Qui. Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha)

Transcrição

1 Semana 10 Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Renan Micha) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.

2 CRONOGRAMA 03/04 Relações numéricas: u.m.a, massa atômica, número de massa, etc 15:00 Relações numéricas: volume molar nas CNPT e fora das CNPT 19:15 04/04 Relações numéricas: exercícios específicos 13:30 10/04 Leis ponderais; Fórmulas (mínimas, centesimal, molecular) Estequiometria simples 15:00 19:15 11/04 Estequiometria simples: exercícios 13:30

3 17/04 Casos particulares de estequiometria: graus de pureza e rendimento Exercícios de grau de pureza e rendimento 15:00 19:15 18/04 Casos particulares de estequiometria: reagente limitante e em excesso 13:30 24/04 Todos os casos particulares de estequiometria Definições de misturas 15:00 19:15 25/04 Classificação das soluções quanto ao coeficiente e curvas de solubilidade 13:30

4 Casos parti- 18 abr culares de estequiometria Reagente limitante em excesso 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito

5 RESUMO Reagente limitante e em excesso Estequiometria é um tema recorrente em vestibulares e que sempre traz uma certa dose de apreensão. Porém, podemos, com uma dose de treinamento, dominar relativamente bem o tema e conseguir êxito em todas as questões. Começaremos essa aula com um exercício típico do tópico com o caso particular de reagentes limitante e em excesso. Veja o exercício abaixo para entender o contexto que estamos inseridos Exercício! Metanol, CH3OH, que é usado como combustível em carros de corrida e em células de hidrogênio, pode ser produzido a partir da reação entre monóxido de carbono e hidrogênio. 1CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) Uma boa estratégia para tornar o exercício mais fácil de resolver é visualizar a proporção entre as quantidades dadas na questão na unidade mol, ou seja, converter as quantidades dadas de g para mol. Assim, podemos compará-las e decidir quem agirá como reagente limitante e reagente em excesso. Faremos isso abaixo. 356g de CO equivale a ~12,7mol (conversão feita dividindo a massa de y por sua massa molar) 65g de h equivale a 32,5mol (mesmo processo de conversão) Pela teoria (equação química), cada 1mol de CO consome 2mol de H2. A Na reação real, temos 12,7mol de CO, o que demandaria 25,4mol de H2. Temos 32,5mol de H2 na situação, ou seja, temos 7,1mol de excesso de H2, que será nosso reagente em excesso. O CO, por sua vez, será o reagente limitante, porque é consumido completamente. Para ficar mais claro, observe a tabela abaixo 123 Suponha que 356g de CO e 65g de H2 são misturados com tempo para reagirem. Que massa de reagente em excesso resta depois que o regente limitante é consumido? Neste problema, é possível perceber que temos as quantidades dos dois reagentes e devemos decidir qual dos dois será totalmente consumido (reagente limitante) e qual sobrará, ou não reagirá completamente (reagente em excesso). Como conseguimos identificar os dois tipos de reagentes? A resposta está na equação química, ou, mais especificamente, na proporção entre os reagentes. Nesse caso, perceba, pela equação química, que cada mol de CO(g) consome precisamente o dobro de mol de H2(g) (proporção de 1CO:2H2). Para guardar na memória Receber quantidades de dois reagentes é um grande indicativo de que a questão é de reagentes limitante e em excesso. Precisamos comparar a teoria (o que a na equação química diz ) e as quantidade reais (o que o exercício nos fornece) O reagente limitante será 100% consumido, ao contrário do reagente em excesso, que irá sobrar Porém, a quantidade dada no exercício está em gramas, como compará-las? A massa que sobra é a diferença entre o que tinha antes de o processo acontecer e o não foi consumido (o que é intuitivo)

6 EXERCÍCIOS PARA AULA! 1. O ácido acetilsalicílico (AAS), comumente chamado de aspirina, é obtido a partir da reação do ácido salicílico com anidrido acético. Essa reação é esquematizada do seguinte modo: a) Qual é o reagente limitante da reação, partindo-se de 6,90g de ácido salicílico e 10,20g de anidrido acético? Justifique sua resposta apresentando os cálculos. b) Foram obtidos 5,00g de AAS. Calcule o rendimento da reação. 2. A combustão incompleta de combustíveis fósseis produz monóxido de carbono(co), um gás tóxico que, quando inalado, penetra nos pulmões, reduzindo a capacidade do sangue de transportar oxigênio através do corpo, pois o complexo formado com a hemoglobina é mais estável que o formado com o oxigênio. Admitindo que a reação: 2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g) 124 é completa, qual a quantidade de matéria de oxigênio presente no final da reação quando 9,0 mols de monóxido de carbono reagem com 6,0 mols de oxigênio em um recipiente fechado? Dados: C = 12 e O = 16 a) 2,0 b) 3,0 c) 4,5 d) 6,0 e) 1,5 3. O ferro metálico pode ser produzido a partir da reação do Fe2O3com CO de acordo com a seguinte equação química não balanceada: xfe2o3(s) + yco(g) wfe(s) + zco2(g) Considere a reação completa entre 1,60 g de Fe2O3 e 3,00 g de CO e assinale a alternativa correta. a) O reagente limitante dessa reação é o monóxido de carbono. b) A quantidade máxima de ferro metálico produzida será de aproximadamente 1,12 g. c) Após a reação se completar, restará 0,58g de monóxido de carbono no meio reacional. d) A quantidade máxima de dióxido de carbono produzida será de aproximadamente 4,60g. e) Se o rendimento for de 80%, serão produzidos aproximadamente 2,50 g de ferro metálico.

