Aula 2 - 2 Ano - Estequiometria

8/19/2019 Aula 2 - 2 Ano - Estequiometria

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Professor M onitor : Lúcio da Sil va Barboza Fi lho

Estequiometria Industrial

Rendimento

Grau Pureza

Reagente em Excesso

1-Conceito de Estequiometria:

O cálculo estequiométrico é uma decorrência das leis das reações químicas e

da teoria atômico-molecular. Nesse cálculo, são utilizadas, normalmente, as

informações quantitativas existentes na própria equação que representa a reaçãoquímica. Por exemplo:

Dados: H = 1uma, N= 14uma

2 – Resolução de Exercícios (Sugestão)

1 - Verificar se a equação química estar devidamente balanceada;

2 - Verificar as proporções molares (coeficientes);

3 - Verificar os dados proposto e o pedido (x);

4 - Regra de três (lei de Proust), para determinar o que foi pedido (x).

LEMBRE-SE QUE:

3- Rendimento e grau de pureza

Na prática, a maioria das reações químicas não chegam a ser completas, seja

porque muitas são reversíveis e tendem a estabelecer um equilíbrio entre reagentes e

produtos.

4- Rendimento

O rendimento (R) de uma reação pode ser calculado pela relação entre a

massa prática (mp ) obtida na reação com a massa teórica (mt).

=

%

Exemplo: Para a reação não equilibrada

N2 + H2 → NH3

Calcule a massa de NH3 obtida a partir de 56g de N 2, sabendo que a reaçãoapresenta um rendimento de 60%.

Resolução

Para calcular a verdadeira massa obtida, faz-se uma regra de três:

5 - Grau de Pureza

Muitas vezes o reagente não está em seu estado puro, mas

acompanhado de outras impurezas que não participam da reação. Deste

modo é preciso desprezar essas impurezas para se efetuarem os cálculos

corretamente.

Exemplo:

A decomposição térmica de 2 toneladas de calcário (CaCO 3) com

90% de pureza, levou a produção de cal viva (CaO). Qual a massa de CaO

produzida?

A reação:

(Funrei-MG) Leia o texto a seguir. O funcionamento dos air bags nos

automóveis é resultado de esforços combinados de químicos e

engenheiros e já salvou milhares de vidas no mundo. O sistema é

ativado por sensores que detectam uma colisão e iniciam a explosão

elétrica de uma pequena carga. Isso, por sua vez, desencadeia a

transformação química de uma substância, produzindo um gás, que

preenche uma bolsa plástica. Uma das substâncias utilizadas é o azoteto

de sódio, NaN3. Essa substância se decompõe no air bag de acordo com

a seguinte reação:

2 NaN3(s) → 2 Na(s) + 3 N2(g)

Que massa aproximada de azoteto de sódio, em gramas, é capaz de

produzir um volume igual a 11,2 litros de gás, nas condições normais de

temperatura e pressão? (Considere que 1 mol de gás ocupa 22,4 litros

nas CNTP.). Massas atômicas aproximadas (em u): Na= 23; N=14.

Resposta: 21,6g

2- Ácido fosfórico, H3PO4, pode ser neutralizado com hidróxido de

sódio, NaOH, de acordo com a equação não balanceada abaixo:a) Balancear a equação com coeficientes mínimos inteiros.

Resposta: 1H3PO4(aq) + 3NaOH(aq) → 1Na3PO4(aq) + 3H2O(l)

b) Qual a quantidade de matéria (número de mol) de hidróxido de sódio

que neutraliza 2 mol de ácido fosfórico?

Resposta: 6mols

c) Qual a massa de fosfato de sódio, Na 3PO4, formada a partir de 600 g

de NaOH?

Resposta: 820g

d) Qual o número de moléculas de ácido fosfórico que reage com 600 g

de NaOH?

Resposta3,0 1024 moléculas.





