cálculo estequiométrico

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CÁLCULOS CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOSESTEQUIOMÉTRICOS

cv/2009

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IntroduçãoIntrodução

Conhecendo a quantidade de reagentes Conhecendo a quantidade de reagentes numa reacção, será possível saber a numa reacção, será possível saber a quantidade de produtos de reacção?quantidade de produtos de reacção?

Que quantidade de reagente terá de ser Que quantidade de reagente terá de ser usado para obter uma dada quantidade de usado para obter uma dada quantidade de produto?produto?

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Cálculos EstequiométricosCálculos Estequiométricos A A estequiometriaestequiometria de uma reacção química de uma reacção química

representa as relações mássicas entre representa as relações mássicas entre reagentes e produtos.reagentes e produtos.

Cálculos estequiométricosCálculos estequiométricos

ExemploExemplo

2CO (g) + O2CO (g) + O22(g) (g) ⇒⇒ 2CO 2CO22(g)(g)2 moles2 moles de monóxido de carbono reagem com de monóxido de carbono reagem com 1 mole1 mole de de

oxigénio originando oxigénio originando 2 moles 2 moles de dióxido de carbonode dióxido de carbono

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Cálculos Estequiométricos – passosCálculos Estequiométricos – passos

1.1. Escrever correctamente as fórmulas químicas dos Escrever correctamente as fórmulas químicas dos reagentes e produtos e acertar a equação resultante.reagentes e produtos e acertar a equação resultante.

2.2. Converter a quantidade das substâncias (reagentes ou Converter a quantidade das substâncias (reagentes ou produtos) em moles.produtos) em moles.

3.3. Calcular o nº de moles desconhecido a partir dos Calcular o nº de moles desconhecido a partir dos coeficientes estequiométricos (equação acertada).coeficientes estequiométricos (equação acertada).

4.4. Converter o nº de moles calculado para a unidade Converter o nº de moles calculado para a unidade requerida.requerida.

5.5. Verificar se o resultado tem significado físico.Verificar se o resultado tem significado físico.

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Exercício 1Exercício 1 Calcular o volume de HCalcular o volume de H22SOSO44 18 M e a massa de 18 M e a massa de

ferro necessárias para produzir 10,0 g de hidrogénio.ferro necessárias para produzir 10,0 g de hidrogénio.

ResoluçãoResolução

1º Escrever e acertar a equação química1º Escrever e acertar a equação química

HH22SOSO4 4 (aq) + Fe (s) (aq) + Fe (s) ⇒⇒ FeSO FeSO4 4 (aq) + H(aq) + H22 (g) (g)

2º Converter os dados em nº moles2º Converter os dados em nº moles

M(HM(H22) = 2,016 g/mol) = 2,016 g/mol m(Hm(H22) =10,0 g ) =10,0 g

n = 10,0/2,016 = 4,96 mol de Hn = 10,0/2,016 = 4,96 mol de H22

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3º Pela estequiometria da reacção determina-se a quantidade de 3º Pela estequiometria da reacção determina-se a quantidade de

HH22SOSO44 e de Fe necessárias e de Fe necessárias

1 mole de ácido reage com 1 mole de ferro originando 1 mole hidrogénio:

n n HH22 = = n Hn H22SOSO4 4 = 4,96 mol = n Fe = 4,96 mol= 4,96 mol = n Fe = 4,96 mol

4º Converte-se a quantidade de substância calculada nas 4º Converte-se a quantidade de substância calculada nas unidades requeridasunidades requeridas

n (Hn (H22SOSO44) = 4,96 mol ) = 4,96 mol [H[H22SOSO44] = 18 M = 18 mol/dm] = 18 M = 18 mol/dm33

V (HV (H22SOSO44) = 4,96 / 18 = 0,28 L) = 4,96 / 18 = 0,28 L

n (Fe) = 4,96 moln (Fe) = 4,96 mol M (Fe) = 55,85 g/molM (Fe) = 55,85 g/mol

m (Fe) = 4,96 x 55,85 = 277 gm (Fe) = 4,96 x 55,85 = 277 g

5º Verificar o significado físico do resultado5º Verificar o significado físico do resultado

Os valores obtidos têm significado físico. Os valores obtidos têm significado físico.

