Professor Abel Coelho

APOSTILA BÁSICA SOBRE ESTEQUIOMETRIA Existem várias maneiras de resolver problemas de química que envolvam a estequiometria das reações. Todas essas maneiras envolvem sempre regra de três. O procedimento a seguir é apenas uma sugestão, podendo os problemas ser resolvidos por diferentes caminhos. PROCEDIMENTO: - Escrever a equação da reação (quando esta não for dada); - Fazer o balanceamento da equação; - Identificar e marcar na equação as "substâncias problema" (sobre as quais o problema vai dar ou pedir uma quantidade); - Identificar a grandeza na qual está sendo medida cada substância (massa, nº de mols, volume, nº de moléculas); - relacionar, em mols, as substâncias problema, baseando-se nos coeficientes destas na equação; MONTANDO A REGRA DE TRÊS: - Estabelecer uma relação matemática com base no número de mols (nas respectivas grandezas: massa, volume etc) entre as substâncias problema; - Estabelecer uma relação matemática entre a quantidade dada no problema e a quantidade pedida (o x). EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. Amônia pode ser produzida a partir dos gases nitrogênio e hidrogênio. Calcule a massa de amônia que é obtida quando 5,6 g de gás nitrogênio tiverem reagido. DADOS: H = 1u; N = 14u.

CÁLCULOS COM RENDIMENTO Em muitas reações não é toda a quantidade disponível dos reagentes que é transformada em produto. Quando um dos reagentes é consumido totalmente, obtendo-se o máximo de produto que se poderia, tem-se uma reação com rendimento de 100%. Quando isso não ocorre o rendimento será inferior a 100%. (Logicamente o rendimento nunca poderá ser maior que 100%). EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 04. Se a produção do gás iodídrico (HI) a partir do gás hidrogênio e do iodo ocorrer com rendimento de 40%, qual deve ser a quantidade do HI, em mols, obtida quando se coloca para reagir 200 litros de gás hidrogênio em CATP? 05. Na combustão incompleta de 230 g de etanol (C2H5OH) foram obtidos 200 litros de monóxido de carbono medidos em CATP (condições ambientes de Temperatura e Pressão). Determine o rendimento dessa reação. 06. Na produção do ácido sulfúrico, uma das etapas é a reação do trióxido de enxofre com água, originando o ácido em solução aquosa. Considerando que essa reação ocorre com um rendimento de 80%, que massa de SO3 precisa ser utilizada para se produzir 49 g de ácido sulfúrico?

CÁLCULOS ENVOLVENDO PUREZA 02. Que massa de hidróxido de sódio é necessária para neutralizar completamente 0,6 mol de ácido sulfúrico? DADOS: H = 1u; O = 16u; Na = 23u; S = 32u. 03. O álcool etílico é um dos combustíveis alternativos para substituir a gasolina que está cada vez mais escassa. Calcule o número de mols de dióxido de carbono formadas quando 7,5 m3 de gás oxigênio (em CATP) forem consumidos na combustão completa do álcool etílico. DADO: Em CATP Volume Molar = 25L/mol.

Muitos reagentes utilizados nas reações químicas não são puros. Isto significa que parte da quantidade utilizada para reagir não é da substância que se deseja. Nesses casos é preciso calcular quanto do reagente efetivamente está presente na quantidade utilizada. Portanto, o primeiro cálculo a ser feito relaciona a quantidade utilizada a 100% e a quantidade real a porcentagem de pureza.

EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 07. Rochas calcárias são formadas principalmente por carbonato de cálcio. Quando atacadas por ácido sulfúrico são transformadas em gesso segundo a reação: H2SO4 + CaCO3  CaSO4 + CO2 + H2O Sabendo que em uma rocha calcária o grau de pureza é de 80%, calcule a massa de gesso, em kg, que é produzida a partir de uma rocha de 5 kg. Dados: (C = 12; O = 16; S = 32; Ca = 40). 08. Em um frasco contendo ácido clorídrico pode-se ler no rótulo: Porcentagem de pureza = 36%; Densidade = 1,22 g/mL. Que volume desse ácido deve ser utilizado para neutralizar completamente 5 mols de hidróxido de sódio? Considere: HCl MM = 36,5g/mol

