CÁLCULOS ESTEQUIOMETRICOS
REGRAS
1ª
regra: Escreva corretamente a equação química mencionada no problema (caso ela
não tenha sido fornecida);
2ª
regra: As reações devem ser balanceadas corretamente (tentativa ou oxi-redução),
lembrando que os coeficientes indicam as proporções em mols dos reagentes e
produtos;
3ª
regra: Caso o problema envolva pureza de reagentes, fazer a correção dos
valores, trabalhando somente com a parte pura que efetivamente irá reagir;
4ª
regra: Caso o problema envolva reagentes em excesso – e isso percebemos quando
são citados dados relativos a mais de um reagente – devemos verificar qual
deles está correto. O outro, que está em excesso, deve ser descartado para
efeito de cálculos.
5ª
regra: Relacione, por meio de uma regra de três, os dados e a pergunta do
problema, escrevendo corretamente as informações em massa, volume, mols,
moléculas, átomos, etc. Lembre-se de não podemos esquecer a
relação:
1 mol = ......g =22,4 L
(CNTP) = 6,02x1023
1 mol = ......g =
6ª
regra: Se o problema citar o rendimento da reação, devemos proceder à correção
dos valores obtidos.
PUREZA
Pureza: É comum o uso de
reagentes impuros, principalmente em reações industriais, ou porque são mais
baratos ou porque já são encontrados na natureza acompanhados de impurezas (o
que ocorre, por exemplo, com os minérios).
Grau de pureza: é o quociente entre
a massa da substância principal e a massa total da amostra (ou massa do
material bruto).
EXEMPLOS
Em 200g de calcário encontramos 180g de CaCO3 e 20g de
impurezas. Qual o grau de pureza do calcário?
200g -------------100%
180g ------------- x
180g ------------- x
x = 90%
Uma amostra de 200 kg de calcário (com teor
de 80% de CaCO3) foi tratada com ácido fosfórico - H3PO4
- conforme a equação química balanceada:
3CaCO3 + 2H3PO4 -------1Ca3(PO4)2 + 3H2O + 3CO2. Calcule a massa de Ca3(PO4)2 formado.
3CaCO3 + 2H3PO4 -------1Ca3(PO4)2 + 3H2O + 3CO2. Calcule a massa de Ca3(PO4)2 formado.
Os coeficientes já
estão acertados: 3CaCO3 + 2H3PO4
---------- 1Ca3(PO4)2 + 3H2O
+ 3CO2
Veja os dados informados (200 kg de Calcário com 80% de pureza, ou seja,
temos apenas 160kg de CaCO3) e o que está sendo solicitado (massa do
sal formado - Ca3(PO4)2) e estabeleça uma
regra de três. 3CaCO3
-------------- 1Ca3(PO4)2
3x100g---------------- 1x310g
160kg --------------- x x=165,33 kg
Veja os dados informados (
3x100g---------------- 1x310g
160kg --------------- x x=165,33 kg
Considere
a reação FeS + HCl ---------- FeCl2 + H2S. Qual a massa
de cloreto ferroso - FeCl2 - obtida quando 1100g de sulfeto ferroso
- FeS de 80% de pureza reagem com excesso de ácido clorídrico - HCl?
Acerte
os coeficientes da equação: 1FeS + 2HCl ------------1FeCl2 + 1H2S
Veja os dados informados (1100g de sulfeto ferroso com 80% de pureza, ou seja, 880g de sulfeto ferroso puro) e o que está sendo solicitado (massa de cloreto ferroso) e estabeleça uma regra de três.
Veja os dados informados (1100g de sulfeto ferroso com 80% de pureza, ou seja, 880g de sulfeto ferroso puro) e o que está sendo solicitado (massa de cloreto ferroso) e estabeleça uma regra de três.
1FeS -------------- 1FeCl2
1x88g ------------- 1x127g
880g -------------- x X= 1270g
1x88g ------------- 1x127g
880g -------------- x X= 1270g
Em 200g de calcário encontramos 180g de CaCO3 e 20g de
impurezas. Qual o grau de pureza do
calcário?
200g -------------100%
180g ------------- x x = 90%
180g ------------- x x = 90%
RENDIMENTO
Rendimento de uma reação é o quociente entre a quantidade de produto
realmente obtida e a quantidade de produto que seria teoricamente obtida pela
equação química correspondente.
