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CAPÍTULO 6 – CÁLCULOS QUÍMICOS

PROF.: Aleksey Peixoto

1 Grandezas Químicas

a) Massa Atômica (MA): é a massa do átomo medida em unidades de massa atômica (u). Ex.: MA do Oxigênio = 16u

Unidade de Massa Atômica (u): é igual a 1/12 da massa de um átomo de isótopo de carbono12 (C12).

b) Massa Atômica dos elementos químicos:é a média ponderada das massas de seus isótopos e suas abundâncias relativas. Ex.:

Isótopo Abundância na natureza

Massa atômica

Cl35 75,4% 34,969uCl37 24,6% 36,966u

MACl =

c) Massa Molecular (MM): é a massa da molécula medida em unidades de massa atômica(u). Ex.: H2SO4 (MA => H = 1u, O = 16u, S = 32u)

d) Mol: é a quantidade de matéria que contém 6,02x1023

entidades, ou seja, átomos, moléculas, íons, elétrons... 1 Mol de... = 6,02x1023 de....

Constante de Avogrado:para uma amostra de qualquer elemento químico o número de átomos presentes é sempre o mesmo, ou seja, 6,02x1023 átomos. (Número de Avogrado).

e) Massa Molar(M): é a massa atômica ou a molecular de um mol da substância em questão e tem como unidade mais usada o g/mol ou g.mol1.

Ex.: H2SO4 (MA => H = 1u, O = 16u, S = 32u)

f) Número de Mols ou Quantidade de matéria: representa a quantidade de matéria de uma determinada substância em mols. n = m onde: n = número de mols M m = massa dada em gramas M = massa molar

Ex.: Quantos mols correspondem 88g de dióxido de carbono (CO2)? (Dados: MA => C = 12u e O = 16u)

2 Leis das combinações químicas

a) Lei de Lavoisier (ou lei da conservação da massa): “Em qualquer reação química, em um sistema fechado, a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos”.

A + B C + D Massas mA mB mC mD

Lei de Lavoisier => mA + mB = mC + mD

b) Lei de Proust (ou lei das proporções constantes): “ Uma substância, independente do método de obtenção, apresenta os seus elementos combinados em uma proporção constante e definida ”.

Reação: HCl + NaOH NaCl + H2O1a experiência: 7,3g 8g 11,7g 3,6g 2a experiência: 14,6g 16g 23,4g 7,2g

Proporção constante: HCl NaOH NaCl H2O 1a experiência: 7,3g = 8g = 11,7g = 3,6g = 1


2a experiência: 14,6g 16g 23,4g 7,2g 2

Relação constante

A + B C + D1a experiência: mA mB mC mD

2a experiência: m’A m’B m’C m’D

Lei de Proust => mA = mB = mC = mD

m’A m’B m’C m’D

3 Cálculo de Fórmulas:

a) Fórmula centesimal (ou percentual): representa às porcentagens em massa dos elementos formadores de uma determinada substância.Ex.1: A análise de 0,40g de um certo óxido de ferro revelou que ele apresenta 0,28g de ferro e 0,12g de Oxigênio. Qual é a fórmula centesimal desse óxido?

Ex.2: Calcular a composição centesimal do ácido sulfúrico ( MA => H = 1u , O = 16u , S = 32u ).

b) Fórmula Mínima (ou empírica): indica os elementos formadores da substância, bem como a proporção em número de átomos desses elementos. Deve ser expressa em números inteiros e os menores possíveis.Exs:

Substância Fórmula Molecular

Fórmula Mínima

Água oxigenada

H2O2 HO

Glicose C6H12O6 CH2OÁcido sulfúrico

H2SO4 H2SO4

OBS: (fórmula molecular) = (fórmula mínima) . n

c) Fórmula Molecular: indica os elementos formadores da substância e o número exato de átomos de cada elemento na molécula da substância.Ex: Uma substância de massa molecular 180u apresenta 40,00% de carbono, 6,72% de hidrogênio e 53,28% de oxigênio. Pede –se a fórmula molecular dessa substância. (Dados: MA => H = 1u , O = 16u , C = 2u ).

