CURSO DE FÍSICA E QUÍMICA PARA O VESTIBULAR DA UFRGS

CURSO DE FÍSICA E QUÍMICA PARA O VESTIBULAR DA UFRGS
14/10/09 - Aula 9: Reações químicas de compostos inorgânicos: representação de reações químicas
através de equações, ajuste de coeficientes, reações de oxirredução, cálculos e significado do número de
oxidação, identificação de oxidante, redutor, oxidação e redução, ajuste de coeficientes pela oxirredução,
reações de síntese, análise, troca simples e dupla troca, identificação, previsão de ocorrência e dos
produtos formados.
Reações químicas de compostos inorgânicos
Sempre que há mudança na natureza da matéria pelo rearranjo de átomos temos um fenômeno
químico, ou melhor, uma reação química.
As reações químicas costumam ocorrer acompanhadas de alguns efeitos que podem dar uma dica
de que elas estão acontecendo.
Vejamos quais são estes efeitos?
Formação de gás.
Formação de precipitado.
Mudança de cor.
Variação na temperatura.
Equacionamento químico
Convencionou-se que os reagentes são escritos do lado esquerdo e os produtos do lado direito. A
unir os dois membros existe uma seta. Caso a reação possa ser considerada irreversível (isto é, os
reagentes transformam-se nos produtos, mas o contrário não ocorre) esta seta tem um sentido “→ “.
Caso a reação possa ser considerada como equilibrada (os reagentes transformam-se nos produtos e o
inverso também pode ocorrer), ou seja, em caso em que ocorra equilíbrio químico, existirão duas setas,
uma em cada sentido “
“ . No caso de haver mais do que um reagente ou de se formar mais do que um
produto as diferentes espécies são ligadas com um símbolo “ +”.
Considere-se, como exemplo, a seguinte reação, na qual se forma amoníaco a partir de hidrogênio
e de nitrogênio:
3H2(g)
+
N2(g)
→
2NH3(g)
2
Verifica-se que reagem dois reagentes, o hidrogênio (H2) e o nitrogênio (N2), os quais estão
ligados por um “+” e se encontram no lado esquerdo da reação. Considera-se que a reação é irreversível,
pelo que a seta tem apenas um sentido na direção dos produtos, no caso o amoníaco (NH3).
Nesta equação química podemos verificar que três moléculas de hidrogênio reagem com uma
molécula de nitrogênio, produzindo duas moléculas de amoníaco. Coloca-se ainda, ao lado das substâncias
intervenientes na reação em estudo, a indicação do seu estado físico. Usualmente, utilizam-se os símbolos
(s), (l) e (g), respectivamente, para substâncias no estado sólido, líquido ou gasoso, e ainda, por
exemplo, (aq) para espécies que se encontram em solução aquosa.
As equações químicas são muito importantes, não só porque permitem ter uma ideia clara do
processo global envolvido numa dada reação química, mas também porque são o ponto de partida para os
cálculos de estequiometria, que vão permitir tratar quantitativamente estas reações.
Uma equação química não é uma descrição completa das transformações que têm lugar durante
uma dada reação química. Representa apenas a variação global, isto é, o número e o tipo de átomos,
moléculas ou íons presentes antes e depois de uma reação e não fornece nenhuma informação sobre a
forma como os produtos são formados a partir dos reagentes, nem o tempo necessário para que a
transformação ocorra.
Exemplificando e classificando equações químicas
1. Reação de decomposição
→
2H2O
2H2
+
O2
2. Reação de síntese
2Mg
+
O2
→
2MgO
3. Reação de simples troca
Cℓ2
+
2NaBr
→ 2NaCℓ
+
Br2
4. Reação de dupla troca
H2SO4
BaCℓ2 →
+
BaSO4 +
2HCℓ
Reações entre ácidos e bases
REAÇÕES QUÍMICAS
METAL + O2
NÃO-METAL + O 2
ÓXIDO BÁSICO
+H2O
FORÇA DOS BASES
+
ÓXIDO ÁCIDO
(NEUTRALIZAÇÃO)
BASE
+H2O
BÁSICO
+
SAL
+H
ÁCIDO
FORÇA DOS ÁCIDOS
(HIDRÓLISE )
+H 2O
+H 2O
NEUTRO
ÁCIDO
(CARÁTER)
pH
O
2
3
Acerto de coeficientes de equações químicas
Numa equação química, por se tratar de mero rearranjo de átomos e segundo as Leis Ponderais, é
necessário realizar o seu balanceamento, ou seja, acertar os coeficientes estequiométricos. Para esse
acerto é necessário obedecer a determinados passos.
1. Primeiramente é necessário identificar todos os reagentes e produtos da reação em estudo
escrevendo as suas fórmulas corretas no lado esquerdo e direito da equação química, respectivamente.
