estequiometria: casos especiais – pureza dos reagentes e

Estequiometria: Casos Especiais –

Pureza dos reagentes e

Rendimento das reações químicas

Prof.ª Greice Magalhães

(aula referente ao dia letivo 26/03/2020)

Primeiramente algumas orientações...

Queridos alunos das turmas 201 e 202,

Em função da nossa atual situação de aulas presenciais suspensas, como

meio de conter a disseminação do COVID – 19, vamos dar prosseguimento

ao nosso calendário escolar através de atividades à distância, as quais irei

postando aqui no Portal da UNO.

Iremos finalizar o estudo da Estequiometria que já estava programado,

para que não nos atrasemos muito... Seguiremos juntos nosso estudo, mesmo

que de longe!!

Sendo assim, pessoal, oriento vocês a não deixarem os estudos de lado

nesse momento. Lembrem-se: vocês não estão de férias!!!

Estudem o material que foi dado em aula, refaçam os exercícios que estão

no material de aula e prossigam com os estudos pelos materiais novos que irei

disponibilizando no portal. Mais adiante irei postar orientações para um

trabalho avaliativo, para que ganhemos tempo e vocês já me entreguem em

nosso retorno.

Primeiramente algumas orientações...

Tentem utilizar esse tempo em casa para organizar os materiais de aula e

também para, aos poucos, irem “pegando o ritmo” dos estudos no 2º ano

do Ensino Médio.

No que precisarem de algum conselho, ou sanar alguma dúvida, podem

(e devem) entrar em contato comigo pelo fórum no portal da UNO

durante o horário em que deveríamos estar tendo aula presencial. Será umprazer ajudar!!

Falta pouco para concluírem o Ensino Médio, não desistam agora!

Enfim, vamos prosseguir agora com a parte final do estudo dos cálculos

estequiométricos, que são os casos especiais, onde trabalharemos com a

pureza dos reagentes e o rendimento da reação.

O livro da UNO é o 9, capítulo 3, para quem já o tem do ano anterior e

deseja usar como complemento. Senão, para esse conteúdo basta o material

que foi fornecido em aula e os exemplos que serão aqui resolvidos.

Pureza dos reagentes

O cálculo de pureza é feito para determinar a

quantidade de impurezas que existem nas

substâncias, e então utilizar no cálculo apenas

o valor da substância pura.

Estes cálculos são muito utilizados, já que nem

todas as substâncias são puras.

Observem as imagens dos frascos de

reagentes ao lado.

Ambos apresentam no rótulo um valor em

porcentagem ao lado do nome do composto,

para indicar que APENAS essa quantidade é

pura, ou seja, é o próprio reagente.


Por exemplo, o ácido glicólico apresenta pureza de

70%.

Mas o que isso significa?

Nesse frasco temos ao todo 1000 mL. Logo, apenas

700 mL representam o ácido glicólico, os outros 300

mL são impurezas. Entenda como cheguei nesse

valor observando a regra de três abaixo:

1000 mL ----------- 100% (o frasco todo)

x ------------ 70% (volume puro)

x = 700 mL

O valor de reagente impuro não nos interessa pois

ele não participa da reação, isto é, não está

relacionado com a formação do produto desejado.


Agora tentem vocês calcularem o volume puro do

reagente mostrado ao lado, o ácido lático 85%.

Lembre-se que o frasco contém 1000 mL.

Resposta estará no próximo slide...


Ácido lático 85%

Nesse frasco temos ao todo 1000 mL. Logo, apenas

850 mL representam o ácido glicólico, os outros 150

mL são impurezas. Entenda como cheguei nesse

valor observando a regra de três abaixo:

1000 mL ----------- 100% (o frasco todo)

x ------------ 85% (volume puro)

x = 850 mL

Concordam que o ácido lático apresentam MAIOR

pureza do que o ácido glicólico? Por que?

Pois, uma vez que ambos possuem o mesmo volume

total, 850 mL representa o ácido lático puro,

enquanto que apenas 700 mL representa o ácido

glicólico.


Seguindo o material fornecido em aula, página 2...