7 4. Considere a reação de produção do metanol (álcool metílico) CO(g) + 2H2(g) CH3OH(l) Se 48,0 g de H2(g) são adicionados a 140 g de CO(g), e o rendimento da reação é 100%, pede-se: (Dados: H = 1; C = 12; O = 16) a) a massa do reagente em excesso que resta no final; b) a massa de álcool metílico obtida. 5. Amônia gasosa pode ser preparada pela seguinte reação balanceada: CaO(s) + 2NH4Cl(s) 2NH3(g) + H2O(g) + CaCl2(s) Se 112,0 g de óxido de cálcio e 224,0 g de cloreto de amônia forem misturados, então a quantidade máxima, em gramas, de amônia produzida será, aproximadamente: Dados: massas moleculares - CaO = 56 g/mol; NH4Cl = 53 g/mol; NH3 = 17 g / mol a) 68,0 b) 34,0 c) 71,0 d) 36,0 e) 32,0 125 EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. Na indústria, a amônia é obtida pelo processo denominado Haber-Bosh, pela reação entre o nitrogênio e o hidrogênio na presença de um catalisador apropriado, conforme mostra a reação não balanceada: N2(g) + H2(g) NH3(g) Com base nessas informações, considerando um rendimento de 100% e sabendo que as massas molares desses compostos são: N2 = 28 g/mol, H2 = 2 g/mol, NH3 = 17 g/mol, calcule a) a massa de amônia produzida reagindo-se 7 g de nitrogênio com 3 g de hidrogênio. b) nas condições descritas no item a, existe reagente em excesso? Se existir, qual a massa em excesso desse reagente?

8 2. São colocadas para reagir entre si as massas de 1,00g de sódio metálico e 1,00g de cloro gasoso. Considere que o rendimento da reação é 100%. São dadas as massas molares, em g/mol: Na=23,0 e Cl=35,5. Há: a) há excesso de 0,153 g de sódio metálico. b) há excesso de 0,352 g de sódio metálico. c) há excesso de 0,282 g de cloro gasoso. d) há excesso de 0,153 g de cloro gasoso. e) nenhum dos dois elementos está em excesso 3. O cloreto de alumínio é um reagente muito utilizado em processos industriais que pode ser obtido por meio da reação entre alumínio metálico e cloro gasoso. Se 2,70g de alumínio são misturados a 4,0g de cloro, a massa produzida, em gramas, de cloreto de alumínio é: Massas molares (g/mol): Al = 27,0; Cl = 35,5 4. a) 5,01 b) 5,52 c) 9,80 d) 13,35 e) 15,04 Que volume de CO2(g), nas condições ambiente de pressão e temperatura, é obtido quando 1 mol de HCl reage com 0,5mol de Na2CO3? 126 Dados: Volume molar de gás nas condições ambiente de pressão e temperatura=25l/mol

9 QUESTÃO CONTEXTO! A reação de combustão do metano tem importância para o contexto energético mundial, bem como para a síntese de novos combustíveis. CH4(g) + O2(g) CO2(g) + H2O(g) O gás metano e oxigênio combinam-se exotermicamente para produzir dióxido de carbono e vapor de água. Importância: O metano é o hidrocarboneto mais simples, e todos esses combinam-se com O2 para se oxidar. Se a oxidação é completa, os produtos são dióxido de carbono (um gás estufa) e monóxido de carbono (fuligem). O gás metano é obtido de camadas rochosas subterrâneas a partir da decomposição de plantas pré-históricas e outros materiais orgânicos. Os combustíveis fósseis são queimados para produzir calor e produzir energia para muitas máquinas e para aplicações no cozimento de alimentos ou aquecimento. Existem sérios problemas atualmente sobre o rápido aumento de dióxido de carbono na nossa atmosfera. a) Usando a equação acima como base, calcule (a) o volume de gases produzido, nas CNTP, na queima de 24g desse gás com 22,4L de O2(g). b) Mostre, por cálculos, quem age como reagente limitante ou em excesso. 127

10 GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. a) Reagente limitante = ácido salicílico 03. Questão contexto a)devemos, inicialmente, balancear a equação. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(g) Agora sabemos que 16g de CH4 (equivalente a um mol) precisam de 2 volumes molares de O2(g) (2 x 22,4L), certo? b) R = 55,56% 16g ,8L 24g precisa de xl para reagir completamente x = 67,2L 2. e 3. b 4. 28g 5. a Temos esse volume? Não, portanto, nessa altura podemos dizer que o oxigênio é o reagente limitante e o CH4, o excesso. Vejamos quantos g de metano precisamos para consumir todo o volume de 22,4L de O2. 16g ,8L Y ,4L Y = 8g (só dividir por 2, como aconteceu na direita, de 44,8 para 22,4) Exercícios para casa! 1. a) massa de NH3 = 8,5g b)sim, existe excesso de gás hidrogênio, que pode ser calculado da seguinte maneira: 3g - 1,5g (massa que reage) = 1,5g em excesso 2. b 3. a 4. 12,5L Se 8g reagiram (o que equivale a 0,5mol de CH4), 0,5mol de CO2 e 2mol de H2O foram produzidos. Um total de 2,5mol de gases nas CNTP. Se sabemos que 1mol, nas CNTP, tem 22,4L, 2,5mol equivaleriam a 56L de gases (H2O(g) e CO2(g)) b) Temos 24g. Assim, tirando 8g (massa de CH4 consumida na reação) desses 24, temos (24 8) 16g. Reagente Limitante = O2, sobra 0; Reagente em Excesso = CH4, sobra 16g.

11