Substâncias e transformações químicas, entendendo os

Atividade complementar
“Substâncias e transformações químicas, entendendo os aspectos
quantitativos”
Esta atividade tem como objetivo complementar e aprofundar os estudos sobre as transformações
químicas, mais especificamente, com abordagem aos aspectos quantitativos. Para entender o que
ocorre com as substâncias em uma transformação química é imprescindível ter clareza do conceito
de substância, assim como, saber representá-la corretamente utilizando-se da linguagem química.
Procure resolver todos os exercícios. Entenda o significado das equações químicas e faça o
balanceamento destas. O balanceamento é necessário, pois indica a proporção em que os
reagentes se misturam para formar os produtos. Realize os cálculos atenciosamente e procure dar
significado a esses números, ou seja, esses números devem representar as quantidades em massa
consumidas ou formadas em uma reação química.
Assuntos:
•
•
•
Substâncias químicas e suas transformações.
Representações químicas: elementos químicos, substâncias e reações químicas.
Estudo quantitativo das reações químicas: balanceamento das equações químicas, conservação
da massa e proporção das substâncias que reagem.
Habilidades:
•
H12, H13, H14, H15.
Representações químicas
• Símbolos químicos: utilizados para representar os elementos químicos 1
− Utilizar letras do alfabeto romano.
− Para os elementos de símbolo:
 com uma letra – utilizar letra
 com duas letras – utilizar a
maiúscula
primeira maiúscula e a segunda
H = hidrogênio
minúscula
C = carbono
Li = lítio
O = oxigênio
Ca = cálcio
S = enxofre
Cs = césio
K = potássio
Mg = magnésio
P = fósforo
Na = sódio
Cl = cloro
1
Conjunto de átomos de mesmo número atômico
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ATENÇÃO:
Utilizar letras de forma
(maiúsculas e minúsculas)
Na ≠ Na
Cl ≠ Cl
Mg ≠ Mg
(não utilizar letras cursivas)
•
Maiúscula escrita pequena, não é
letra minúscula
MG ≠ Mg
BA ≠ Ba
SI ≠ Si
Fórmulas químicas: representam as substâncias puras. Indicam quantos átomos de cada tipo
formam a substância.
Exemplos:
− H2O (água): a fórmula indica que a substância água é formada por dois átomos de
hidrogênio (H) e um átomo de oxigênio.
−
O2 (gás oxigênio): a fórmula indica que a substância oxigênio é formada por dois átomos
de oxigênio.
−
H2SO4 (ácido sulfúrico): a fórmula indica que a substância ácido sulfúrico é formada por
dois átomos de hidrogênio, um átomo de enxofre e quatro átomos de oxigênio.
ATENÇÃO:
Co
Elemento químico cobalto
•
CO
Substância química monóxido de carbono
(formada por um átomo de carbono e um átomo
de oxigênio)
Equação química: é a representação de uma reação química por meio de fórmulas dos
compostos.
2 C + O2
→ 2 CO
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Exercícios
1) No sistemas I, II e III as substâncias estão representadas por esferas. Cada tipo de esfera
representa um átomo diferente. Compare as situações inicial e final dos sistemas e descreva se
ocorreu uma transformação física ou química em cada um dos casos.
2) Analise as fórmulas das substâncias e indique a proporção dos átomos que constituem a
substância (procure utilizar o nome dos elementos):
a) NaCl
b) C6H12O6
c) CaSO4
d) Ni(NO3)2
e) MgCl2
f) Na2CO3
g) (NH4)2CO3
3) Escreva a equação química balanceada a partir da descrição das reações:
a) Trióxido de enxofre e hidróxido de sódio (NaOH) reagem, formando sulfato de sódio
(Na2SO4) e água.
b) Hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) reage com ácido fosfórico (H3PO4) e formam fosfato de cálcio
(Ca3(PO4)2) e água.
c) O ferro metálico reage com uma solução de ácido clorídrico (HCl(aq)), formando cloreto de
ferro (FeCl2) e hidrogênio gasoso.
d) Nitrato de cálcio (Ca(NO3)2) e hidróxido de alumínio (Al(OH)3) são produtos da reação entre
hidróxido de cálcio (Ca(OH)2) e nitrato de alumínio (Al(NO3)3).
e) A combustão da hidrazina (N2H4) forma nitrogênio gasoso e vapor d água. OBS: Toda
reação de combustão, ocorre na presença de oxigênio gasoso.