Rendimento

Grau Pureza

Reagente em Excesso

Cálcu los de rendimento

1- (Uni-Rio-RJ) “A contaminação da água com arsênio está preocupando a

Primeira-Ministra de Bangladesh (...) que já pediu ajuda internacional.”(“JB”,

05/10/99.).

O arsênio não reage rapidamente com a água. O risco da permanência do As

em água é o seu depósito nos sedimentos. É a seguinte a reação do arsênio com

NaOH:

2As + 6 NaOH → 2 Na3AsO3 + 3H2

75 g de arsênio reagiram com NaOH suficiente, produzindo 25,2 L de H 2, nas

CNTP. O rendimento percentual da reação foi de:

(Dados: Massas atômicas: H =1u; O = 16u; Na = 23u; As =75u e Vm = 22,4 L)

Resposta: 75%

2- (PUC-PR) 39,2 g de ácido sulfúrico reagem com quantidade suficiente de

hidróxido de cálcio produzindo quantos gramas de sulfato de cálcio, sabendo que o

rendimento desta reação é de 90%? Dados: H =1,00 g/mol; O = 16,00 g/mol; S =

32,00 g/mol; Ca = 40,00 g/mol

H2SO4 + Ca(OH)2 → CaSO4 + 2 H2O

Resposta: 48,96 g de sulfato de cálcio

3- (Vunesp-SP) O solvente acetato de etila é obtido pela reação entre ácido acético e

etanol, em presença de pequena quantidade de ácido sulfúrico. Forma-se, também,

água no processo.

C2H4O2 + C2H5OH → C4H8O2 + H2O

ácido acético etanol acetato de etila Massas molares em g/mol: ácido acético = 60,

acetato de etila = 88. Sabendo que o rendimento do processo é de 80%, calcule a

massa de ácido acético necessária para a produção de 70,4 kg de acetato de etila.

Resposta: 60 kg.

4 - A fabricação de ácido sulfúrico a partir de enxofre ocorre em três etapas:

S(s) + O2(g) → SO2(g 1a etapa

2SO2(g) + O2(g) → 2SO3(g) 2a etapa

SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(aq) 3a etapa

A etapa mais difícil dessa síntese é a 2a.

Determine a massa de trióxido de enxofre (SO3) obtida a partir de 512 g de dióxido

de enxofre (SO2) num processo com rendimento de 60%.

Resposta: 384 g de SO3(g)

5 - O acetato de pentila (C7H14O2) é uma substância orgânica que constitui a

essência artificial de banana. Para obter essa substância, provoca-se uma reaçãoentre ácido acético (C2H4O2) e propan-1-ol (C5H12O):

C2H4O2 + C5H12O → C7H14O2 + H2O

Qual a massa de acetato de pentila obtida quando 300 g de ácido acético reagem,

admitindo que o rendimento da reação seja de 80%?

Resposta: 520 g de C7H14O2

6 - (PUC-RJ) O sulfato de cálcio (CaSO 4) é matéria-prima do giz e pode ser obtido

pela reação entre soluções aquosas de cloreto de cálcio e de sulfato de sódio

(conforme reação abaixo). Sabendo disso, calcule a massa de sulfato de cálcio

obtida pela reação de 2 mols de cloreto de cálcio com excesso de sulfato de sódio,

considerando-se que o rendimento da reação é igual a 75%.

CaCl2(aq) + Na2SO4(aq) → CaSO4(s) + 2NaCl(aq)

Resposta: 204 g CaSO4

Cálcul os de Pureza

1- (UFMG) Fósforo branco (P4(s)), usado em bombas incendiárias na

guerra entre Irã e Iraque, na década de 80, é preparado industrialmente

pela reação química:

2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 + 10C → 6CaSiO3 + 10CO + P4

Quantos gramas de fósforo branco podem ser preparados a partir

de uma amostra de 374 g contendo 75,9% de Ca3(PO4)2?