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simulaçõessimulações

http://http://www.fq.ciberprof.comwww.fq.ciberprof.com//stoic_excess_oxy.htmlstoic_excess_oxy.html

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Reagente limitanteReagente limitante Está presente em defeito relativamente às Está presente em defeito relativamente às

proporções estabelecidas pela correspondente proporções estabelecidas pela correspondente equação química (proporções estequiométricas).equação química (proporções estequiométricas).

É consumido totalmente em primeiro lugar. Quando É consumido totalmente em primeiro lugar. Quando este reagente é consumido não se forma mais este reagente é consumido não se forma mais produto.produto.

• Reagente cuja quantidade (número de moles) Reagente cuja quantidade (número de moles) determina, limitando, a quantidade máxima de determina, limitando, a quantidade máxima de reagente consumido e de produto formado.reagente consumido e de produto formado.

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Cálculo do reagente limitanteCálculo do reagente limitante Considerando a reacção genérica:Considerando a reacção genérica: xA + yB xA + yB ⇒⇒ AxBy AxBy SeSe

SeSe

n An A xx

n Bn B yy

>>

Reagente AReagente A

n An A xx

n Bn B yy>> Reagente BReagente B

Reagente limitante é:Reagente limitante é:

Exemplo -Exemplo - CH CH44 (g) + 2O (g) + 2O22(g) (g) ⇒⇒ CO CO22 (g) + (g) + 2H2H22OO (l) (l)

Para calcular reagente limitante calcula-se:Para calcular reagente limitante calcula-se:n n CHCH44

11n n OO22

22e O menor quociente corresponde ao reagente limitante

1010

Exercício 2 - Exercício 2 - Qual é o reagente limitante na reacção entre Qual é o reagente limitante na reacção entre 12,0 g de ácido acético e 6,0 g de hidróxido de sódio? 12,0 g de ácido acético e 6,0 g de hidróxido de sódio? Quantas moles se formam de acetato de sódio?Quantas moles se formam de acetato de sódio?

ResoluçãoResolução

CHCH33COOHCOOH (aq) + NaHO (aq) (aq) + NaHO (aq) ⇒⇒ CHCH33COONaCOONa (aq) + (aq) + HH22OO (l) (l)12,0 g 6,0 g12,0 g 6,0 g

n (n (CHCH33COOHCOOH) = 12,0 g/60,0 g.mol) = 12,0 g/60,0 g.mol-1-1 = 0,200 mol = 0,200 mol

n (NaOH) = 6,0 g/40,0 g.moln (NaOH) = 6,0 g/40,0 g.mol-1-1 = 0,15 mol = 0,15 mol →→ Reagente LimitanteReagente Limitante

CHCH33COOH + NaHO COOH + NaHO ⇒⇒ CH CH33COONa + HCOONa + H22OOA.R. A.R. 0,200 mol 0,15 mol0,200 mol 0,15 mol

0,200-0,15 0,15-0,150,200-0,15 0,15-0,15 0+0,15 0+0,15

D.R. D.R. 0,05 mol 0,00 mol 0,15 mol0,05 mol 0,00 mol 0,15 mol

Massas molares: Massas molares: MM(CHMM(CH33COOH)= 60,0 g/mol; COOH)= 60,0 g/mol; MM(NaHO)= 40,0 g/mol; MM(NaHO)= 40,0 g/mol; MM(CHMM(CH33COONa )=82,0 g/mol COONa )=82,0 g/mol

1111

Reacções CompletasReacções Completas

Esquema de uma reacção completaEsquema de uma reacção completaReacções completas - Reacções completas - Completamente deslocadas no sentido Completamente deslocadas no sentido dos produtos (esgota-se pelo menos um dos reagentes)dos produtos (esgota-se pelo menos um dos reagentes)

1212

Reacções não completas Reacções não completas

Reacções não completas - Reacções não completas - NãoNão se esgota nenhum reagentese esgota nenhum reagente

Esquema de uma reacção não completaEsquema de uma reacção não completa

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Rendimento de uma ReacçãoRendimento de uma Reacção