CÁLCULOS ENVOLVENDO EXCESSO Para melhorar o rendimento de reações químicas costuma-se utilizar um dos reagentes em excesso. O reagente que for totalmente consumido é chamado de limitante. Em problemas envolvendo excesso são dadas quantidades de dois reagentes e o primeiro cálculo a ser feito é para determinar qual deles está em excesso e, consequentemente, qual é o limitante. EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 09. Foram colocados em um mesmo recipiente 19,6 g de ácido sulfúrico e 10 g de hidróxido de sódio. Determine qual dos reagentes está em excesso e de quanto é este excesso. 10. Foram colocados para reagir 70g de gás nitrogênio e 30g de gás hidrogênio. Após o término da reação com rendimento de 40%, que massa de amônia foi produzida?

02. Nas estações de tratamento de água, eliminamse as impurezas sólidas em suspensão através do arraste por flóculos de hidróxido de alumínio produzidos na reação representada por Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2  2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 Para tratar 1,0x106m3 de água foram adicionadas 17,1 toneladas de Al2(SO4)3. Qual a massa de Ca(OH)2 necessária para reagir completamente com esse sal? DADOS: H = 1; O = 16; Al = 27; S = 32; Ca = 40. 03. O alumínio é obtido pela eletrólise da bauxita. Nessa eletrólise, ocorre a formação de oxigênio que reage com um dos eletrodos de carbono utilizados no processo. A equação não balanceada que representa o processo global é: Al2O3 + C  CO2 + Al Para 2,4 mols de Al2O3 quantos mols de CO2 e de Al, respectivamente, são produzidos nesse processo? 04. Calcule o volume de monóxido de carbono (em CATP) que é produzido na combustão incompleta de 17,4g de gás butano. DADOS: H = 1u; C = 12u. Volume molar  25 L/mol (em CATP). 05. Que massa de gás nitrogênio precisa ser utilizada para se obter 3,4 toneladas de amônia se a reação apresentar um rendimento de 20%? 06. A ionização do ácido sulfúrico em água pode ser obtida com um rendimento de 98%. Quantos mols de íons hidrogênio serão formados a partir de 24,5g de H2SO4? 07. Na oxidação de 12,8 g de dióxido de enxofre foram produzidas 0,15 mol de trióxido de enxofre. Determine qual foi o rendimento dessa reação. 08. O alumínio, usado na fabricação de panelas, portões, janelas etc., é obtido a partir da bauxita, minério que apresenta alumina (Al 2O3) como principal componente. Calcule a porcentagem de pureza do alumínio metálico na bauxita, sabendo que de cada cinco toneladas do minério são obtidas duas toneladas do óxido de alumínio.

EXERCÍCIOS PROPOSTOS 01. Para transformar mármore em gesso, precisamos atacá-lo com ácido sulfúrico, segundo a reação: H2SO4 + CaCO3  CaSO4 + CO2 + H2O Para 2 kg de mármore, quanto de gesso podemos produzir? Dados: (Ca = 40; C = 12; S = 32; O = 16).

09. Uma solução aquosa contendo 0,2 mol de ácido nítrico (HNO3) foi usada para dissolver 12,5g de hidróxido de prata (AgOH) na forma de nitrato de prata aquoso (AgNO3). Determine: a) Qual substância está em excesso? b) De quanto é o excesso (em gramas)? c) Que massa de AgNO3 é produzida? DADOS: H = 1u; N = 14u; O = 16u; Ag = 108u.

10. O fósforo elementar é obtido industrialmente pelo aquecimento de rochas fosfáticas com coque, na presença de sílica. Considere a reação e os dados abaixo, Responda: a) Para produzir 6,2 g de fósforo elementar (P4) qual é a massa de fosfato de cálcio necessária? b) Sendo produzido 6,2 g de P4 a quantidade de monóxido de carbono formado, em CNTP, ocuparia que volume em litros? c) Se em uma experiência fossem utilizados 310 g de fosfato de cálcio e 120 g de carbono, com sílica suficiente, qual o reagente em excesso? d) Se o coque utilizado apresentar 80% de carbono puro, qual a massa de coque necessária para produzir 12,4 g de fósforo elementar? e) Se a partir de 62 g de fosfato de cálcio forem produzidos 9,3 g de fósforo (P4), qual o rendimento da reação? 2Ca3(PO4)2+6SiO2+10C  P4+6CaSiO3+10CO(g) Massas molares (g/mol): O = 16; P= 31; Ca = 40. Volume molar em CNTP = 22,7 litros.