Resposta: 56,8 g de fósforo branco

2 - (UnB-DF) O hidrogeno carbonato de sódio (NaHCO3) é empregado:

a) na neutralização de ácidos;

b) como fermento de massas de bolos;

c) na extinção de pequenas chamas, quando atirado diretamente sobre

elas.

Os empregos a e b devem-se à produção de CO2, resultante da

decomposição térmica de NaHCO3, como se ilustra a seguir:

2 NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

Uma amostra pura de NaHCO3 (176,0 g) foi aquecida. Houve

decomposição de 75% da amostra. Qual foi a massa (em gramas) do

CO2 liberado na reação?

Resposta: 34,6 g

3- (PUC-MG) Um fermento químico utilizado para fazer bolos é o sal

bicarbonato de amônio, também chamado de “carbonato ácido de

amônio”. Quando aquecido, esse sal se decompõe em gás carbônico,

amônia e água. Partindo de 25,0 g de um fermento que apresenta 80% de

pureza em carbonato ácido de amônio, responda:

a) qual é a reação do processo?

Resposta: NH4HCO3 → NH3 + H2O + CO2

b) qual o volume de gás carbônico obtido, nas CNTP?

Resposta: 5,67 L

c) qual a quantidade de matéria de amônia obtida?

Resposta: 0,25 mol de NH3

d) como essa reação favorece o crescimento do bolo?

Resposta: A reação forma CO2, que se expande no interior da massadevido ao aumento de temperatura.

4- (Unicamp-SP) Em 1990 foram consumidos, em nosso país, cerca de

164 bilhões (164 109

) de cigarros. A massa de um cigarro que équeimada corresponde a aproximadamente 0,85 g. Considerando que

40% da massa do cigarro seja do elemento carbono, quantas toneladas

de dióxido de carbono (CO2) os fumantes lançaram na atmosfera em

1990, no Brasil?

Resposta: 204 500 t.

5- (UFPE) A hematita, que é constituída principalmente por óxido de

ferro III, é o principal minério de ferro de Carajás; seu grau de pureza é

86,5%. Considerando o processo de obtenção do ferro, num altoforno,

representado pela equação química:

2Fe2O3 + 6C + 3O2 → 4Fe + 4CO2, calcule a massa de ferro em

toneladas – números inteiros – produzidas quando se usam 66 t dehematita. Resposta: 40 t.





Rendimento

Grau Pureza

Reagente em Excesso

6- (Fuvest-SP) A partir de minérios que contêm galena (PbS), pode-se obter

chumbo. No processo, por aquecimento ao ar, o sulfeto é convertido em óxido

(PbO), e este, por aquecimento com carvão, é reduzido ao metal.

a) Escreva as equações químicas que representam a obtenção de chumbo por este processo.

Resposta 2 PbS(s) + 3O2(g) → 2PbO(s) + 2SO2(g) 1° Etapa

PbO(s) 1 C(s) → Pb(s) + CO(g) 2° Etapa

b) O minério da mina de Perau, no Estado do Paraná, tem 9% em massa de chumbo.

Calcule a massa de carvão necessária para obter todo o metal a partir de uma

tonelada do minério.

Resposta 5 217 g de carbono

7- (PUC-SP) Uma das riquezas minerais do Brasil é a hematita (Fe 2O3), que é

empregada na obtenção do ferro. Esse processo é feito em alto-forno, usando-se

carvão como redutor. Em uma das reações ocorridas nesse processo, formam-se o

metal e o monóxido de carbono.

Dado: 1Fe2O3 + 3C → 2Fe + 3CO

Calcule para a obtenção de uma tonelada de ferro:

a) a massa de hematita necessária;

Resposta:

Resposta: 1,43 t de Fe2O3

b) a massa de carvão que apresenta 80% de C em massa a ser empregada;

Resposta:

Resposta: 0,32 t de C

c) o volume de gás obtido nas CNTP.