4 Cálculo Estequiométrico ou Estequiometria: é o cálculo das quantidades de reagentes ou produtos nas reações químicas. REGRAS PRÁTICAS

i. Escrever a equação química descrita no exercícioii. Fazer o balanceamento químico da equaçãoiii. Expressar os cálculos utilizando regra de três

entre os dados e a pergunta do exercício, de acordo com a seguinte relação:

1 mol____ M.M(g)___6,02x1023 moléculas_____ 22,4L (gases nas CNTP).

Ex.: 1) Encontre a massa de Alumínio necessária para o preparo de 300 gramas de Sulfeto de Alumínio (Al2S3). (M.A.: Al = 27; S = 32)

2) Calcule o volume em litros de gás carbônico, nas CNTP, que se obtém a partir de 9,6 gramas de gás metano, segundo a equação: CH4 + O2 ® CO2 + H2O (M.A.: C = 12; H = 1; O = 16)

3) Calcular o número de moléculas de gás hidrogênio formadas a partir de 14,6 gramas de ácido clorídrico segundo a equação: Zn + HCl ® ZnCl2 + H2 (M.A.: Cl = 35,5; H = 1)


5 Casos particulares:

a) Reações consecutivasEx.: Duas das reações que ocorrem na produção de ferro são representadas por: 2C(S) + O2 (G) 2CO(G)

Fe2O3 (S) + 3CO(G) 2Fe(S) + 3CO2 (G)

O monóxido de carbono formado na 1a reação é consumido na 2a. Considerando apenas essas duas etapas do processo, calcule a massa, em quilogramas, de carvão consumido na produção de 1 tonelada de ferro. (Dados: MA => C = 12u, O = 16u, Fe = 56u).

b) Grau de Pureza:Ex.: Carbonato de Cálcio e Ácido sulfúrico reagem da seguinte maneira: CaCO3 + H2SO4 ® CaSO4 + CO2 + H2OPartindo se de 8 gramas de Carbonato de Cálcio com 80% de pureza, qual a massa de sulfato de cálcio formada? (M.A.: Ca = 40; S = 32; C = 12; O = 16)

c) Rendimento de uma reação:Ex.: Calcule a massa de água que é obtida a partir de 17,4 gramas de dióxido de manganês quando este reage com ácido clorídrico. O rendimento desta reação é de 90%. MnO2 + HCl ® MnCl2 + H2O + Cl2 (M.A.: H = 1; Mn = 55: Cl = 35,5)

d) Reagente em excesso:Ex.: Considere a reação em fase gasosa: N2 + 3H2 ® NH3

Fazendo se reagir 4L de N2 com 9L de H2 em condições de pressão e temperatura constantes, pede –se :a) o reagente em excesso. b) a massa de NH3 produzida (M.A.: H = 1; N = 14u)

QUESTÕES

1. U. CatólicaDF Uma substância orgânica contém 72% de carbono, 12% de hidrogênioe 16% de oxigênio. A fórmula mínima dessa substância é:a) C6H12O b) C7H3O2 c) C7H12O16 d) C10H12O3

e) C12H20O3

Dados: C 12 u O 16 u H 1 u

2. UFSE Magnetita, um óxido de ferro, é utilizada para “extração” do metal (Fe). Sabendoque 23,2 g de uma amostra de magnetita pura contém 16,8 g de ferro, a fórmula (mínima)desse óxido de ferro é:Dados:Massas molares (g/mol)Fe ...................... 56O ....................... 16a) Fe4O3 b) Fe3O4

c) Fe2O3

d) Fe2O e) FeO

3. UFFRJ Alguns óxidos de nitrogênio, dentre os quais N2O, NO, NO2, N2O3 e N2O5, podem ser detectados na emissão de gases produzidos por veículos e, também, por alguns processos para fabricação de fertilizantes. Tais óxidos contribuem para tornar o ar muito mais poluído nos grandes centros, tornandoo nocivo à saúde.Dentre os óxidos citados, o que apresenta maior percentual de N é:a) NO b) NO2


c) N2Od) N2O3

e) N2O5

4. U.F. Santa MariaRS Na decomposição de l5,01 g de um determinado composto, obtevese a seguinte proporção de massa (em gramas):C = 3,0 N = 7,0H = 1,01 O = 4,0A fórmula mínima desse composto é:

5. U.E. LondrinaPR A combustão completa de certo composto orgânico oxigenado, defórmula CxHyOz consumiu 3 mols de oxigênio para cada 2 mols de CO2 e 3 mols de H2Oformados.A fórmula mínima desse composto é, portanto:

6. U. Caxias do SulRS A análise de 13,25 g de um composto cuja fórmula é X2CO3 mostrou que este contém 5,75 g de X.A massa atômica de X é: a) 23 b) 27 c) 40 d) 56 e) 60

7. UFMS O gás hilariante é um composto formado a partir do nitrogênio e oxigênio noqual há 17,5 g de nitrogênio para 10,0 g de oxigênio. Portanto, é correto afirmar que:01. o gás hilariante é o trióxido de dinitrogênio;02. um composto com a composição de 7,0 g de nitrogênio e 8,0 g de oxigênio representa também o gás hilariante;04. o gás hilariante é quimicamente conhecido como óxido nitroso ou óxido de dinitrogênio;08. um composto com a composição de 14,0 g de nitrogênio e 8,0 g de oxigênio é gás hilariante;16. o gás hilariante é resultado de uma ligação iônica entre um semimetal e um nãometal.Dê, como resposta, a soma das alternativas corretas.

8. UFPB O ácido ascórbico, a vitamina C, muito usado como remédio na prevenção e tratamento dos resfriados mais comuns, apresenta a seguinte composição percentual em massa: 40,92% de carbono, 4,58% de hidrogênio e 54,50% de oxigênio.Em relação ao ácido ascórbico, é incorreto afirmar que:a) sua fórmula molecular é C6H8O6;b) ele tem massa molar igual a 176 g/mol;c) sua massa molecular é 176 g/mol.

d) sua fórmula mínima é C3H4O3.e) a massa de um mol de sua fórmula mínima é 88 g/mol.

9O papel sulfite recebe este nome, porque na sua clarificação emprega se o sulfito de sódio. Quando este sal reage com ácido clorídrico tem se a seguinte reação: Na2SO3 + HCl ® NaCl + SO2 + H2O

Juntamente com 2,24 litros gás sulforoso, medidos nas CNTP, deve se formar quantas gramas de NaCl?

10. U. Católica DF Uma prática muito comum na agricultura é a utilização de cal virgem,na correção da acidez do solo a ser usado para o plantio. A cal virgem, jogada ao solo,entra em contato com a água, produzindo a cal hidratada, de acordo com a equaçãoabaixo: CaO + H2O Ca (OH)2

Se, na correção de um solo ácido, foram utilizados 15 gramas de cal virgem (CaO) , que apresenta grau de pureza igual a 60%, a massa de cal hidratada obtida será de aproximadamente:a)15,4 g b)9,0 g c)11,9 gd)0,1 ge)30,0 g

11. U.UberabaMG/Pias A barrilha é um importante insumo para a indústria química, tendo aplicações na fabricação de vidros, produtos de limpeza, entre outros. A barrilha é o carbonato de sódio (Na2CO3),o qual é obtido segundo um processo industrial (processo SOLVAY),a partir de salmoura (solução aquosa de NaCl) e carbonato de sódio (CaCO3), segundo a reação: 2NaCl + CaCO3 CaCl→ 2 + Na2CO3

Assinale a alternativa que representa o número de mols de NaCl necessários para produzir 1520g de Na2CO3 :a)18 b)19c)45d)50 e) 40

