Profª. Alda Ernestina dos Santos

Rio de Janeiro

21 de Janeiro de 2014

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ESTEQUIOMETRIAConceitos e aplicações

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SUMÁRIO

Reações Químicas

Equações Químicas

Estequiometria

Lei de Lavoisier

Lei de Proust

Mol

Principais tipos de cálculos estequiométricos

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REAÇÕES QUÍMICAS

•Transformação da matéria

•Rearranjo dos átomos

•Rompimento de ligações nos reagentes estabelecimento de ligações nos produtos

•Formação de novas substâncias

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)

+

Figura 1: Reação de formação da água, a partir de H2 e O2.

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EQUAÇÕES QUÍMICAS• Representação gráfica das reações químicas

Reagentes Produtos

Eq. simplificadaNa (s) + H2O (l) NaOH (aq) + H2 (g)

Estado físico

Índice

2 Na (s) + 2 H2O (l) 2 NaOH (aq) + H2 (g) Eq. balanceada

Coeficiente estequiométrico

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ESTEQUIOMETRIA

Análise quantitativa dos reagentes e dos produtos envolvidos numa reação

Regida por duas leis ponderais principaisLei de Lavoisier e Lei de Proust

Permite estabelecer :-Proporção entre reagentes e produtos-Quantidade de reagente consumida

-Quantidade de produto formada-Rendimento da reação

-Reagente limitante

Estequio | metria (elemento) | (medida)

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LEI DE LAVOISIER (Lei da conservação das massas)

“Na natureza nada se cria e nada se perde, tudo se transforma”

Em um sistema fechado a quantidade de matéria não é alterada Massa dos reagentes = massa dos produtos Deu origem à química moderna

12g + 32g 44g

4g + 32g 36g

C (graf) + O2 (g) CO2 (g)

+

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l)

+

Antonie Lavoisier (1743-1794)

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LEI DE PROUST(Lei das proporções constantes)

“A proporção, em massa, dos elementos que participam da composição de uma substância é sempre constante e independente do processo químico pelo qual a substância é obtida ”

Proporção constante entre as massas dos reagentes e produtos

C (graf) + O2 (g) CO2 (g)

+

12g + 32g 44g

+

2 C (graf) + 2 O2 (g) 2 CO2 (g)

2 x 12g + 2 x 32g 2 x 44g

Joseph Proust (1754-1826)

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AFINAL, O QUE É MOL?

Quantidade de matéria Mol n

Unidade de medida do SI que expressa a quantidade de matéria

nC = 12 = 6,0221 x 1023 átomos de C 1,99265

Figura 2: Tabela apresentando as principais grandezas e unidades de medida do SI e seus respectivos símbolos.

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QUANTO VALE O MOL?

1 mol de átomos = 6,02 x 1023 átomos 1 mol de moléculas = 6,02 x 1023 moléculas

1 mol de íons = 6,02 x 1023 íons

Figura 3: Representação da quantidade relativa a 1 mol de diferentes elementos e substâncias.

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CONSTANTE DE AVOGADRO

6,02 X 1023

1 mol de partículas X gramas22,4 L de gás

nas CNTPCO2

1 mol = 6,02 x 1023 moléculas = 44 g = 22,4 L

He

1 mol = 6,02 x 1023 átomos = 4 g = 22,4 L

Amedeo Avogadro (1776-1856)

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CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO

1 - Determinação do número de mols, átomos, moléculas ou íons envolvidos nas reações

2- Proporção entre reagentes e produtos

3 - Quantidade de reagentes e produtos envolvidos

4 - Volumes envolvidos nas reações com gases

5- Rendimento de uma reação

6- Determinação do reagente limitante e reagente em excesso

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1 - Quantidade de matéria1 – O propano (C3H8) é um dos componentes do gás de cozinha

(GLP). Sabendo-se que 132 g de propano sofreram combustão. Determine: (Dados: MM C3H8 = 44 g/mol)

a) O número de mols de C3H8 que reagiu

b) A equação balanceada do processo

c) Número de moléculas de C3H8 que reagiu

1 mol de C3H8 44 g de C3H8

X mol C3H8 132 g de C3H8

X = 3 mols C3H8

3 C3H8 (g) + 15 O2 (g) 9 CO2 (g) + 12 H2O (l)

1 mol de C3H8 6,02 x 1023 moléculas

3 mols de C3H8 X moléculas

X = 1,806 x 1024 moléculas

2 – Proporção entre reagentes e produtos2 – A amônia é uma substância de grande utilidade em diversos processos

industriais. Sabendo-se que tal substância é obtida pela reação entre os gases nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2). Relacione a massa e volume de gás de todas as substâncias envolvidas quando emprega-se 1, 3 e 5 mols de N2. Dados: N2 = 28 g/mol; H2 = 2 g/mol; NH3 = 17 g/mol

