QUÍMICA CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO: DEFINIÇÃO É o cálculo

QUÍMICA CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO:
DEFINIÇÃO
É o cálculo das quantidades de reagentes e produtos que participam de uma reação.
Podemos calcular essas quantidades em mols; em massa; em número de partículas (moléculas ou
átomos); em volume.
Todo problema de cálculo estequiométrico está baseado na proporção em mols dos participantes da
reação, seguindo a Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes ("Numa reação química existe uma
proporção constante entre as quantidades de reagentes e produtos”). Isso nos permite utilizar a
regra de três simples para efetuar os cálculos.
Exemplo:
Obs.:
O exemplo anterior nos permite ainda citar uma outra lei. A Lei da Conservação das Massas ou Lei de
Lavoisier: “Numa reação química a somatória das massas dos reagentes é igual a somatória das
massas dos produtos”.
Note que para o experimentos 1 e 2 da reação anterior temos a conservação das massas dos reagentes e
produtos:
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Balanceamento das equações químicas - Exercícios resolvidos
Exercícios Resolvidos
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Obs.: Para reações entre gases que não ocorram nas CNTP, também é possível trabalhar com
volume (L). Utilizaremos a Lei Volumétrica (Lei de Gay-Lussac): “Numa reação entre gases podemos
ler as proporções em mols como se fossem os volumes (L)”. Nesse exemplo a proporção em mols é
de:
O esquema a seguir mostra as possíveis relações entre as quantidades de reagentes e produtos:
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LEITURA DA PROPORÇÃO EM MOLS
Conhecendo as proporções em mols, é possível montar algumas regras de três para relacionar as
quantidades de reagentes e produtos.
Exemplos:
Baseado na proporção em mols fornecida pela equação química balanceada, temos:
1) Quantos mols de nitrogênio são necessários para produzir 10 mols de amônia?
a) Pela equação química balanceada temos que 1 mol de N2 reage e forma 2 mols de NH3:
1 mol N2 —— 2 mols NH3
b) Portanto, para produzir 10 mols de NH3 serão necessários x mols de N2:
x mol N2 —— 10 mols NH3
c) Escrevendo mol de N2 embaixo de mol de N2 e mol NH3 embaixo de mol NH3:
RESPOSTA: para produzir 10 mols de amônia são necessários 5 mols de nitrogênio (N 2).
2) Quantos mols de hidrogênio são necessários para reagir com 0,5 mol de nitrogênio?
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a) Pela equação química balanceada temos que 1 mol de N2 reage com 3 mols de H2:
1N2(g) + 3 H2(g)
2 NH3(g)
b) Portanto, para reagir com 0,5 mol de N2 serão necessários x mols de H2:
0,5 mol N2—— x mol H2
c)
RESPOSTA: para reagir com 0,5 mol de nitrogênio é necessário 1,5 mol de hidrogênio (H 2).
Dados para auxiliar as
transformações:
Porém, dependendo da pergunta do problema, além da relação MOL com MOL podemos ter as
relações das quantidades de reagentes e produtos na forma de:
1. MASSA com MASSA
2. VOLUME com VOLUME
3. NÚMERO DE PARTÍCULAS com NÚMERO DE PARTÍCULAS
e outras variações, tais como:
1. MOL com MASSA
2. MOL com VOLUME
3. MASSA com VOLUME
e assim por diante.
Portanto vamos apresentar uma tabela com as principais transformações para relacionar as quantidades
de reagentes e produtos de uma reação química.
Para quaisquer transformações das quantidades, sempre utilizaremos as proporções mols.
OBS: PARA FAZER A TRANSFORMAÇÃO DA QUANTIDADE DE
MATÉRIA (MOLS) PARA MASSA (g), VOLUME (L) OU NÚMERO DE
PARTÍCULAS, SEMPRE VAMOS MULTIPLICAR OS COEFICIENTES
ESTEQUIOMÉTRICOS (PROPORÇÃO EM MOLS) PELOS FATORES
DE TRANSFORMAÇÕES CORRESPONDENTES.
Exemplos:
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1) Para passar 1 mol de N2 para massa em gramas, basta multiplicar o coeficiente 1 pela massa
molecular ou molar do N2:
2) Para passar 2 mols de NH3 para volume em litros nas CNTP, basta multiplicar o coeficiente 2 pelo
volume molar de um gás nas CNTP:
3) Para passar 3 mols de H2 para número de moléculas, basta multiplicar o coeficiente 3 pelo número de
Avogadro:
PROCEDIMENTO PARA RESOLVER EXERCÍCIOS DE CÁLCULO
ESTEQUIOMÉTRICO.
A) Escrever a equação da reação química;
B) Acertar os coeficientes (fazer o balanceamento = igualar o número de átomos);
C) Obter a PROPORÇÃO EM MOLS através dos coeficientes estequiométricos.