11. Um recipiente fechado contém 4 g de gás hidrogênio e 71 g de gás cloro. Quando se submete essa mistura a ação da luz solar forma-se cloreto de hidrogênio como produto da síntese. Analise as afirmativas abaixo e marque V ou F. V F - Todo gás hidrogênio contido no recipiente reage. V F - Há um excesso de 67 g de gás cloro. V F - A massa de cloreto de hidrogênio formado é de 73 g. V F - Para que o gás que está em excesso reagisse completamente seria necessário que a massa do outro gás fosse o dobro. V F - O número de mols de cloreto de hidrogênio formado é igual a 2. 12. Amônia e cloreto de hidrogênio reagem formando cloreto de amônio, de acordo com a equação: NH3 (g) + HCl (g)  NH4Cl (s) Analise as afirmativas abaixo e marque V ou F. V F - Na equação balanceada o número de mols de reagentes é igual ao número de mols do produto. V F - O volume ocupado pelo produto corresponde, nas mesmas condições de temperatura e pressão, à metade daquele ocupado pelos reagentes. V F Um litro de amônia reage estequiometricamente, nas mesmas condições de pressão e temperatura, com um

litro de cloreto de hidrogênio para formar cloreto de amônio sólido. V F - Um mol de amônia reage com um mol de cloreto de hidrogênio para formar um mol de cloreto de amônio. V F - 170 g de amônia reagem com 365 g de cloreto de hidrogênio para formar 535 g de cloreto de amônio. 13. A decomposição térmica do calcário pode ser representada pela equação: CaCO3  CaO + CO2 Julgue as proposições a seguir: V F - A decomposição de 2 mols de CaCO3 vai resultar na produção de 56 g de cal virgem, CaO. V F - A formação de 14 g de CaO será acompanhada pela liberação de aproximadamente 2,27 L de CO2 em CNTP. V F - Em dois mols de CO2 há menos oxigênio que em um mol de CaCO3. V F - Considerando rendimento de 100% a produção de 1 Kg de CaO vai requerer o consumo de mais de vinte mols de CaCO3. V F - A decomposição de 5 g de CaCO3 vai levar a produção de aproximadamente 1135 mL de CO2 em CNTP. 14. Julgue os itens abaixo considerando a reação de combustão completa do carbono: V F - A reação mencionada acima pode ser representada pela equação: C(s) + O2 (g)  CO2 (g) . V F - Balanceando esta equação com os menores coeficientes inteiros possíveis a soma destes coeficientes é igual a 3. V F - Partindo de 24 g de carbono o máximo que se pode obter de dióxido de carbono é 44 g. V F - Adicionando-se para reagir 12 g de carbono e 16 g de gás oxigênio o reagente em excesso é o oxigênio. V F - Partindo de 12 g de carbono e se o rendimento da reação for de 50%, deve-se obter 22 g de dióxido de carbono. 15. Um dos gases obtidos no fracionamento do petróleo é o Propano (C3H8), que é largamente utilizado como combustível, principalmente como componente do "gás de cozinha". Calcule a massa (em kg) de gás carbônico que é produzida na combustão completa de 8,8 kg de propano. Dados: H = 1; C = 12; O = 16.

16. A combustão completa do etanol (C 2H5OH), além de produzir gás carbônico, água e calor, ocorre com consumo de oxigênio. Quantos mols de oxigênio são gastos na queima completa de 575 mL de álcool etílico?

23. Calcule a massa atômica de um elemento X, dado que 2,14 x 10−3 mol de átomos de X têm uma massa de 8,56 x 10−2 g. (Dê a resposta com duas casas decimais)

Dados: H = 1; C = 12; O = 16; etanol  d = 0,8 g/mL.

