AULA DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO


CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO
Estequiometria é o capítulo da química que envolve os cálculos das quantidades de reagentes e produtos nas reações químicas.
Os cálculos estequiométricos partem do estabelecimento da equação balanceada e se define como sendo cálculo das quantidades exatas nas reações químicas.
Nenhum processo químico, seja no laboratório, seja na indústria, pode dispensar os cálculos estequiométricos. Qual o rendimento de um processo industrial? Qual é o grau de pureza de uma amostra? Quantas toneladas deveram comprar de matéria prima? Que volume de gás passara pela chaminé? Tais situações são apenas uma amostra de questões para as quais o cálculo estequiométrico oferece respostas.
Para resolvermos problemas de cálculo estequiométrico, via regra, temos que conhecer as equações representativa da reação química, ajustar os coeficientes e, em seguida, aplicar cálculos de proporções, como regra de três, lembrando que as proporções entre os coeficientes é uma proporção entre moléculas. Por suas vez, essa proporção é a que existe entre moles das substâncias.
Com esses cálculos proporcionais podemos determinar as quantidades de produtos obtidos a partir dos reagentes dados ou então as quantidades de reagentes necessário para obter certas quantidades de produtos.
Para podermos efetuar cálculos acerca dessa obediência às observações de Lavoisier e Proust, devemos dominar alguns conteúdos já estudados, quais sejam:


  • Balanceamento de Equações;


  • Transformações do tipo mol-massa, mol-moléculas, mol-átomos, mol-volume, etc... Isto é, precisamos aplicar adequadamente o que aprendemos ao estudar as Grandezas Químicas. 

    1.   Regra de três simples.

    Como é um conteúdo prático, não adianta somente as palavras. Precisamos fazer questões, testes e exercícios de maneira a aplicar todo o conhecimento já adquirido sobre as reações. Então, observe os problemas resolvidos adiante e veja que eles podem ser resolvidos adotando-se o seguinte procedimento:

    Procedimento
    1.     Escreva a equação química balanceada
    2.     Faça as relações em mol
    3.     Mude o “mol” convenientemente
    4.     Escreva os Dados do Enunciado
    5.     Faça a regra de três
     
    • Exercícios resolvidos

    Q1. (LealZinhO) O gás de cozinha é formado basicamente por dois gases inflamáveis, propano (C3H8) e butano (C4H10). Ao reagirem com o oxigênio do ar liberam luz e calor. Essa reação forma dióxido de carbono e água, ambas na fase gasosa. Sabendo-se que 11,6g de butano reagiram completamente como o oxigênio, quantos gramas de água serão formados?

    1
    2C4H10    +     13O2    →     8CO2    +     10H2O
    2
    2mol           13mol             8mol             10mol
    3
    116g --------------------------------------------- 180g
    4
    11,6g -------------------------------------------- X
    5
    Resolvendo a regra de três temos
    x = 18 g
    Serão formados 18g de H2O quando 11,6g de C4H10 reagirem completamente do o oxigênio do ar.



     
    Q2.  (LealZinhO) Quando cortamos cebola, ocorre desprendimento de SO2 que, em contato com o oxigênio do ar, se oxida a SO3. O SO3, ao atingir os olhos, reage com a água ali presente formando H2SO4 (ácido sulfúrico), causando-lhes ardor e lacrimejamento. Admitindo que certa quantidade de cebola produzam 4,9 mg de ácido sulfúrico e que todo o enxofre presente no ácido seja proveniente do SO3, determine o total de moléculas de SO3 que atingiram os olhos
     

    1
    SO3    +     H2O    à     H2SO4
    2
    1mol         1mol           1mol
    3
    6,02.1023 ---------------- 98g
    4
    X --------------------------- 4,9mg
    5

    Resolvendo a regra de três temos
    x = 3,01 . 1019 moléculas de SO3
    Atingiram os olhos 3,01.1019 moléculas de SO3.


    .
    Q3.  (LealZinhO) Um dos mecanismos de destruição da camada de ozônio na atmosfera é representado pela equação:    NO(g)­ + O3(g) → NO2(g) + O2(g)­. Considerando que um avião supersônico de transporte de passageiros emita 3 toneladas de NO(g) por hora, a quantidade de ozônio, em toneladas, consumida em um vôo de 7 horas de duração  é ...
    DADOS DE MASSA ATÔMICA (N = 14)

    1
    NO(g)­      +      O3(g)     →       NO2(g)      +      O2(g)
    2
    1mol              1mol                1mol               1mol
    3
    28g ------------- 48g
    4
    21Ton ---------- X
    Se em uma hora o avião libera 3Ton de NO(g), em 7 horas liberará 21Ton de NO(g).
    5
    Resolvendo a regra de três temos
    x = 36 tonelas
    Em 7 horas de vôo, o avião supersônico fará com que 36 toneladas de O3(g) seja consumidas na atmosfera.
     


