Estequiometria da Eletrólise

Dicas para 1ª prova da Fuvest (18/01/2001)
Professor Mário Ghio Júnior
Cálculo Estequiométrico : 40% da Prova .
O Cálculo Estequiométrico, ou cálculo das medidas apropriadas, é um dos maiores passos dados
pela Humanidade no campo científico e é o cerne da Química Quantitativa . Lavoisier( 1743- 1794), o pai da
Química Moderna, foi capaz de associar todos os conhecimentos qualitativos da sua época à exatidão da
Matemática . Para tanto, desenvolveu vários equipamentos de medição, entre eles a balança analítica de
laboratório, permitindo ao químico medir ou calcular as massas dos reagentes e produtos envolvidos em uma
reação química .
Atualmente, o Cálculo Estequiométrico é utilizado em várias atividades, tais como : pela indústria
que deseja saber quanto de matéria- prima ( reagentes ) deve utilizar para obter uma determinada quantidade
de produtos, pelo médico que quer calcular quanto de determinada substância deve ministrar para cada
paciente, entre inúmeras outras .
Apesar de temido por muitos vestibulandos, o Cálculo Estequiométrico deixa de ser problema se os
seguintes passos forem seguidos :
1º passo - Montar e balancear a equação química .
2º passo - Escrever a proporção em mols ( coeficientes da equação balanceada ) .
3º passo - Adaptar a proporção em mols às unidades usadas no enunciado do exercício ( massa,
volume nas CNTP, nº de moléculas, etc. )
4º passo - Efetuar a regra de três com os dados do exercício .
Exercício Resolvido ( Fatec- SP)
Uma das reações que podem ocorrer entre Fe2O3 e CO é representada pela equação :
Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2
Calcule a massa de CO consumida na obtenção de 37g de Fe . Dados: C-12u, O-16u e Fe- 56u .
1º passo : Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2
2º passo : 1 mol - 3mols- 2 mols- 3 mols
3º passo :
84g  112g
4º passo :
X  37g onde X= 27,75g
Outras dicas importantes são : se a reação for representada em várias etapas ( reações sucessivas )
some todas para obter uma só e faça o cálculo com esta, se for apresentado rendimento no exercício, efetue o
cálculo normalmente, a quantidade calculada supõe rendimento de 100% e com uma simples regra de 3 você
adapta o resultado ao rendimento dado .
Exercício Proposto :
1. Fuvest . Uma instalação petrolífera produz 12,8 Kg de SO 2 por hora . A liberação desse gás
poluente pode ser evitada usando-se calcário, o qual por decomposição fornece cal ( CaO ), que reage com o
SO2 formando CaSO3, de acordo com as equações :
CaCO3  CaO +CO2
CaO +SO2  CaSO3
Qual a massa mínima de calcário ( em Kg ), por dia, necessária para eliminar todo o SO 2 formado ?
Suponha 100% de rendimento para as reações .
Massas Molares g/mol : CaCO3=100; SO2= 64 .
a) 128
b) 240
c) 480
d) 720
e) 1200
Resposta C .
Estequiometria da Eletrólise
A eletrólise é uma ferramenta muito poderosa para toda a indústria química, pois, como sabemos,
significa a capacidade de transformação de substâncias compostas em substâncias simples a partir de uma
corrente elétrica contínua, ou seja, podemos obter materiais que de outra maneira não estão disponíveis na
natureza . A produção de alumínio metálico, por exemplo, essencial para uma série de aplicações em
transportes, construção civil e naval, entre outras, só é possível economicamente através da eletrólise ígnea da
bauxita ( Al2O3 ) .
Vamos nos concentrar nos aspectos quantitativos da eletrólise . Este estudo pode ser desenvolvido
através das Leis de Faraday ou através de um cálculo estequiométrico normal . O segundo método é mais
interessante pois não implica na memorização de fórmulas .
Em primeiro lugar, devemos escrever a equação de redução do cátion do metal( quando o metal
estiver sendo depositado) ou de oxidação do metal ( quando estiver sendo gasto ), tomando o cuidado de fazer
o balanceamento de cargas para sabermos o número de elétrons envolvidos . A seguir, efetuamos o cálculo
estequiométrico com a proporção em mols de elétrons e do metal envolvido no exercício . É importante
lembrar que 1 mol de elétrons pode ser substituído pela carga de 96500C ou por 1 Faraday . A unidade que
vamos trabalhar para os elétrons depende do enunciado da questão .
Outro lembrete importante é que a unidade A ( ampères ) na Física, significa C ( Coulombs ) por s (
segundo ) indicando que, no exercício, a unidade dos elétrons deve ser transformada de mols para coulombs .