1 mol de N2 3 mols de H2 2 mols de NH3

28 g de N2 6 g de H2 34 g de NH3

3 mols de N2 9 mols de H2 6 mols de NH3

84 g de N2 18 g de H2 102 g de NH3

140 g de N2 30 g de H2 170 g de NH3

112 L de N2 336 L de H2 224 L de NH3

N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g)

22,4 L de N2 67,2 L de H2 44,8 L de NH3

67,2 L de N2 201,6 L de H2 134,4 L de NH3

5 mols de N2 15 mols de H2 10 mols de NH3

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3 - Quantidade de reagentes e produtos envolvidos3 – Os camelos armazenam a gordura triestearina (C57H110O6), em suas corcovas.

Além de ser fonte de energia, a gordura é também uma fonte de água pois, quando ela é usada ocorre a seguinte reação:

Com base nesta reação calcule: Dados: C57H110O6 = 890 g/mol; O2 = 16 g/mol; CO2 = 44 g/mol; H2O = 18 g/mol

a) A massa de H2O obtida da queima de 454 g de triestearina

b) A massa de oxigênio necessária para oxidar essa quantidade de triestearina

2 C57H110O6 (s) + 163 O2 (g) 114 CO2 (g) + 110 H2O (l)

1780 g de C57H110O6 1980 g de H2O

454 g de C57H110O6 X g de H2O

X = 505 g de H2O

1780 g de C57H110O6 5216 g de O2

454 g de C57H110O6 X g de O2

X = 1330 g de O2

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4- Volumes envolvidos nas reações com gases4 – Um carro pode emitir a cada minutos 600 litros de gases, dos quais 4% em volume

correspondem ao gás tóxico monóxido de carbono (CO). A redução da emissão de CO

é possível transformanando-o em CO2, através da reação com excesso de ar, no

interior do catalisador do automóvel.

Com base nestas informações pergunta-se:

Qual a quantidade de CO em mols, emitida pelo veículo em um período de 1 hora?

1° Cálculo do volume de CO emitido em 1 hora

2° Cálculo do número de mols CO de emitido em 1 hora

600 L de gases 100%

X L de CO 4%

24 L de COx 60

1440 L/h de CO

1 mol de CO 22,4 L

X mols de CO 1440 L

64, 3 mols de CO

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5- Rendimento de uma reação5 – A cal virgem (CaO) é obtida industrialmente a partir da decomposição

térmica do calcário (CaCO3) como representado na equação a seguir :

Sabendo-se que a decomposição térmica de 42,73 g de CaCO3, produziu

17,5 g de CO2, determine o rendimento da reação.

Dados: CaCO3 = 100 g/mol; CO2 = 44 g/mol

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

∆

100 g de CaCO3 44 g de CO2

42,73 g de CaCO3 X g de CO2

X = 18,8 de CO2

Rendimento = (17,5 / 18,8) x 100

93,1 %

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REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE EM EXCESSO

Reagente Limitante Determina o rendimento máximo do produto

Reagente em excessoPresente em quantidade

acima da necessária

Figura 4: Analogia, associando chassis e rodas de automóveis, aos conceitos de reagente limitante e em excesso, respectivamente.

http://www.alunosonline.com.br/quimica/reagente-excesso-reagente-limitante.html

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6- Determinação do reagente em excesso6 – Carbeto de cálcio (CaC2) reage com água para formar hidróxido de cálcio e acetileno. Qual é o reagente limitante quando 100 g de água

reage com 100g de carbeto de cálcio?

Dados: CaC2 = 64,1 g/mol;

Cálculo da quantidade de C2H2 produzida por 100 g CaC2 que reagirá

Cálculo da quantidade de C2H2 produzida por 100 g de H2O que reagirá

Cálculo da quantidade de reagente em excesso

CaC2 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + C2H2 (g)

64,1 de CaC2 26 g C2H2

100 g de CaC2 X g de C2H2

40,6 g de C2H2

36 g de H2O 26 g de C2H2

100 g de H2O X g de C2H2

72,2 g de C2H2

64,1 de CaC2 36 g H2O

100 g de CaC2 X g de H2O

56,2 g de H2O

43,8 g de H2O

44“Os investimentos em conhecimento geram os melhores dividendos ”

BIBLIOGRAFIAATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. 5ª ed. Trad. Ricardo Bicca Alencastro. Porte Alegre : Bookman. 2006. 1048 p.

KOTZ, J.C.; TREICHEL, P.M.; WEAVER, G.C. Química geral e reações químicas vol. 1. São Paulo: Cengage Learning. 2009. 708p.