2. Inicia-se o acerto das equações arbitrando diferentes coeficientes que sejam adequados e
que forneçam o mesmo número de átomos de cada elemento em cada membro da equação química. É
necessário ter em atenção o fato de apenas se poder mudar os coeficientes, mas não os índices.
Exemplificando ...
Consideremos a queima do álcool etílico:
C2H6O(g) + O2 (g)
→ CO2 (g) + H2O (g)
Os reagentes são: álcool etílico e oxigênio visto que é uma combustão. Por outro lado, os
produtos são dióxido de carbono e água.
1. Começa-se o acerto da equação pelo elemento que aparece uma só vez de cada lado da equação
(nesse caso temos o carbono e o hidrogênio). Devemos começar pelo carbono e, portanto, multiplicar o
carbono do CO2 por 2. Em seguida, o hidrogênio em H2O por 3. Ficamos, então com 2 átomos de carbono e
6 átomos de hidrogênio de cada lado da equação.
A equação fica agora:
C2H6O(g) + O2 (g)
→ 2CO2 (g) + 3H2O (g)
2. Assim que estiverem acertados os elementos que aparecem uma vez em cada membro da
equação passamos agora ao acerto dos que aparecem mais do que uma vez no mesmo membro da equação.
Neste caso temos o oxigênio. Contando os oxigênios, verificamos que no lado direito da equação temos 7 (4
vindos do CO2 e 3 de H2O) e no lado esquerdo temos 3.
Como resolver a situação?
Não podemos alterar o coeficiente da molécula C2H6O uma vez que os carbonos e hidrogênios já
estão certos. Verificamos que multiplicando O2 por 3 conseguimos 6 átomos de O juntando o proveniente
da molécula de C2H6O obtemos os 7 pretendidos para igualar com o segundo membro.
Finalmente a equação toma a forma:
C2H6O(g) + 3O2 (g)
→ 2CO2 (g) + 3H2O (g)
Atenção!
Acertar os coeficientes de uma equação química, às vezes, é um pouco complicado devido à
quantidade de espécies químicas envolvidas. Saliente-se, contudo, que praticando chega-se à perfeição.
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Reações de oxidação-redução
Veja a reação ilustrada:
Queima de magnésio.
A reação ilustrada anteriormente, além de liberar muita luz e calor (exotérmica), apresenta
outra peculiaridade: ocorre com transferência de elétrons de uma espécie (magnésio) para outra
(oxigênio). Reações em que há transferência de elétrons são ditas oxidação-redução.
O magnésio, ao perder 2 (dois) elétrons para o oxigênio tem seu número de oxidação* aumentado.
Por isso, sofre oxidação. Por outro lado, o oxigênio ao receber os elétrons do magnésio, reduz o número de
oxidação. Sofre, portanto, redução.
* É a carga elétrica que um elemento recebe em uma reação química.
As pilhas elétricas, entre outros fenômenos cotidianos, funcionam devido a reações de oxidaçãoredução ou simplesmente REDOX.
Cd(s) +
NiO2(s) +
2H2O(l)
Sofre oxidação: Cd0 → Cd+2
Sofre redução: Ni+4 → Ni+2
→ Cd(OH)2(s) +
Ni(OH)2(s)
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Calculando o número de oxidação (NOX)
Antes de calcular o NOX, é preciso conhecer (e memorizar) alguns conceitos:
1. Elementos do grupo 1 possuem NOX +1.
2. Elementos do grupo 2 possuem NOX +2.
3. Oxigênio quase sempre possui NOX -2; nos peróxidos, NOX -1; nos superóxidos, NOX -1/2.
4. Hidrogênio quase sempre possui NOX +1; nos hidretos metálicos, NOX -1.
5. Substâncias simples possuem NOX zero.
6. Em um composto a soma dos NOX deve ser igual a zero.
7. No caso dos íons, a soma dos NOX deve ser igual a carga do íon.
*Perder elétrons → aumentar NOX → sofrer oxidação → provocar redução → agente redutor.
**Ganhar elétrons → diminuir NOX → sofrer redução → provocar oxidação → agente oxidante.
Como calcular o NOX do fósforo (P) na molécula de H3PO4, por exemplo...
Dê o valor x para o NOX do átomo desconhecido e monte uma pequena equação;
-Se for um composto iguale a zero;
-Se for um íon poliatômico iguale a carga do íon.
H3PO4
3 .(+1) + 1 . (x) + 4 .(-2) = 0
x=+5
Portanto, NOX do P, na molécula de H3PO4 é + 5.
Acertando coeficientes de reações redox
O acerto de coeficientes das reações de redox deve ser feito de maneira metódica. Acompanhe
as regras apresentadas a seguir:
a) Determine, na equação química, qual espécie se oxida e qual se reduz, para tanto devemos
determinar o NOX de cada elemento presente na equação química. Identifique os elementos que tiveram
variação de NOX, pois estes determinarão os coeficientes pelos quais começaremos a balancear a reação.
b) Encontre os valores de Δoxid. e Δred.