12. PUCPR Em 100 gramas de alumínio, quantos átomos deste elemento estão presentes?Dados: MA(Al) = 27 g/mol


1 mol = 6,02 x 1023 átomosa)3,7 x l023 b)27 x 1022 c)3,7 x l022 d)2,22 x 1024

e)27,31 x 1023

13. U. Potiguar RN A amônia, usada na fabricação de fertilizantes para gramados e jardins,é fabricada pela reação de nitrogênio do ar com hidrogênio. A equação para a reação é: H2(g) + N2(g) NH3(g)

A massa, em gramas, de amônia, formada pela reação de 1,34 mol de N2 é:a)22,8 b)34,0c)45,6d)17,0 e)38,214 O volume de CO2, nas CNTP, liberado de 1,5 mol de CaCO3 ,conforme reação abaixo é : CaCO3 CaO + CO2 a) 14,9L b) 22,4L c) 29,3L d) 33,6L e) 44,0L

15. Em cada comprimido de determinado medicamento há 0,50g de aspirina. Ingerir um desses comprimidos equivale ingerir aproximadamente quantas moléculas de aspirina?(Dados: massa molecular da aspirina = 180 u , constante de Avogadro = 6,0 x 1023 )a) 1,2 x 1018

b) 1,7 x 1021

c) 1,9 x 1023

d) 2,2 x 1025

e) 2,5 x 1030

16.U.F. Juiz de ForaMG A nitroglicerina é uma substância explosiva, sendo a reaçãoquímica que representa sua explosão dada a seguir.C3H5(NO3)3(L) 3/2 N2(g) + 3 CO2(g) + 5/2 H2O(g) + 1/4 O2(g)

Dados:• Volume molar: 22,4 L/mol• Massa molar: C3H5(NO3)3 = 227 g/mol; N2 = 28 g/molA explosão de 2 mols de nitroglicerina produz:a) 12 mols de gases.b) 42 g de gás nitrogênio.c) 67,2 L de dióxido de carbono, nas CNTP (P = 1 atm e t = 0ºC).

d) 3 x1023 moléculas de O2(g).

17.UFRN O bicarbonato de sódio (NaHCO3) é utilizado na fabricação do extintor de incêndio que produz espuma. Nesse extintor, existe bicarbonato de sódio sólido e uma solução de ácido sulfúrico, em compartimentos separados. Quando o extintor é acionado, o bicarbonato de sódio e o ácido sulfúrico se misturam e reagem segundo a equação:

2 NaHCO3 + H2SO4 Na2SO4 + 2 CO2 + 2 H2O

Se 196 g de H2SO4 reagem em solução, com suficiente NaHCO3, o volume de CO2 gasoso liberado (em litros), nas CNTP, é de:a) 4,48 L b) 8,96 L c) 44,8 L d) 89,6 L

18. PUC MINAS (2005) O gás bromo (Br2) pode ser obtido industrialmente através da eletrólise do NaBr(aq). No laboratório, porém, pequenas quantidades podem ser obtidas pela reação abaixo, representada pela seguinte equação nãobalanceada: MnO2(s) + HBr(g) Br→ 2(g) + MnBr2(aq) + H2O(l). Na situação em que 8 mols de HBr(g) são colocados para reagir com uma quantidade estequiométrica de MnO2(s), o volume de gás bromo obtido nas CNTP é igual a:a) 22,4 Lb) 44,8 Lc) 67,2 Ld) 89,6 L

19. PUC MINAS (2005) O inseticida BHC tem fórmula C6H6Cl6. Com relação a esse composto, é INCORRETO afirmar que:a) um mol de moléculas do inseticida é igual a 291 g.b) uma molécula do inseticida apresenta 18 átomos.c) em 582 g do inseticida, encontramos 1,2 x 1024

moléculas.d) o número de átomos de cloro em 2 mols do inseticida é igual a 12.

