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