Exemplo:
A) Escrever a equação da reação de obtenção da amônia.
B) Acertar os coeficientes (balanceamento).
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Fazendo o balanceamento, os números de átomos de nitrogênio e hidrogênio antes e depois da flecha
são iguais.
C) Obter a PROPORÇÃO EM MOLS através dos coeficientes estequiométricos.
Obs.: ao fazer o balanceamento da equação, automaticamente obtemos os coeficientes estequiométricos
que vão nos fornecer a proporção em mols.
EXERCÍCIOS RESOLVIDOS COM REGRA DE TRÊS.
Exemplos de exercícios resolvidos
1) Um automóvel consome 1 litro de gasolina a cada 8 quilômetros rodados, portanto, para percorrer 24
km serão necessários quantos litros de gasolina?
Resolução por regra de três:
I) Com 1L de gasolina o automóvel percorre 8km: 1L ——— 8 km
II) Então para percorrer 24km precisará de x litros de gasolina: x L ——— 24 km
III) Vamos agora relacionar os itens I e II, escrevendo litro (L) embaixo de litro e quilômetro (km)
embaixo de quilômetro:
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1 L ——— 8 km
x L ——— 24 km
Obs.: sempre escrever as unidades iguais uma embaixo da outra.
IV) Em seguida, faremos uma multiplicação em “cruz”, para efetuar os cálculos.
Resposta: São necessários 3 litros de gasolina para percorrer 24 km.
2) Experimentalmente verifica-se que 44g de gás carbônico (CO2) são formados a partir da combustão
(queima) de 12g de carbono (C). Calcular a massa de gás carbônico produzida na queima de 0,6g de
carbono.
Resolução por regra de três:
I) A partir de 12g de C são obtidos 44g de CO2:
II) Então 0,6g de C produzirá x g de CO2:
III) Relacionar os itens I e II escrevendo g de C embaixo de g de C e g de CO2 embaixo de g de CO2:
IV) Logo em seguida fazer uma multiplicação em “cruz”, para efetuar os cálculos.
Resposta: A queima de 0,6g de C produzirá 2,2g de CO2.
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EXERCÍCIOS EXTRAS.
Quando um reagente é impuro ou a reação não se processa
completamente por algum motivo, podemos calcular o rendimento
da reação ou o grau de pureza do reagente.
1) (CESGRANRIO/95) - A combustão de 36g de grafite (C) provocou a formação de 118,8g de gás
carbônico. Qual foi o rendimento da reação? (C = 12u; O = 16u).
a) 50%
b) 60%
c) 70%
d) 80%
e) 90%
RESOLUÇÃO:
Uma reação de combustão (queima), significa reação com gás oxigênio (O 2).
Cálculos das Massas Moleculares:
Escrevendo a equação química balanceada temos as seguintes proporções em mols:
Cálculo da massa de gás carbônico como se o rendimento fosse 100%:
Foi produzida uma massa de 118,8g de gás carbônico, será necessário montar outra regra de três
para calcular o rendimento da reação, admitindo que se tivéssemos a formação de 132g de gás
carbônico o rendimento teria sido de 100%.
Alternativa: E
2) (U.E. MARINGÁ/96) - Quantas toneladas de óxido de cálcio (CaO) serão produzidas através da
decomposição de 100 toneladas de carbonato de cálcio com 90% de pureza?
(Ca = 40u; O = 16u; C = 12u).
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a) 40,0 t
b) 56,0 t
c) 62,2 t
d) 50,4 t
e) 90,0 t
RESOLUÇÃO:
Equação química balanceada; transformações da proporção em mols para massa em gramas:
Montagem da regra de três para cálculo da massa em gramas de CaO produzida, admitindo-se uma
pureza de 100% em carbonato de cálcio.
Lembrete: 1 tonelada = 1000kg = 106 g
Conversão de 100 toneladas de carbonato de cálcio para gramas: 100.10 6 g de CaCO3.
Como o grau de pureza do carbonato de cálcio é de 90%, vamos montar outra regra de três para
calcular a massa realmente produzida pela decomposição do CaCO3.
RESPOSTA: Alternativa D
Texto para as questões 3 e 4
Quando o exercício fornecer as quantidades de dois reagentes, provavelmente haverá um deles que
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estará em excesso, ou seja, nem toda a massa que for colocada para reagir, efetivamente irá reagir.
De um modo mais simples, podemos dizer que: se pela proporção em mols, 10g de A reage com 7g
de B, não adianta nada colocar 12g de B para reagir com os 10g de A, pois haverá um excesso de
5g de B. A partir daí, dizemos que oreagente B está em excesso; e o reagente A é o reagente
limitante, pois limita a quantidade de B que pode ser colocado para reagir.