Rendimento - Rendimento - proporção da conversão na prática proporção da conversão na prática – – (quantidade de produto obtido)(quantidade de produto obtido) em relação à em relação à conversão máxima conversão máxima (quantidade de produto se fosse (quantidade de produto se fosse reacção completa)reacção completa)

Rendimento = x 100%Quantidade de produto obtidoQuantidade de produto obtidose a reacção fosse completa

1414

Rendimento de uma ReacçãoRendimento de uma Reacção Numa reacção completa a conversão dos reagentes Numa reacção completa a conversão dos reagentes

em produtos é total em produtos é total Rendimento 100%Rendimento 100% Conversão máximaConversão máxima (rendimento máximo): quantidade (rendimento máximo): quantidade

de produto que se espera obter quando de produto que se espera obter quando todo o RL todo o RL foi consumido.foi consumido.

Na prática, a conversão de reagentes em produtos Na prática, a conversão de reagentes em produtos é sempre inferior à conversão máxima devido a: é sempre inferior à conversão máxima devido a: Reacções reversíveisReacções reversíveis Produtos reagem entre si, formando novos produtosProdutos reagem entre si, formando novos produtos

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Exercício 3Decompuseram-se termicamente (pirólise) 200,0 g de

calcário, recolhendo-se 70,86 g de dióxido de carbono. Calcule o rendimento da reacção. MM (CaCO3) = 100,09 g/mol

Resolução MM (CO2) = 44,01 g/mol

Decomposição térmica:

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

m (CaCO3) = 200,0 g

n (CaCO3) = 200,0 / 100,09 = 1,998 mol n (CO2) = mol

m (CO2) no caso conv.total = 1,998 x 44,01 = 87,93 g

Rendimento = (70,86/87,93) x 100 = 80,59 %

∆

1616

Pureza dos ReagentesPureza dos Reagentes Qualquer composto é sempre acompanhado por maior Qualquer composto é sempre acompanhado por maior

ou menor quantidade de outras substâncias -impurezas.ou menor quantidade de outras substâncias -impurezas. A quantidade de impurezas é bastante variávelA quantidade de impurezas é bastante variável É possível diminuir a percentagem de impurezas É possível diminuir a percentagem de impurezas

através de diversos processos de purificação, através de diversos processos de purificação, (diferentes graus de pureza) o que vai condicionar o (diferentes graus de pureza) o que vai condicionar o custo do composto.custo do composto.

Nos reagentes não puros, começa-se por determinar a Nos reagentes não puros, começa-se por determinar a quantidade efectiva da substância reagentequantidade efectiva da substância reagente

1717

Pureza dos ReagentesPureza dos Reagentes

Os valores para os graus de pureza Os valores para os graus de pureza expressos nos recipientes ou embalagens e expressos nos recipientes ou embalagens e nos catálogos são percentagens mássicas.nos catálogos são percentagens mássicas.

Nos problemas que envolvam um ou mais Nos problemas que envolvam um ou mais reagentes com impurezas, começa-se reagentes com impurezas, começa-se sempre por calcular a massa do composto sempre por calcular a massa do composto puro e depois o número de moles.puro e depois o número de moles.

1818

Exercício 4Exercício 4 Se o ferro obtido no exercício 1 tivesse 5,0% de Se o ferro obtido no exercício 1 tivesse 5,0% de

impurezas não reactivas, qual a massa de ferro impuro (x) impurezas não reactivas, qual a massa de ferro impuro (x) de que se deveria partir para obter a mesma quantidade de que se deveria partir para obter a mesma quantidade de hidrogénio? de hidrogénio?

ResoluçãoResolução pureza 95,0% (100%-5,0%)pureza 95,0% (100%-5,0%)

m (Fe) = 277 gm (Fe) = 277 g

m total reagente impuro (X) = m reagente puro x %purezam total reagente impuro (X) = m reagente puro x %pureza

m (X) = 277 x 0,950 = 292 g massa de ferro impurom (X) = 277 x 0,950 = 292 g massa de ferro impuro

95,0 – 10095,0 – 100277 – X277 – X

Massa puro – Massa totalMassa puro – Massa total