Exemplo: A hematita, Fe2O3(s), é uma das principais riquezas minerais do Brasil. Esse

mineral é empregado na obtenção de ferro metálico, Fe(s), obtido a partir de um

processo de redução em alto forno, usando carvão, C(s), como agente redutor.

Uma das reações ocorridas nesse processo é dada pela seguinte equação não

balanceada:

Fe2O3 (s) + C(s) → Fe(s) + CO(g)

Calcule a massa de Fe(s) (em kg) que é possível obter a partir de 100 kg de hematita

70% pura. (Massas atômicas: C = 12 g/mol; O = 16 g/mol; Fe = 56 g/mol)

Primeiro passo: BALANCEAR A EQUAÇÃO!

Fe2O3 (s) + 3 C(s) → 2 Fe(s) + 3 CO(g)

Segundo passo: Calcular a pureza da hematita (Fe2O3 ). Lembra como fizemos

anteriormente para os ácidos usados como exemplo? Tente calcular a massa pura

de hematita antes de mudar de slide...


Cálculo da pureza da hematita

100 kg -------------- 100%

x ----------------- 70%

100 kg . 70% = x . 100%

7000 / 100 = x

x = 70 kg

o De um total de 100 kg de hematita utilizados na reação, uma vez que sua

pureza é de 70%, apenas 70 kg irão participar da formação dos produtos

(massa PURA).

Mineral Hematita (mistura de

ferro e oxigênio – função

óxido) – Fe2O3



Terceiro e último passo: calcular a massa de Fe (em kg) como é pedido noenunciado do exercício, montando a regra de três da mesma forma que fizemosnas aulas anteriores:

1 mol de Fe2O3 (s) → 2 mols de Fe(s)

(massa) (massa)

160 g --------------- 2 x 56 g

70 kg -------------- x

x = 49 kg de ferro

ou

160 g --------------- 2 x 56 g

70000 g -------------- x

x = 49000 g / 1000 = 49 kg

Note que como a questão pediu a massa

em kg de Fe, não foi necessário

converter a massa de hematita para

gramas... Ao deixar a massa dela em kg,

já achamos a massa do ferro também

em kg!!!

Mas quem preferir, pode converter para

gramas antes de fazer a regra de três!

Porém, depois deve fazer nova

conversão para kg!


Exercícios da página 3

1) Calcule o volume de CO2 medido nas CNTP, obtido de acordo com a reação

abaixo, quando foram usados 200g de CaCO3 com 80% de pureza.

CaCO3 → CaO + CO2

Tente resolver em seu caderno antes de passar para o próximo slide.





CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

CaCO3 → CaO + CO2

200 g

80% de pureza

V = ??

Equação já

balanceada!!





CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

1º) Cálculo da pureza do carbonato de cálcio (CaCO3)

200 g ------------ 100%

x ------------- 80%

x = 160 g

Essa é a massa pura de CaCO3

Apenas ela vai reagir e formar o

CaO e o CO2 !!!





CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

2º) Cálculo do volume do dióxido de carbono (CO2)

1 mol de CaCO3 → 1 mol de CO2

100 g ------------ 22,4 L

160 g ------------- x

x = 35,84 L de CO2



2) Na queima de 10 kg de carvão, de 80% de pureza, qual será o volume de gás

carbônico produzido?

C + O2→ CO2





C + O2→ CO2

RESOLUÇÃO:

C + O2→ CO2

10 kg

80% de pureza

V = ??

Equação já

balanceada!!




C + O2→ CO2

RESOLUÇÃO:

1º) Cálculo da pureza do carvão (C)

10 kg ------------ 100%

x ------------- 80%

x = 8 kg = 8000 g

Essa é a massa pura de C

Apenas ela vai reagir com o gás

oxigênio e formar o CO2 !!!





C + O2→ CO2

RESOLUÇÃO:

2º) Cálculo do volume do dióxido de carbono (CO2)

1 mol de C → 1 mol de CO2

12 g ------------ 22,4 L

8000 g ------------- x

x = 14933 L de CO2 (ou 14,93 m3)

1000 L equivale a 1 m3

(metro cúbico), que é

outra unidade

utilizada para volume!!