24. Qual é a massa molar de um composto (em g/mol), se uma de suas moléculas tem uma massa de 7,31 x 10−23 g? (Dê a resposta com duas casas decimais)

17. O vinho pode ser transformado em vinagre pela oxidação total do álcool etílico sendo obtido como produto final o ácido acético, na proporção de 1:1 segundo a equação simplificada C2H5OH + ag. Oxid.  CH3COOH + H2O Considerando um rendimento de 70% para essa reação, qual será a massa do ácido obtida a partir de 9,2 g do álcool puro? Dados: H = 1; C = 12; O = 16. 18. Considerando ainda um problema envolvendo a oxidação do etanol, agora com 90% de rendimento, qual deve ser a massa do ácido obtida a partir de 1 L (um litro) de um vinho com 11,5°GL, ou seja, 11,5% de álcool, em volume. Dados: H = 1; C = 12; O = 16; etanol  d = 0,8 g/mL.

19. Que massa de hidróxido de sódio é necessária para neutralizar completamente 1,2 mol de ácido sulfúrico? DADOS: H = 1u; O = 16u; Na = 23u; S = 32u. 20. Na combustão incompleta de 230g de etanol (C2H5OH) foram obtidos 220,5 litros de monóxido de carbono medidos em CATP. Determine o rendimento dessa reação. Massas Atômicas: H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u. Volume Molar em CATP = 24,5 L/mol. 21. Para produzir o gás amônia (NH3) foram inicialmente colocados em um reator 480 g de gás hidrogênio (H2) e gás nitrogênio suficiente. Por ser a reação reversível, nem todo reagente fica transformado em produto e, quando foi atingido o equilíbrio químico observou-se que ainda havia 144 g de H2 (g). Pergunta-se: Qual foi o rendimento dessa reação e que massa de amônia foi produzida? 22. Com o intuito de melhorar o rendimento de uma reação reversível pode-se usar excesso de um dos reagentes, pois isso desloca o equilíbrio no sentido de formação do produto. Ainda sobre a reação de produção da amônia, se forem colocados no reator 480 g de hidrogênio e 1,96 kg de nitrogênio, qual reagente estará em excesso e qual será a massa de amônia obtida caso o rendimento seja de 75 %?

25. Uma amostra de um certo composto contém 6 x 1022 átomos de Na, 2 x 1022 átomos de P e 8x 1022 átomos de O. Qual é a fórmula unitária (fórmula empírica) do composto? 26. Hidrogênio gasoso, H2 (g), reage com óxido de ferro III, Fe2O3, a temperaturas elevadas, formando água gasosa e ferro metálico. Para que sejam produzidos 3,333 g de ferro por esta reação, quantos gramas de óxido de ferro são necessários? (duas decimais) 27. Quanto é a soma das massas, em gramas, de dióxido de carbono e de água, formados quando 525 g de propano, C3H8, são queimados com oxigênio, O2? (Reação de combustão do propano) 28. Suponha que 0,46 mol de ferro, Fe, é colocado para reagir com 0,29 mol de oxigênio, O2, para formar óxido de ferro III, Fe2O3. Qual reagente está em excesso? Que massa desta substância está em excesso?

GABARITO EXERCÍCIOS DE APRENDIZAGEM 01. 6,8 g de NH3 02. 48 g de NaOH 03. 200 mols 04. 6,4 mols 05. 80% 06. 50 g de SO3 07. 5,44 kg 08. 415,53 mL

EXERCÍCIOS PROPOSTOS 1. 2,72 kg 4. 30 L 7. 75% 9. b) 6,3 g 11. FFVVV 14. VVFFV 17. 8,4 g

2. 11,1 ton.

3. 3,6 e 4,8 mols. 6. 0,49 mol 9. a) HNO3

5. 14 ton. 8. 40 % 10. abaixo 9. c) 17 g 12. FFVVV 13. FFFFV 15. 26,4 kg 16. 30 mols. 18. 108 g 19. 96 g 21. 70% e 22. H2 e 20. 88,2% 1904 g 1785 g 24. 44 g/mol 25. Na3PO4 09. 7,35 g de H2SO4 23. 40 u. 26. 4,76 g 27. 2434 g 28. Fe, 4,1 g 10. 34 g de NH3 EP 10. a) 31 g; b) 11,35 L; c) carbono; d) 15 g; e) 75%.