4) Faça o balanceamento das equações químicas:
a) KClO4 → KCl + O2
b) Fe + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2
c) C12H22O11 → C + H2O
d) C2H4 + O2 → CO2 + H2O
e) C2H6O + O2 → CO2 + H2O
f) NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
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5) No método Haber, a amônia (NH3) é produzida no processo:
N2 + H2 → NH3
Responda:
a) Faça o balanceamento da equação química.
b) Para triplicar a produção de amônia, quantas moléculas de N2 e de H2 devem reagir?
c) Sabendo que nessa reação reagem 28 g de N2 com 6 g de H2, qual é a massa de NH3
formada?
d) Para a produção do dobro de amônia, quais são as massas de H2 e de N2 necessárias?
6) Na produção de cal virgem (CaO) a partir de calcário (CaCO3), por decomposição térmica,
ocorre o processo:
CaCO3 → CaO + CO2
Responda:
a) Verifique se há necessidade de realizar o balanceamento da equação.
b) Sabendo que na reação 100 g de calcário se decompõem em 44 de dióxido de carbono, qual
é a massa de cal virgem que se forma?
c) Para aumentar a massa de cal virgem em 5 vezes, qual é a massa de calcário necessária?
d) Quais são os coeficientes estequiométricos dos participantes da reação para a situação
acima?
e) Em uma determinada reação foram formados 660 g de CO2, qual é a massa de calcário
decomposta nessa reação?
7) Admitindo-se que o Brasil produza ácido sulfúrico (H2SO4) pelo processo:
S
+ O2 + H2O →
H2SO4
Faça o balanceamento da equação e responda:
a) Quantas moléculas de água são necessárias para reagir com 10 moléculas de S?
b) Quantas moléculas de H2SO4 são formadas a partir de 300 moléculas de água?
c) Quantas moléculas de O2 são necessárias para formar 600 moléculas de H2SO4?
d) Quantas moléculas de enxofre reagem com 120 moléculas de O2?
8) Segundo a equação não balanceada de queima do etanol:
C2H6O + O2 → CO2 + H2O, responda:
a) Determine os coeficientes estequiométricos da equação.
b) Para formar 15 moléculas de água, quais são coeficientes para todos os outros
participantes da transformação?
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c) Sabendo quais são as massas dos reagentes e produtos envolvidos na reação, complete a
tabela com a massa dos participantes:
Reação
A
B
C
D
C2H6O
46 g
138 g
O2
96 g
CO2
88 g
264 g
H2O
54 g
1080 g
220 g
4320 g
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Gabarito comentado
1) Seguem as descrições:
I. Comparando o estado inicial e final, é possível observar que não houve alteração das
substâncias, estas apenas se dispersaram. Não houve transformação química.
II. Em II, pode-se observar que as substâncias (representadas pela combinação de esferas) do
estado inicial e final são diferentes. Assim, ocorreu uma transformação química.
III. Em III, comparando o estado inicial e final, observa-se que ocorreu uma mistura, as esferas
pretas pequenas se misturaram às esferas pretas grandes. Não ocorreu transformação
química.
2) Pode-se indicar a proporção dos átomos que constituem uma substância de diversas formas.
Para o caso do NaCl, veja as possibilidades:
a) Um átomo de sódio e um átomo de cloro.
1 átomo sódio: 1 átomo de cloro
1 Na: 1 Cl
b) 6 átomos de carbono: 12 átomos de hidrogênio:6 átomos de oxigênio.
c) 1 átomo de cálcio, 1 átomo de enxofre e 4 átomos de oxigênio.
d) 1 átomo de níquel: 2 átomos de nitrogênio:6 átomos de oxigênio.
e) Um átomo de magnésio e dois átomos de cloro.
f) 2 Na : 1 C : 3 O
g) 2 N : 8 H : 1 C : 3 C
3)
a)
b)
c)
d)
e)
SO3 + 2 NaOH → Na2SO4 + H2O
3 Ca(OH)2 + 2 H3PO4 → Ca3(PO4)2 + 6 H2O
Fe + 2 HCl(aq) → FeCl2 + H2(g)
3 Ca(OH)2 + 2 Al(NO3)3 → 3 Ca(NO3)2 + 2 Al(OH)3
N2H4 + O2 → N2(g) + 2 H2O(v)
a)
b)
c)
d)
e)
f)
KClO4 → KCl + 2 O2
2 Fe + 3 H2SO4 → Fe2(SO4)3 + 3 H2
C12H22O11 → 12 C + 11 H2O
C2H4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
4)
5) Ao resolver questões que envolvem o estudo quantitativo das reações química, primeiramente,
deve-se verificar se a equação química está balanceada, mesmo que não seja solicitado.
