Química Aplicada ao Ambiente

Relações Mássicas em Reacção QuímicaEstequiometria

Valentim M B NunesUnidade Departamental de Engenharias

Instituto Politécnico de Tomar, Fevereiro,2014

CET: ESTTQA-TMR1

Equações Químicas

Uma transformação química é denominada reacção química. Para representar uma transformação usamos uma equação química. Uma equação química utiliza símbolos químicos para mostrar o que ocorre durante uma reacção química.

H2 + O2 H2O

Para estar de acordo com a lei da conservação da massa terá de haver o mesmo número de cada tipo de átomos em ambos os lados da equação.

2H2 + O2 2H2O

Esta equação química está acertada. Mostra que “duas moléculas de hidrogénio podem combinar-se ou reagir com uma molécula de oxigénio para formar duas moléculas de água.

Como a razão do número de moléculas é igual à razão do número de moles, podemos igualmente afirmar que “duas moles de moléculas de hidrogénio reagem com uma mole de moléculas de oxigénio para produzir duas moles de moléculas de água”.

Reagentes Produtos da reacção

Para fornecer informação adicional, os químicos indicam frequentemente os estados de agregação dos reagentes e produtos. Por exemplo:

2 P(s) + 3 Cl2(g) 2 PCl3 (l)

Um exemplo da reacção do hidrogénio com o oxigénio….

Acerto de equações químicasIdentificar todos os reagentes e produtos da reacção e escrever as suas fórmulas correctas no lado esquerdo e direito da equação

Podemos apenas mudar coeficientes (os números que precedem as fórmulas) mas não os índices (os números no seio das fórmulas). Por exemplo 2 NO2 N2O4

Olhar para os elementos que aparecem apenas uma vez em cada lado da equação e com o mesmo número de átomos. As fórmulas contendo estes elementos devem ter o mesmo coeficiente.

Em seguida olhar para os elementos que aparecem apenas uma vez, mas com diferente número de átomos. Acertar estes elementos.

Finalmente acertar os elementos em duas ou mais fórmulas de um dos lados da equação.

Verificar a equação acertada para se certificar que o número total de cada tipo de átomos, em ambos os lados da equação, é o mesmo.

Exemplo(s)

KClO3 KCl + O2

2 KClO3 KCl + 3 O2

2 KClO3 2 KCl + 3 O2

C2H6 + O2 CO2 + H2O

C2H6 + O2 2 CO2 + H2O

C2H6 + O2 2 CO2 + 3 H2O

C2H6 + 7/2 O2 2 CO2 + 3 H2O

2 C2H6 + 7 O2 4 CO2 + 6 H2O

Produção de oxigénio no lab.

Combustão (queima) do etano ao ar

Química Aplicada: O ácido fosfóricoO ácido fosfórico, H3PO4, é um dos produtos químicos mais produzidos industrialmente no mundo. É utilizado na produção de fertilizantes, em detergentes e na indústria alimentar. Pode ser produzido queimando fósforo(P4) ao ar obtendo-se decaóxido de tetrafósforo (P4O10). Este passo é seguido pela reacção com água para dar o ácido fosfórico.

P4 + O2 P4O10

P4(s) + 5 O2(g) P4O10(s)

P4O10 + H2O H3PO4

P4O10 + H2O 4 H3PO4

P4O10 (s) + 6 H2O (l) 4 H3PO4(aq)

Exercício 1. Acerte as seguintes equações:

a) Mg + O2 MgO

b) N2 + H2 NH3

c) S8 + O2 SO2

d) NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2

e) CO2 + KOH K2CO3 + H2O

f) C3H8 + O2 CO2 + H2O

g) NH3 + CuO Cu + N2 + H2O

Quantidades de reagentes e produtosAs relações mássicas entre reagentes e produtos numa reacção química representam a estequiometria da reacção.

Uma reacção química acertada mostra a estequiometria da reacção: relação entre as quantidades, em número de moles, de reagentes e produtos numa dada reacção química.

Na prática, as unidades usadas para reagentes (ou produtos) são moles, gramas ou litros (para gases). Independentemente da unidade usada a maneira de determinar a quantidade de produto formado numa reacção é o método da mole.

2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g)

Coeficientes estequiométricos

Massa de reagente(s)

Volume de reagente(s)

nº de moles de reagente(s)

Estequiometria

nº de moles de produto(s)

Massa de produto(s)

Volume de produto(s)

Cálculos estequiométricos

Exercício 2: Uma equação global para o processo de degradação da glucose em dióxido de carbono e água é: C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O. Se forem consumidos 856 g de glucose qual a massa de CO2 produzida?