20. PUC MINAS (2005) Na poluição atmosférica, um dos principais irritantes para os olhos é o formaldeído (CH2O) , que é formado pela reação do ozônio com o etileno: C2H4( g ) + O3( g ) →2 CH2O( g ) + O( g )


Num ambiente com excesso de O3( g ) , a massa, em gramas, de etileno que é necessária para formar 8 mols de formaldeído é igual a:a) 56b) 60c) 112d) 120

21. PUC MINAS (2004) Um bom método para a preparação controlada do oxigênio puro é a decomposição térmica do clorato de potássio sob vácuo. Essa reação pode ser representada pela equação:

KClO3(s) KCl(s) + 3/2 O2(g)

Com relação à decomposição de 2 mols de clorato de potássio, é INCORRETO afirmar que:

a) a massa de KClO3(s) decomposta é de 245,0 g .b) a quantidade de KCl produzida é de 149,0 g.c) o volume de gás oxigênio ( O2 ) produzido nas

CNTP é de 67,2 L.d) o número de moléculas produzido de gás oxigênio

( O2 ) é de 1,8 x 1023.

22. PUC MINAS (2004) Uma das maneiras de se eliminar gás sulfuroso ( SO2 ) dos gases emitidos pelas chaminés é através do tratamento com água de cal. A reação que ocorre é indicada pela seguinte equação química: 2 Ca(OH)2(s) +2 SO2(g) + O2(g) 2 CaSO4(s) + 2 H2O(l)

Para se removerem 3,2 Kg de gás sulfuroso, a massa de hidróxido de cálcio necessária, em Kg, é:

a)3,70b)6,40c)7,40d)1,60

23. PUC MINAS (2004) O inseticida Parathion tem a seguinte fórmula molecular: C10H14O5NSP. A massa de 1 molécula desse inseticida, em gramas, é aproximadamente, igual a:a) 2,91 x 10 2

b) 2,91 x 10 3

c) 4,85 x 10 – 22

d) 4,85 x 10 – 23

24. PUC MINAS (2004) A substância hidreto de lítio reage com água segundo a seguinte equação: LiH(s) + H2O(l) →LiOH(aq) + H2(g)Essa reação é usada para inflar botes salvavidas. O naufrago pressiona um dispositivo do bote, que contém água e uma cápsula de vidro com LiH. Ao ser pressionada, a cápsula quebrase e o hidreto reage imediatamente com água, liberando o gás. A massa, em gramas, de hidreto de lítio necessária para inflar um bote de 448 litros, nas CNTP, é aproximadamente igual a:a) 160b) 120c) 80d) 40

25. PUC MINAS (2004) Uma molécula do adoçante de fórmula molecular C14H18N2O5 reage segundo as leis ponderais (Lavoisier e Proust) com duas moléculas de água (H2O), para formar uma molécula de ácido aspártico (C4H7NO4), uma molécula de metanol (CH3OH) e uma molécula de fenilalanina. C14H18N2O5 + 2 H2O →C4H7NO4 + CH3OH + fenilalaninaCom base nessas informações, concluise que a fórmula molecular da fenilalanina é igual a:a) C9H7NOb) C10H11NOc) C9H11NO2

d) C10H14N2O2

26. PUC MINAS (2004) Um medicamento à base de hidróxido de magnésio e em forma de pastilha é utilizado contra a acidez estomacal, provocada pelo ácido clorídrico, encontrado no nosso estômago. Sabendo que cada pastilha contém 1,16 gramas de hidróxido de magnésio, a massa de ácido clorídrico, em gramas, neutralizada por essa pastilha, é aproximadamente igual a:a) 0,73b) 1,46c) 2,19d) 2,92

27. PUC MINAS (2007) Nas usinas siderúrgicas, a obtenção do ferro metálico, Fe (MM = 56 g.mol–1), a partir da hematita, Fe2O3 (MM = 160 g.mol–1), envolve a seguinte equação, não balanceada:Fe2O3 s CO

g Fe s CO2 g


Assinale a massa de ferro metálico, em gramas, obtida quando se faz reagir 200 kg de hematita, que apresenta 20% de impurezas.a) 5,60 x 10 5

b) 1,12 x 10 5

c) 5,60 x 10 3

d) 1,12 x 10 3

28. PUC MINAS (2006) As máscaras de oxigênio utilizadas em aviões contêm superóxido de potássio KO2 sólido. Quando a máscara é usada, o

superóxido reage com o gás carbônico CO 2 exalado

pela pessoa e libera gás oxigênio O2 , necessário à respiração, segundo a equação balanceada: 4 KO2 s 2 CO 2 g 2 K2 CO3 s 3 O2 g