3) 150 g de carbonato de cálcio decompõe-se produzindo 32 g de gás carbônico.

Qual o teor de impurezas existentes na amostra inicial?

CaCO3 → CaO + CO2

Como podemos perceber, esse exercício é diferente dos outros dois que fizemos nos

slides anteriores, pois agora temos dois valores de massas e temos que calcular o teor

de impurezas do reagente inicial, CaCO3.

Faremos então o caminho inverso, primeiro calcularemos a massa de carbonato de

cálcio que formou as 32 g de gás carbônico. Depois, iremos converter essa massa

para porcentagem de pureza e então descobrir a % impura.

Tente calcular antes de mudar de slide




CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

CaCO3 → CaO + CO2

150 g

x % de pureza

32 g

Equação já

balanceada!!

Pessoal, entendam que as

32 g de CO2 formadas se

devem APENAS massa de

CaCO3 que for totalmente

pura!!!




CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

1º) Cálculo da massa de CaCO3 pura, ou seja, que formou as 32 g de CO2

1 mol de CaCO3 → 1 mol de CO2

100 g ------------ 44g

x ------------- 32 g

x = 72,7 g de CaCO3

Essa é a massa

pura de CaCO3


3) 150 g de carbonato de cálcio decompõe-se produzindo 32 g de gás carbônico.Qual o teor de impurezas existentes na amostra inicial?

CaCO3 → CaO + CO2

RESOLUÇÃO:

2º) Cálculo do teor de impurezas do CaCO3 inicial

150 g ------------ 100 %

72,7 g --------- x

x = 48,5 % de CaCO3 que é puro!!!

Resposta: 51,5 % de impurezas

Teor de impurezas:

100 % - 48,5 % =

51,5 % está impuro


Respostas dos outros exercícios da página 3

4) Determine a massa de ferro que pode ser obtida a partir de 1000kg de minério hematita (Fe2O3) contendo 20% de impurezas.

Fe2O3 (s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO2(g)

Resposta: 560 kg de ferro.

5) O gás hilariante, N2O(g), pode ser obtido pela decomposição térmica do sal de nitrato de amônio, NH4NO3(s), conforme mostra a reação a seguir, já balanceada, mostrada abaixo. Se de 4,0 g do sal NH4NO3(s) obtivemos 2,0 g de gás hilariante (N2O), qual deve ser a pureza desse sal? (N = 14; H = 1; O = 16)

NH4NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(ℓ)

Resposta: 90 % de pureza do sal.

Tentem resolver esses dois últimos exercícios no caderno! Qualquer dúvida, me chamem no fórum, no horário da nossa aula!

Rendimento de uma reação química

É comum, nas reações químicas, a quantidade de produto ser inferior

ao valor esperado.

Neste caso, o rendimento não foi total.

Isto pode acontecer por várias razões, como por exemplo, má

qualidade dos aparelhos ou dos reagentes, falta de preparo do

operador, etc.

O cálculo de rendimento de uma reação química é feito a partir da

quantidade obtida de produto e a quantidade teórica (que deveria

ser obtida).

Quando não houver referência ao rendimento de reação envolvida,

supõe-se que ele tenha sido de 100%, ou seja, toda a massa que foi

usada dos reagentes formou os produtos da reação.

Assim

considerávamos nos

exercícios anteriores...



Exemplo: Na reação de combustão de 40 g de carbono puro, com

rendimento de 95%, qual será a massa de dióxido de carbono

obtida?

C + O2 → CO2

Primeiro passo: BALANCEAR A EQUAÇÃO!

Porém, já está balanceada! Seguimos...

Segundo passo: Calcular a massa de CO2 formada com a reação das

40 g de carbono puro. Vamos deixar o valor do rendimento para o

próximo cálculo...





obtida?

C + O2 → CO2

Segundo passo: Calcular a massa de CO2 formada com a reação das

40 g de carbono puro. Vamos deixar o valor do rendimento para o

próximo cálculo...

1 mol de C → 1 mol de CO2

12 g ------------ 44 g

40 g ----------- x

x = 146,7 g de CO2

Porém, essa massa só seria

formada se a reação

rendesse 100 %, o que não

é o caso nesse exercício...





obtida?