3) Numa reação de neutralização, 10,00g de ácido sulfúrico são adicionados a 7,40g de hidróxido de
cálcio. Sabe-se que um dos reagentes está em excesso. Após completar a reação, restarão:
H2SO4 + Ca (OH)2
CaSO4 + 2 H2O
Dados: M. molares (g/mol): H2SO4= 98; Ca(OH)2= 74 e CaSO4= 136.
a) 0,02g de H2SO4
b) 0,20g de H2SO4
c) 0,26g de Ca(OH)2
d) 2,00g de H2SO4
e) 2,00g de Ca(OH)2
RESOLUÇÃO:
Cálculo da massa efetiva de ácido sulfúrico que vai reagir com 7,40g do hidróxido de cálcio.
Como a massa de ácido a ser adicionada é de 10g e irá reagir 9,8g, podemos dizer que o ácido está
em excesso e o hidróxido de cálcio é o reagente limitante.
Cálculo da massa em excesso de ácido: (10 – 9,8) = 0,2g
RESPOSTA: Alternativa B
4) Qual a massa de sulfato de cálcio produzida pela reação de neutralização apresentada?
Resolução:
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Para efetuar o cálculo da massa de sulfato podemos partir tanto da massa do ácido quanto da
massa da base, porém ao utilizar a massa do ácido, tomar o cuidado de observar que existe 0,2g
em excesso, portanto, ao invés de usar 10g vamos utilizar 9,8g de ácido.
RESPOSTA: A massa de sulfato de cálcio é de 13,6g
RELAÇÃO MASSA X MOLÉCULA .
1)
Na reação completa de 14g de N2, qual o número de moléculas de H2 obtidas?
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RESPOSTA: O número de moléculas é 9,0 . 1023 moléculas H2.
2) Quando são produzidos 340g de NH3, qual o número de moléculas de H2 consumido?
RESPOSTA: O número de moléculas é x = 18 . 1024 moléculas H2 ou x = 1,8 .
10 25moléculas H2.
3) Dada a reação de decomposição do carbonato de cálcio - (calcáreo, mármore) e as massas
molares em g/mol, responda os itens a seguir:
Equação química: CaO3(s)
CaO(s) + CO2(g)
Massas Molares: CaCO3 = 100; CaO = 56; CO2 = 44
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Pela equação química balanceada temos as seguintes proporções em mols:
1 mol CaCO3 decompõe-se e forma 1 mol CaO e 1 mol CO2:
a) Qual a massa de necessária para se obter 28g de CaO?
RESOLUÇÃO:
Relação entre Massa CaCO3 com Massa de CaO.
Temos que transformar a proporção em mols em gramas de CaCO3 e gramas de CaO.
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RESPOSTA: Para obter 28g de CaO serão necessários 50g de CaCO3.
b) Se fossem usados 300g de CaCO3, qual seria o volume de CO2 (considerando que as condições são
as das CNTP)?
RESOLUÇÃO:
Relação entre Massa CaCO3 com Volume de CO2 nas CNTP.
Temos que transformar a proporção em mols em gramas de CaCO3 e litros de CO2.
RESPOSTA: O volume de gás carbônico produzido a partir da decomposição de 300g de calcáreo
é de 67,2 litros.
c) Quantas moléculas de CO2 são obtidas quando são usados 150g de CaCO3?
RESOLUÇÃO:
Relação entre Moléculas de CO2 com Massa de CaCO3.
Temos que transformar a proporção em mols em moléculas de CO2 e gramas de CaCO3.
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RESPOSTA: Serão obtidas 9,0 x 1023 moléculas CO2, a partir de 150g de CaCO3.
RELAÇÃO MASSA X VOLUME.
1)
Ao reagir 18g de H2, qual o volume de NH3 obtido nas CNTP?
Dado: Volume molar (CNTP) = 22,4 litros
RESPOSTA: O volume é 134,4L NH3.
2) Qual é o volume de gás hidrogênio consumido nas CNTP, quando é produzido 340g de
amônia?
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RESPOSTA: O volume é de 672L H2.
RELAÇÃO MASSA X MASSA
Dada a reação de formação de amônia gasosa, responda as questões de 1 a 6: 1 N2(g) + 3
H2(g)
2 NH3(g)
1) Qual a massa, em gramas de NH3 obtida, quando colocamos 18g de H2 para reagir?
RESOLUÇÃO:
RESPOSTA: A massa obtida é 102g NH3.
2) Qual a massa, em kg de NH3 obtida, quando reagem 280g de N2? (Obs: 1kg = 1000 gramas)
RESOLUÇÃO:
Para dar a resposta em kg, basta dividir o resultado, em gramas, por 1000:
RESPOSTA: A massa obtida, em kg, é 0,340 kg NH3.
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