*Δoxid = número de elétrons perdidos x atomicidade do elemento.
**Δred = nmero de eleétrons recebidos x atomicidade do elemento.
c) Trabalhe sempre com os menores valores possíveis de Δoxid e Δred.
d) Para igualar os elétrons nos processos de oxidação e redução, torne o Δoxid coeficiente da
substância que contém o átomo que se reduz e o Δred o coeficiente da substância que contém o átomo que
se oxida.
e) Os coeficientes das demais substâncias são determinados por tentativas, baseando-se na
conservação dos átomos.
Exemplo:
K2Cr2O7 + Na2C2O4 + H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + Na2SO4 + H2O + CO2
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Regra a: observe a variação de NOX do Cr e do C:
Regra b: determinamos os valores de ∆oxi e ∆red.
Regra d: iniciamos o acerto de coeficientes, trocando os valores de ∆oxi e ∆red como
coeficientes.
Regra e: acertamos as demais substâncias por tentativa.
Finalmente . . .
K2Cr2O7 + 3Na2C2O4 + 7H2SO4 → K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3Na2SO4 + 7H2O + 6CO2
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Vestibular da UFRGS
1. UFRGS 2006. Assinale a alternativa que
apresenta uma reação que pode ser caracterizada
como processo oxidação-reudução:
(A) Ba+2 + SO4-2 → BaSO4
(B) H+ + OH- → H2O
(C) AgNO3 + KCℓ → AgCℓ + KNO3
(D) PCℓ5 → PCℓ3 + Cℓ2
(E) 2NO2 → N2O4
2. UFRGS 2007. Assinale a alternativa que
apresenta uma reação química que pode ser
utilizada para a produção de corrente elétrica.
(A) Na2O + SO3 → Na2SO4
(B) BaCℓ2 + H2SO4 → BaSO4 + 2HCℓ
(C) K2CO3 → K2O + CO2
(D) ZnSO4 + 2AgNO3 → Zn(NO3)2 + Ag2SO4
(E) H2 + 1/2O2 → H2O
4. UFRGS 2007. Na reação química a seguir . . .
Cu2+(aq) + Mg(s) → Cu(s) + Mg2+(aq)
(A) o Cu2+ é reduzido a Cu.
(B) o Cu2+ é o agente redutor.
(C) o Mg é reduzido a Mg2+.
(D) o Mg recebe dois elétrons.
(E) o Cu perde dois elétrons.
5. UFRGS 2008. Considere a seguinte sequência de
reações de formação de X, Y e Z.
As substâncias representadas por X, Y e Z são,
respectivamente,
(A) Ca(OH)2, Ca2S e CaCℓ.
(B) CaO2, CaS2 e CaCℓ2.
(C) CaOH, CaS e CaCℓ.
(D) CaO2, Ca2S e Ca2Cℓ.
(E) Ca(OH)2, CaS e CaCℓ2.
3. UFRGS 2007. No ânion tetraborato B4O72-, o
número de oxidação do boro é igual a
(A) 2.
(B) 3.
(C) 4.
(D) 5.
(E) 7.
6. UFRGS 2008. Veículos espaciais utilizam uma
mistura combustível formada por alumínio em pó,
perclorato de alumínio e óxido de ferro III. Durante
a decolagem de um ônibus espacial, uma reação que
ocorre é a seguinte.
Fe2O3
3NH4CℓO4(s) +3Aℓ(s) → Aℓ2O3(s)+AℓCℓ3+6H2O(g)+3NO(g)
Considere as afirmações abaixo, a respeito desse
processo.
I – O alumínio metálico é agente redutor.
II – A reação apresenta dois agentes oxidantes.
III – O nitrogênio do NH4CℓO4 sofre oxidação a NO.
Quais são corretas?
(A) Apenas I.
(B) Apenas II.
(C) Apenas I e III.
(A) Apenas II e III.
(A) I, II e III.
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7. UFRGS 2009. A coluna da esquerda, abaixo, apresenta os reagentes utilizados em diferentes reações
químicas realizadas em meio aquoso. A coluna da direita relaciona evidências experimentais observadas no
decorrer dessas reações.
Associe corretamente a coluna da direita com a da esquerda:
1 – Na2S + Ca(NO3)2
2 – Fe + H2SO4
3 – KI + Pb(NO3)2
4 – CaO + Ca(OH)2
5 – NH4Cℓ + H2O
(
(
(
(
) Há liberação de substância gasosa.
) Ocorre formação de precipitado salino.
) O pH do meio torna-se ácido.
) Não ocorre formação de novas espécies.
A sequência correta de preenchimento dos parênteses, de cima para baixo, é
(A) 1-5-2-4
(B) 2-3-5-4
(C) 2-5-3-1
(D) 5-3-1-2
(E) 5-4-3-1