C + O2 → CO2

Terceiro passo: Calcular a massa de CO2 realmente formada nessa

reação, agora considerando que o rendimento da mesma foi de 95 %

146,7 g ------------ 100 %

x ----------- 95 % (rendimento real)

x = 139,3 g de CO2

Agora sim temos a massa

real de CO2 formada em

uma reação que possui

rendimento de 95 % !!

Rendimento de uma reação Química


1) O cromo é um metal empregado na produção do aço inox e no revestimento

(cromação) de algumas peças metálicas. Esse metal é produzido por meio da reação

a seguir:

Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s)

Partindo-se de 15,2 gramas de Cr2O3 e admitindo-se que este processo tem um

rendimento de 75 %, a massa produzida de cromo é igual a:






a seguir:

Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s)



RESOLUÇÃO:

Como a reação já está balanceada, seguimos para o cálculo estequiométrico:

Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s)

15,2 gm = ?

Rendimento = 75 %




a seguir:

Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s)



RESOLUÇÃO:

1º) Cálculo da massa de cromo formada (caso a reação fosse 100 %)

1 mol de Cr2O3(s) → 2 mols de Cr(s)

152 g ------------ 2 x 52 g

15,2 g -------------- x

x = 10, 4 g de Cr

Essa seria a massa de cromo formada

caso a reação rendesse 100 %...

Porém, ela rende apenas 75 %. Logo,

temos que fazer outra regra de três e

encontrar o real valor




a seguir:

Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s)



RESOLUÇÃO:

1º) Cálculo da massa real de cromo formada

10,4 g ------------ 100 %

x -------------- 75%

x = 7,8 g de Cr

Agora sim temos a massa

real de cromo formada em

uma reação com

rendimento o de 75 % !!



2) O processo de obtenção do ferro envolve a redução da hematita, Fe2O3, nos altos-

fornos das usinas siderúrgicas. A reação que ocorre é:

Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)

Admitindo que a reação tenha um rendimento de 90 %, a massa de hematita

necessária para a produção de 7,56 toneladas de ferro é:






Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)



RESOLUÇÃO:

Como a reação já está balanceada, seguimos para o cálculo estequiométrico:

Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)

M = ? 7,56 t

Rendimento = 90 %




Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)



RESOLUÇÃO:

1º) Calcular a massa de hematita que formou as 7,56 t de ferro. Atente para o fato de

que essa massa já estará calculada considerando os 90% do rendimento, pois como

já temos a massa de produto formada, só pode ter sido por causa da massa dereagente que realmente reagiu...

1 mol de Fe2O3 (s) → 2 mols de Fe (s)

160 g ------------ 2 x 56 g

x -------------- 7,56 t x = 160 g x 7,56 t / 112 g

x = 10,8 t de hematita




Fe2O3 (s) + 3 CO (g) → 2 Fe (s) + 3 CO2 (g)



RESOLUÇÃO:

1º) Calcular a massa de hematita necessária para ser utilizada no início da reação,para que apenas 10,8 t dela reajam e formem as 7,56 t de ferro resultantes:

10,8 t ------------ 90 %

x ------------ 100 %

X = 12 t de hematita

Agora sim temos a massa necessário de

hematita (que é o reagente) a ser

colocada na reação para formar o

produto com rendimento de 90% !

Se fosse colocado apenas 10,8 t de

hematita na reação, teríamos um

rendimento menor, pois menos massa iria

reagir para formar o ferro.


Respostas dos outros exercícios da página 3

3) Qual será a quantidade de água formada a partir de 15 g de hidrogênio, sabendo

que o rendimento da reação é de 80%? (H = 1, O = 16)

2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) (reação balanceada)

Resposta: 108 g de água.

4) A combustão de 36g de grafite (C) provocou a formação de 118,8g de gáscarbônico. Qual foi o rendimento da reação? (C = 12; O = 16).

C(s) + O2(g) → CO2(g)

Resposta: 90 % de rendimento.

Tentem resolver esses dois últimos exercícios no caderno! Qualquer dúvida, me

chamem no fórum, no horário da nossa aula!

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