Resposta:

Resposta: 0,6106 L ou 6,0105 L

Excesso de reagentes

Um exemplo bem simples para entender reagente em excesso e reagente

limitante: Misturam-se 147 g de ácido sulfúrico e 100 g de hidróxido de sódio para

que reajam segundo a equação:

H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O (massas atômicas: H = 1u; O = 16u; Na =

23u; S = 32). Pede-se calcular:

a) a massa de sulfato de sódio formada;

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

Resolução

Primeiro vamos calcular inicialmente a massa de NaOH que reagiria com os147 g de H2SO4 mencionados no enunciado do problema:

Ao analisar o enunciado do problema informa que temos apenas 100 g de

NaOH. Dizemos então que, neste problema, o H2SO4 é o reagente em excesso, pois

seus 147 g “precisariam” de 120 g de NaOH para reagir completamente — mas nós

só temos 100 g de NaOH e isso é impossível.

Vamos, agora, “inverter” o cálculo, isto é, determinar a massa

de H2SO4 que reage com os 100 g de NaOH dados no enunciado do

problema:

Agora isso é possível, e significa que os 100 g de NaOH

dados no problema reagem com 122,5 g de H2SO4. Como temos 147 g

de H2SO4, sobrarão ainda 24,5 g de H2SO4 (147 - 122,5 = 24,5), o que

responde à pergunta (b) do problema.

Conclusão: Ao contrário do H2SO4 que, neste problema, é o

reagente em excesso, dizemos que o NaOH é o reagente em falta, ou

melhor, o reagente limitante da reação, pois o NaOH será o primeiro

reagente a acabar ou se esgotar, pondo assim um ponto final na reação e

determinando as quantidades de produtos que poderão ser formados.

De fato, podemos calcular:

Isso responde à pergunta (a) do problema. Veja que o cálculo

foi feito a partir dos 100g de NaOH (reagente limitante), mas nunca

poderia ter sido feito a partir dos 147g de H2SO4 (reagente em excesso),

pois chegaríamos a um resultado falso — note que os 147g de H2SO4 não

podem reagir integralmente, por falta de NaOH.

1- (Unifesp-SP) No laboratório de química, um grupo de alunos realizou oexperimento esquematizado na figura que simula a fabricação de bicarbonato de sódio, um produto químico de grande importânciaindustrial.

O frasco II, imerso em um banho de água e gelo, contém solução aquosacom carbonato de amônio e 23,4g de cloreto de sódio. O frasco I, geradorde gás carbônico, contém “gelo-seco”, que, quando borbulhado na soluçãodo frasco II, causa uma reação, produzindo como único produto sólido o bicarbonato de sódio. Decorrido o tempo necessário de reação, os cristaisforam separados e secados, obtendo-se 25,2g de NaHCO3. Considerandoque o reagente limitante é o NaCl, o rendimento percentual do processo,corretamente calculado pelo grupo de alunos, foi igual a:1CO2(g) + 1(NH4)2CO3(aq) + 2NaCl(aq) + 1H2O(l) → 2NaHCO3(s) +2NH4Cl(aq)





Rendimento

Grau Pureza

Reagente em Excesso

2- (Fuvest-SP) A combustão do gás metano, CH 4, dá como produtos CO2 e H2O,

ambos na fase gasosa. Se 1L de metano for queimado na presença de 10L de O 2,

qual o volume final da mistura resultante? Suponha todos os volumes medidos nas

mesmas condições de temperatura e pressão e comportamento ideal para todos osgases.