Assinale a massa de superóxido de potássio necessária, em gramas, para reagir totalmente com 0,2 mol de gás carbônico.a) 6,10b) 12,20c) 28,40d) 56,80

29. PUC MINAS (2006) Na fabricação de pães, a glicose contida na massa se transforma em álcool etílico e gás carbônico com a ajuda da enzima zimase, de acordo com a seguinte reação, representada pela equação: C6 H12 O6 szimase 2 C2 H 5OH

l 2 CO 2 g

Assim, a massa do pão cresce devido à produção de gás carbônico. Supondose que a massa do pão contenha 3,6 g de glicose, o volume produzido, em litros de gás carbônico, será aproximadamente igual a:a) 0,22b) 0,45c) 0,90d) 1,80

30. PUC MINAS (2006) Na metalurgia do zinco, uma das etapas é a reação do óxido de zinco com o monóxido de carbono, produzindo zinco elementar e dióxido de carbono, segundo a equação: ZnO

s CO g Zn

s CO2 g Considere que a amostra de ZnO tenha 60% de pureza. Nessas condições, para cada mol de zinco

produzido, a massa de ZnO(s) impuro utilizado, em gramas, é aproximadamente igual a:a) 135,0b) 113,0c) 81,0 d) 49,0

31. UFMG (2007) Em um experimento, soluções aquosas de nitrato de prata, AgNO3, e de cloreto de sódio, NaCl, reagem entre si e formam cloreto de prata, AgCl, sólido branco insolúvel, e nitrato de sódio, NaNO3, sal solúvel em água. A massa desses reagentes e a de seus produtos estão apresentadas neste quadro:

Considere que a reação foi completa e que não há reagentes em excesso.Assim sendo, é CORRETO afirmar que X – ou seja, a massa de cloreto de prata produzida – é:A) 0,585 g .B) 1,434 g .C) 1,699 g .D) 2,284 g .

32. UFMG (2003) Suponha que 1 mol de nitrato de chumbo (II), Pb(NO3)2, foi submetido a aquecimento e se decompôs totalmente. A reação produziu óxido de chumbo (II), PbO, e uma mistura gasosa, cujo volume, medido a 25 ºC e 1 atmosfera, foi de 61,25 L.Considere que 1 mol de um gás qualquer, a 25 ºC e 1 atmosfera, ocupa o volume de 24,5 L.Com base nessas informações, assinale a alternativa que apresenta, CORRETAMENTE, a equação da reação de decomposição do nitrato de chumbo (II).A) Pb(NO3)2 (s) PbO (s) + 2 NO→ 2 (g) + 1/2 O2 (g)B) Pb(NO3)2 (s) PbO (s) + N→ 2O4 (g) + 1/2 O2 (g)C) Pb(NO3)2 (s) PbO (s) + NO (g) + NO→ 2 (g) + O2 (g)D) Pb(NO3)2 (s) PbO (s) + N→ 2 (g) + 5/2 O2 (g)

33. UFMG (97) Um bom método para a preparação controlada de oxigênio muito puro é a decomposição


térmica de permanganato de potássio sob vácuo. Essa reação pode ser representada pela equação2 KMnO4(s) K→ 2MnO4 (s) + MnO2(s) + O2(g)Com relação à decomposição completa de 2 mol de permanganato de potássio, éINCORRETO afirmar queA) a massa de KMnO4(s) decomposta é 316,0 g.B) a massa total dos produtos sólidos é 300,0 g.C) a quantidade de O2 (g) produzida é 1 mol.D) as quantidades, em mol, de cada um dos produtos são iguais.

GABARITO

1 a2 c3 e4 CH4O2N2

5 C2H6O6 a7 04 + 08 = 128 d9 11,7g10 c11 e12 d13 c14 d15 b16 d17 d18 b19 c20 c21 b22 a23 c24 a25 c26 b

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