Exercício 3: O metanol é queimado ao ar de acordo com a equação:2 CH3OH + 3 O2 2 CO2 + 4 H2O. Se forem consumidos 209 g de metanol, qual a massa de H2O produzida?

Exercício 4: A fermentação é um processo químico complexo em que a glucose é convertida em etanol e dióxido de carbono (C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2). Partindo de 500.4 g de glucose qual a quantidade máxima de etanol, em litros, que se pode obter neste processo? Densidade do etanol = 0.789 g/mL.

Exercício 5: O fertilizante sulfato de amónio é preparado pela reacção entre o amoníaco e o ácido sulfúrico, 2 NH3(g) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4 (aq). Quantos quilogramas de NH3 são necessários para produzir 1 ton de fertilizante?

Reagente limitante O reagente consumido em primeiro lugar numa reacção química é designado reagente limitante. Os outros reagentes dizem-se em excesso. A quantidade máxima de produto formado depende da quantidade inicial daquele reagente.

Exercício 6: A ureia é utilizada como fertilizante, bem como na indústria de polímeros. É preparada através da reacção: 2 NH3(g) + CO2(g) (NH2)2CO(aq) + H2O(l). Num dado processo 637.2 g de NH3 são postos a reagir com 1142 g de CO2. Qual dos reagentes é o limitante? Calcular a massa de ureia formada.

Exercício 7: Para produzir metanol, misturam-se 356 g de monóxido de carbono com 65 g de hidrogénio. Qual o reagente limitante e qual a quantidade máxima de metanol produzido? A reacção é: CO (g) + 2 H2 (g) CH3OH (l)

Exercício 8: O propano é um combustível bastante utilizado. Acerte a equação que representa a combustão do propano ao ar: C3H8 + O2 CO2 + H2O. Qual a massa de CO2 produzida na combustão de 3.65 g de propano em excesso de oxigénio?

Rendimento das reacções A conversão máxima de uma reacção é a quantidade de produto que se espera obter pela reacção acertada, quando todo o reagente limitante foi consumido. O rendimento, , é obtido a partir de:

100máxima conversão

obtida conversão

O rendimento de uma reacção pode variar entre 0 e 100%, e depende frequentemente das condições de pressão e temperatura.

Exercício 9: O titânio é um metal utilizado na construção de motores e aeronaves. É preparado a temperaturas entre 950 °C e 1150 °C, através da reacção:

TiCl4(g) + 2 Mg(l) Ti(s) + 2 MgCl2(l). Num dado processo 3.54×104 kg de TiCl4 reagem com 1.13×104 kg de Mg. Calcule a conversão máxima de Ti em kg; Se efectivamente forem obtidos 7.1×103 kg de Ti, qual o rendimento da reacção?

Exercício 10: A nitroglicerina é um explosivo potente, que liberta uma grande quantidade de calor e gases, através da reacção: 4C3H5N3O9 6N2 + 12CO2 + 10H2O + O2. Qual a quantidade máxima de O2 que pode ser obtida a partir de 200 g de nitroglicerina? Se a quantidade de O2 gerada for 6.55 g, calcular o rendimento da reacção.

Exercício 11: O fluoreto de hidrogénio, HF, é utilizado no fabrico de fréons (que destroem o ozono na estratosfera). O modo de preparação é descrito por:

CaF2 + H2SO4 CaSO4 + 2 HF

Num dado processo 6 kg de CaF2 são tratados com excesso de ácido originando 2.86 kg de HF. Calcular o rendimento da reacção.

Aplicando ao Ambiente….. Exercício 12: O esquema mostra a reacção de transesterificação para formar biodiesel.

Numa fábrica de produção de biodiesel, fez-se reagir 1200 gramas de óleo e obtiveram-se 1092 gramas de biodiesel. Calcular o rendimento desta reacção.

Exercício14. Na desinfecção de uma água residual, adiciona-se Cl2(g) em quantidade estequiométrica , de acordo com a equação: Cl2(g) + NH3(aq) HCl(aq) + N2(g) Considere uma água residual contendo 5 mg/L de NH3. 14.1. Acerte a equação. 14.2. Determine a massa de Cl2 que deve ser adicionada por litro de água residual.

Exercício 13. Numa siderurgia, a obtenção de ferro metálico a partir da hematite envolve a seguinte reacção (não acertada): Fe2O3(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g). O CO2 é libertado para a atmosfera, podendo ter um impacto ambiental grave relacionado com o efeito estufa. Qual o número de moléculas de CO2 liberadas na atmosfera,quando um mol de óxido de ferro (III) é consumido na reacção?