3- (PUC-SP) Misturam-se 1,000 kg de CS2 e 2,000 kg de Cl2 num reator, onde se

processa a transformação:

CS2 + 3Cl2 → CCl4 + S2Cl2

As massas do CCl4 formado e do reagente em excesso que resta quando a reação se

completa são:

a) 1,446 kg de CCl4 e 0,286 kg de CS2

b) 2,026 kg de CCl4 e 0,286 kg de CS2

c) 1,446 kg de CCl4 e 0,286 kg de Cl2

d) 2,026 kg de CCl4 e 0,286 kg de Cl2

e) 1,286 kg de CCl4 e 0,732 kg de Cl2

4- (Unb-DF) Em um recipiente, colocam-se 5 mols de átomos de ferro e 4 mols de

vapor d‘ água para reagir segundo a equação não-balanceada:

Fe(s) + H2O(v) → Fe3O4(s) + H2 (g)

Espera-se:

a) a formação de um mol de Fe3O4.

b) a formação de dois mols de H2.

c) um excesso de 3 mols de Fe.

d) um excesso de 1 mol de vapor d’água.

e) que nada ocorra, pois o ferro não reage com vapor

d’água.

5- (Vunesp) Considere a reação em fase gasosa:

N2 + 3 H2 → 2NH3

Fazendo-se reagir 4 L de N2 com 9 L de H2 em condições de pressão e temperatura

constantes, pode-se afirmar que:

a) os reagentes estão em quantidades estequiométricas.

b) o N2 está em excesso.

c) após o término da reação, os reagentes serão totalmente convertidos em amônia.

d) a reação se processa com aumento do volume total.e) após o término da reação, serão formados 8 L de NH3.

6- (PUC-MG) A equação da ustulação da pirita (FeS2) é:

4FeS2 (s) + 11O2 (g) → 8SO2 (g) + 2Fe2O3 (s)

A massa de óxido férrico obtida, em kg, a partir de 300 kg de pirita, que apresenta

20% de impurezas, é igual a:

a) 160

b) 218

c) 250

d) 320

e) 480

7 - (UFF-RJ) O cloreto de alumínio é um reagente muito utilizado em

processos industriais que pode ser obtido por meio da reação entre

alumínio metálico e cloro gasoso. Se 2,70 g de alumínio são misturados a

4,0 g de cloro, a massa produzida, em gramas, de cloreto de alumínio é?

8 - (Vunesp) Na indústria, a amônia é obtida pelo processo denominado

Haber-Bosh, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de

um catalisador apropriado, conforme mostra a reação não-balanceada:

N2 (g) + H2(g) → NH3(g)

Com base nessas informações, considerando um rendimento de 100% e

sabendo que as massas molares desses compostos são: N2 = 28 g/mol, H2 =

2 g/mol, NH3 = 17 g/mol, calcule:

a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7 g de nitrogênio com 3 g de

hidrogênio;

b) nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se

existir, qual a massa em excesso desse.

9 - (Mackenzie-SP) Uma amostra de 340,0 g de salitre-dochile cujo teor

em nitrato de sódio é de 75%, reage com ácido sulfúrico concentrado,

produzindo bissulfato de sódio (NaHSO4) e ácido nítrico (dadas as massas

molares, em g/mol: H = 1; N = 14; O = 16; Na = 23; S = 32). A massa

mínima de ácido, necessária para reagir com todo o nitrato de sódio é igual

a:

10- (Uece) Partindo-se de 200 g da soda cáustica, por neutralização

completa com ácido clorídrico obtêm-se 234 g de cloreto de sódio. A

porcentagem de pureza da soda cáustica é de:

11- (PUC-MG) A equação da ustulação da pirita (FeS2) é:

4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) → 8 SO2 (g) + 2 Fe2O3 (s)

A massa de óxido férrico obtida, em kg, a partir de 300 kg de pirita, que

apresenta 20% de impurezas, é igual a:

12- (Unip-SP) Uma amostra contendo 2,10 g de carbonato de magnésio foi

tratada por ácido clorídrico, obtendo- se 476 mL de gás carbônico,

medidos nas condições normais de temperatura e pressão (massas

atômicas: C = 12; O = 16; Mg = 24; volume molar nas CNPT = 22,4

L/mol). O rendimento da reação foi: reagente?

Lembrete: Otimi smo ésaber que:

Por mais longo que seja o seu di a de estudo, por mai s obscura que seja a

química. Acredite, vocêécapaz de apr eender tudo.

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