    • Pureza


    Na natureza é muito difícil, senão impossível, encontrarmos reagentes puros, geralmente estão misturados com substâncias outras que não participam de certa reação. A esta parte da mistura que não participa da reação em análise, damos o nome de impurezas. Impureza não é sujeira... Para efetuarmos cálculos que reagentes impuros, podemos fazer os cálculos como se ele fosse puro e depois, por regra de três, determinamos a quantidade formada diante da impureza observada.
    • Exercícios resolvidos
      
    Q4. (LealZinhO) Determine qual massa de matéria-prima, constituída por enxofre com 80% de pureza, será necessária para produzir 196 toneladas de ácido sulfúrico, na equação: 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SO4.


     

    1
    2S    +    3O2    +    2H2O    →    2H2SO4
    2
    2mol      3mol         2mol             2mol
    3
    64g ---------------------------------- 196g (p/80%)
    4
    X -------------------------------------- 196Ton
    5
    Resolvendo a regra de três temos
    x = 64Ton

    64 ---------------------------80%
    X -----------------------------100 %
    80 toneladas de matéria-prima contendo 80% de pureza de enxofre produzem 196 toneladas de ácido sulfúrico.

     

    Rendimento
    O rendimento afeta apenas o produto da reação. Então, “eliminamos” a quantidade de produto informada no problema e efetuamos o cálculo como se fosse para 100%. Pó regra de três determinamos o valor real.




    • Exercícios resolvidos



    Q5. (LealZinhO)  No processo Haber-Bosch para produção de amônia, o rendimento, geralmente, é de 45%. Qual massa de amônia será obtida a partir de 68Ton de N2? N2(g) + 3H2(g) à 2NH3(g).
     

    1
    N2(g)       +       3H2(g)        →        2NH3(g)
    2
    1mol               3mol                   2mol    
    3
    28g ------------------------------- 34g
    4
    68Ton ---------------------------------- X (p/100%)
    5
    X = 82,57 Ton
    82,57 Ton --------------------100%
    Y -------------------------------- 45%

    Y = 37,15 Ton
    Com 38 toneladas de N2(g) forma-se 37,15 toneladas de amônia, pelo processo Haber-Bosch.
     

    Q6. (LealZinhO) Em laboratório, o gás cloro pode ser preparado pelo processo: MnO2 + 4HCℓ → MnCℓ2 + Cℓ2+ 2H2O. A partir de 6,3g de MnO2, foram obtidos 0,896ℓ de gás Cℓ2 nas CNTP. Qual foi o rendimento do processo?

     

    1
    MnO2   +   4HCℓ    à    MnCℓ2    +  Cℓ2   +   2H2O
    2
    1mol         4mol            1mol         1mol        2mol
    3
    87g ---------------------------------------- 22,4ℓ
    4
    6,3g --------------------------------------------- X (p/100%)
    5
    X = 1,62 L de cloro (100%)
    1,62 ----------------------- 100%
               0,896 ----------------------- Y
    Y = 55,3%
    Nas condições apresentadas, o rendimento do processo foi de 55,3%, aproximadamente.

     Exercícios de Fixação



    Q1. Na reação de combustão completa do etanol, calcular:
    a) O volume de CO2 obtido a partir de 2,4 x 1025 moléculas de O2 (medido nas CNTP).
    b) A massa de etanol que de reagir para obter 5 moles de água.

    Q2. Na queima do benzeno (C6H6) com oxigênio fornecendo gás carbônico e água, calcular:
    a) A massa de benzeno necessária para produzir 2,0 kg de CO2.
    b) O volume do oxigênio necessário para produzir 1,0 kg de água medido nas  CNTP.
    c) O número de moléculas da água formada na queima de 8,40 kg de benzeno.

    Q3. Na queima do magnésio presente numa lâmpada de “flash”, obtiveram-se 4 g de óxido de magnésio. Determine o número de mols de magnésio contido na lâmpada.

    2Mg  + O2  → 2MgO

    Q4. Na combustão do gás metano (CH4), ocorre a formação de gás carbônico e água. Calcule o volume de gás carbônico formado nas CNTP quando se queima 16 g do metano.























































































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