Acompanhe a questão resolvida :
(Unicamp-SP 98/ modificado) . Quando o acumulador dos automóveis ( bateria de chumbo) fornece uma
corrente elétrica, ocorre uma reação química representada abaixo, se o anúncio da bateria diz que a mesma
pode fornecer 50 Ah de carga, neste caso, quantos gramas de chumbo metálico foram consumidos ?Dados:
Pb= 207g/mol e 1Ah= 3600 C
Pb(s) +PbO2(s) + 4 H+(aq) + 2SO42- (aq) = 2 PbSO4(s) + 2H2O(l)
A equação de desgaste do chumbo é :
Pb(s) = Pb2+(aq) +
2e1mol
2mols
207g--------------------2X 96500C
X
--------------------50X3600C ( 50Ah)
X= 193g
Exercícios Propostos :
1.( PUC-SP) A carga elétrica necessária para transformar, por eletrólise, 2 mols de íons Cu 2+ em
cobre metálico é igual a :
a) 1 faraday b) 2 faraday c) 3 faraday d) 4 faraday e ) 5 faraday
Resposta D
2. A massa de prata depositada no cátodo durante a passagem de uma corrente de 5 A por 1 hora na
eletrólise de uma solução aquosa de AgCl é, em gramas :
Dados: Ag=108 g/mol e 1mol e- = 96500C
a) 20.1
b) 40.2
c)108
d)10.8
e)9.65
Resposta A
Termoquímica: Energia Pura
Há um campo inteiro da Química que se dedica ao estudo da liberação ou absorção do calor em uma
reação, este campo é a Termoquímica e tem presença garantida em todos os bons vestibulares .
Podemos perceber a importância deste estudo quando lembramos que grande parte da energia utilizada na
sociedade moderna vem da combustão dos hidrocarbonetos (gasolina, querosene, óleo Diesel, etc )
presentes no Petróleo e da energia obtida pelo fenômeno da respiração celular nos animais e vegetais .
O estudo da Termoquímica consiste em saber se um fenômeno químico foi realizado com liberação
de energia para o ambiente ( reação exotérmica ) ou com absorção de energia do ambiente ( reação
endotérmica ) , para tanto, cada substância existente possui um determinado valor de energia interna (
entalpia, H ) que varia de acordo com : estado físico, variedade alotrópica , temperatura e pressão .
Quando somamos o total de entalpia dos produtos e subtraímos o total de entalpia dos reagentes,
efetuamos o cálculo da variação de entalpia (  H ) . Se a variação de entalpia for negativa temos uma reação
exotérmica e se for positiva a reação será endotérmica .
Outro método existente para determinar a variação de entalpia, consiste em determinar o quanto de
energia é absorvida ( positiva ) para romper as ligações químicas existentes nas moléculas dos reagentes mais
o quanto é liberada na formação das ligações dos produtos ( negativa ) . O resultado é igual a variação de
entalpia .
Exercício Resolvido :
1.
A combustão da sacarose sólida formando dióxido de carbono gasoso e água líquida á
representada pela equação :
C12H22O11(s) + 12 O2(g)
 12CO2(g) +11H2O (l)  H= -5653 KJ / mol
Sabendo que a entalpia de formação da água líquida é -285 KJ / mol e do dióxido de
carbono gasoso é -395 KJ / mol, pode-se afirmar que a entalpia de formação da sacarose, em KJ / mol, é :
a)
b)
c)
d)
e)
+13526
+4048
-4048
+2222
–2222
Solução :
C12H22O11(s) + 12 O2(g)  12CO2(g) +11H2O (l)
(
X
+ 12x0)
 H =Hprod – Hreag
(12x-395
+11x-285 )
-5653 = (12x-395 + 11x-285 ) - ( X + 12x0)
-5653 = (-7875)- ( X )
X = -2222
Gabarito E.
Exercícios Propostos :
1. PUCCamp.
Nos Estados Unidos, em 1947, a explosão de um navio carregado de fertilizante
nitrato de amônio causou a morte de cerca de 500 pessoas . A reação ocorrida pode ser representada
pela equação :
2NH4NO3(s)
 2N2(g) + O2(g) + 4H2O(l)
 H= -411,2 k J
Neste processo, quando há decomposição de 1 mol do sal ocorre :
a) liberação de 411,2 k J
b) absorção de 411,2 k J
c) liberação de 305,6 k J
d) absorção de 205,6 k J
e) liberação de 205,6 k J
Gabarito E
2
.FGV Da hematita obtém-se ferro. Uma das reações do processo é a seguinte :
Fe2O3 + 3 CO  3CO2 + 2Fe
Nesta reação, cada mol de hematita libera 30x10 3 J na forma de calor . O ferro formado absorve 80%
desse valor, aquecendo-se . São necessários 25J por mol de ferro resultante para elevar sua temperatura de 1º
C . Supondo que a reação teve início à temperatura de 30º C e que a massa de ferro resultante não apresentou
sinais de fusão, a temperatura final do ferro será igual a :
a)
b)
c)
d)
e)
630 ºC
510 ºC
aproximadamente 30,5 ºC
990 ºC
960 ºC
Gabarito B