o gás carbônico é o

responsável por inflar os balões.

Fica evidenciado que o vinagre é o reagente limitante na parte C, pois

todos os outros frascos continham a mesma quantidade de bicarbonato de sódio

no entanto a quantidade de vinagre foi a responsável pela quantidade de gás

carbônico liberada.

Na determinação de reagente limitante (parte B) foi observado a

formação de precipitado ao ser adicionado o Na3PO4.12H2O na solução filtrada.

Este precipitado implica que o fosfato de sódio hidratado (Na3PO4.12H2O) é o

reagente limitante, ou seja os íons de Ba2+ reagiram com os íons de PO42- dando

origem ao precipitado Ba3(PO4)2.

Quando for necessário determinar se o Na3PO4.12H2O estiver em

excesso em uma mistura desconhecida pode-se adicionar algumas gotas de

BaCl2.2H2O a uma parte da amostra. Caso o fosfato de sódio hidratado seja o

reagente em excesso haverá a formação de precipitado causado pela reação

dos íons de PO42- e Ba2+.

Após a obtenção do precipitado Ba3(PO4)2 (parte A), sabendo que seu

rendimento real foi de 0,43g e que o reagente limitante é o fosfato de sódio

hidratado obtêm-se informação suficiente para determinar a composição

percentual da mistura.

Observando a equação apresentada na seção 1, sabe-se que 380,2g de

fosfato de sódio hidratado produzem 601,96 g de fosfato de bário hidratado,

então podemos calcular quantas gramas de fosfato de sódio produzem 0,43g de

fosfato de bário.

𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎3𝑃𝑂4 = 380,2 𝑑𝑒 𝑁𝑎3𝑃𝑂4 𝑥 0,47𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎3(𝑃𝑂4)

601,96 𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎3(𝑃𝑂4)

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Portanto obtemos 0,296g de Na3PO4 que é o reagente limitante, para

obter a massa do reagente em excesso basta subtrair a massa total 2g pela

massa de Na3PO4. Então a massa do reagente em excesso é 1,703g de BaCl2.

𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝐶𝑙2 = 244,2𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝐶𝑙2 𝑥 2𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎3(𝑃𝑂4)

601,96 𝑔 𝑑𝑒 𝐵𝑎3(𝑃𝑂4)

Obtemos 0,811g de BaCl2, portanto 1,703g foi a massa de BaCl2

colocada na mistura, porém 0,811g reagiram e 0,892g estavam em excesso na

mistura.

Para determinar a composição percentual da mistura de sais teremos o

seguinte cálculo:

% 𝑑𝑒 𝑁𝑎3𝑃𝑂4 = 0,296𝑔 𝑥 100%

2𝑔= 14,8%

% 𝑑𝑒 𝐵𝑎𝐶𝑙2 = 1,703𝑔 𝑥 100%

2𝑔= 85,2%

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6. Conclusão

Com a obtenção do precipitado de fosfato de bário foi possível

determinar o rendimento real de 0,43g utilizando 2g da mistura de amostra 1. O

rendimento percentual foi de 91,88% (rendimento real/rendimento teórico).

Foi possível obter a composição percentual da mistura no qual 14,8% é

formada de Na3PO4 e 85,2% é formado por BaCl2. O reagente limitante

encontrado foi o fosfato de sódio com a massa igual a 0,296g e o reagente em

excesso foi o cloreto de bário. Na mistura havia 1,703g de cloreto de bário, porém

como o mesmo se encontrava em excesso somente 0,811g reagiram e 0,891g

do composto ficaram em excesso.

A experiência com o vinagre e o bicarbonato de sódio apresenta um

exemplo no qual a reação chega ao seu fim por conta do agente limitante que no

caso é o vinagre, pois a mesma quantidade de bicarbonato de sódio ser colocada

em diferentes quantidades de vinagra, nota-se que há um crescimento na

liberação do gás com a quantidade de vinagre no frasco.

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7. Bibliografia

1. BROWN, T. L; LeMAY, Jr, H. E.; B. E.; BURDGE, J. R. Química a Ciência Central. 9°ed. São Paulo: Pearson.

2. ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química: Questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.

3. KOTZ, J.C.; TREICHEL JR. P. M.;WEAVER,G.C. Química Geral e Reações Químicas, 6ª ed., vol. 1. São Paulo:Cengage Learning, 2010.