a) N2 + 3 H2 → 2 NH3
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b) A partir da equação balanceada, sabe-se que a proporção entre os participantes da reação
é 1N2 : 3 H2 : 2 NH3, assim sendo, se deseja triplicar a quantidade de amônia produzida,
todos devem aumentar na mesma proporção. Portanto, são necessárias 3 moléculas de N2
e 9 moléculas de H2.
c) Sabendo que em uma transformação química a massa se conserva, a massa de amônia
formada é a soma das massas de N2 e H2 que reagem.
m = 28 + 6 = 34
A massa de amônia formada é 34 g.
d) Para produzir o dobro de amônia (68 g) são necessários o dobro da massa de N2 e de H2.
Portanto, as massas necessárias são 56 g de N2 e 12 g de H2.
6)
a) A equação química já está balanceada. A proporção entre os participantes da reação é de 1
CaCO3 : 1 CaO : 1 CO2.
b) Aplicando a lei da Conservação da massa, tem-se:
100 = 44 + m
m = 100 – 44
m = 56
A massa de cal virgem formada é 56 g.
c) Para aumentar em 5 vezes a massa de cal virgem formada é necessária que a massa de
reagente aumente na mesma proporção, assim sendo:
m(calcário) = 100 x 5
m(calcário) = 500
500 g é a massa de calcário necessária.
d) 5 CaCO3 → 5 CaO + 5 CO2
e) Pode-se calcular a massa de calcário decomposta da seguinte forma:
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Ou ainda, 660 g são 15 x 44.
Assim, a massa de CaCO3 também deve aumentar 15 x:
15 x 100 = 1500.
Portanto, a massa de CaCO3 é 1500 g.
7)
a) 2 S + 3 O2 + 2 H2O → 2 H2SO4
b) Para 10 moléculas de S são necessárias 10 moléculas de água. Observe, pela equação
balanceada, que a proporção entre as de S e de H2O é de 2:2.
c) Verifique a proporção entre H2O e H2SO4 também é de 2:2. Portanto, são formadas 300
moléculas de H2SO4.
d) 900 moléculas de O2.
e) 80 moléculas de S.
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8)
a) C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
b) ? C2H6O + ? O2 → ? CO2 + 15 H2O
Na equação da reação, verifica-se que a proporção entre os participantes da reação é de:
1 C2H6O : 3 O2 : 2 CO2 : 3 H2O
15 moléculas de H2O é 5 vezes a quantidade inicial apresentada na equação balanceada,
assim os outros participantes devem aumentar na mesma proporção, portanto basta
multiplicar todas as quantidades por 5:
Portanto, os coeficientes são: 5 C2H6O + 15 O2 → 10 CO2 + 15 H2O
c) Para determinar as massas, lembre-se que em uma transformação química:
• a soma das massas dos reagentes é igual a soma das massas dos produtos e,
• as massas dos reagentes e as massas dos produtos que participam da reação obedecem
sempre a uma proporção constante. Essa proporção é característica de cada reacção, isto é,
independente da quantidade de reagentes utilizados.
Assim, é possível preencher o quadro tomando como base a primeira linha, onde apresentamse a proporção em massa dos participantes da reação.
Perceba que na reação A, 138 g é três vezes 46 g, assim para todos os outros participantes
desta reação, a massa deve aumentar três vezes.
Na reação B, para a água, 1080 g é 20 vezes maior que 54 g. Assim, para todos os outros
participantes a massa deve aumentar 20 vezes.
Na reação C, 220 g de CO2 é 2,5 vezes a 88 g. Portanto, as massas dos outros participantes
devem ser multiplicadas por 2,5.
Para a reação D, 4320 g de O2 é 45 vezes 96 g, todos os outros participantes devem ter a massa
multiplicada por 45.
Observação: É possível determinar a massa também aplicando-se a lei da Conservação das
Massas. Por exemplo, para a reação A:
288 g é 3 vezes 96 g. Para calcular a massa de H2O, pode-se fazer da seguinte maneira:
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138 + 288 = 264 + m
m = 426 – 264
m = 162g
É possível aplicar esse raciocínio para conferência dos cálculos.
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