Queimando-se 30g de carbono puro, com rendimento de 90%, qual a massa de
dióxido de carbono (CO2) obtida, conforme a equação: C + O2
---------- CO2 .
Os coeficientes já
estão acertados: 1C + 1O2
---------- 1CO2 .
Veja os dados informados (30g de Carbono puro com 90% de rendimento) e o que está sendo solicitado (massa de dióxido de carbono obtida) e estabeleça uma regra de três.
Veja os dados informados (30g de Carbono puro com 90% de rendimento) e o que está sendo solicitado (massa de dióxido de carbono obtida) e estabeleça uma regra de três.
1x12g----------- 1x44g
30g --------------- x
x=110g
(considerando que o rendimento seria de 100%)
estabeleça outra
regra de três para calcular o rendimento (90%)
110g -------------100% (rendimento teórico)
y --------------- 90% y= 99g
y --------------- 90% y= 99g
Quando são dadas as quantidades de dois ou mais participantes: É importante lembrar que as substâncias não reagem na proporção que queremos (ou que as misturamos), mas na proporção que a equação (ou seja, a Lei de Proust) as obriga. Quando o problema dá as quantidades de dois participantes, provavelmente um deles está em excesso, pois, em caso contrário, bastaria dar a quantidade de um deles e a quantidade do outro seria calculada. Para fazer o cálculo estequiométrico, baseamo-nos no reagente que não está em excesso (denominado reagente limitante).
Nesse caso devemos seguir as etapas:
1ª - Considere um dos reagentes o limitante e determine
quanto de produto seria formado;
2ª - Repita o procedimento com o outro reagente;
3ª - A menor quantidade de produto encontrada corresponde
ao reagente limitante e indica a quantidade de produto formada.
Foram misturados 40g
de gás hidrogênio (H2) com 40g de gás oxigênio, com a finalidade de
produzir água, conforme a equação: H2 + O2 --------- H2O.
Determine:
a)o reagente limitante;
b)a massa de água formada;
c)a massa de reagente em excesso.
a)o reagente limitante;
b)a massa de água formada;
c)a massa de reagente em excesso.
Acerte os coeficientes
da equação:2H2 +1O2 ------------2H2O.
Vamos considerar que
o H2 seja o reagente limitante.
2H2 --------------- 2H2O
2x2g----------------2x18g
40g ------------------ x x=360g
2H2 --------------- 2H2O
2x2g----------------2x18g
40g ------------------ x x=360g
Em seguida, vamos
considerar que o O2 seja o reagente limitante.
1O2 --------------- 2H2O
1x32g------------- 2x18g
40g ------------------ xy y=45g
1O2 --------------- 2H2O
1x32g------------- 2x18g
40g ------------------ xy y=45g
Observe que a menor
quantidade água corresponde ao consumo total de O2, que é realmente
o reagente limitante. A massa de água produzida será de 45g.
Agora vamos calcular
a massa de H2 que será consumida e o que restou em excesso,
aplicando uma nova regra de três:
2H2 --------------- 2O2
2x2g---------------2x32g
z -------------- 40g
2x2g---------------2x32g
z -------------- 40g
z=5g (massa de H2 que irá reagir)
Como a massa total de
H2 era de 40g e só 5g irá reagir, teremos um excesso de 35g (40-5).
Dessa forma, passaremos a responder os quesitos solicitados:
Dessa forma, passaremos a responder os quesitos solicitados:
a)reagente limitante:
O2
b)massa de água formada: 45g
c)massa de H2 em excesso: 35g
b)massa de água formada: 45g
c)massa de H2 em excesso: 35g
EXERCÍCIOS
PROPOSTOS
1.
O
ácido sulfúrico de larga utilização e fator determinante do índice de desenvolvimento
de um país, é obtido pela reação SO3 + H2O --------- H2SO4.
Reagimos 80g de trióxido de enxofre (SO3) com água em excesso e condições necessárias. Qual a massa de ácido sulfúrico obtida nessa reação que tem rendimento igual a 75%? R:73,5
Reagimos 80g de trióxido de enxofre (SO3) com água em excesso e condições necessárias. Qual a massa de ácido sulfúrico obtida nessa reação que tem rendimento igual a 75%? R:73,5
2.
Quais são as massas de
ácido sulfúrico e hidróxido de sódio necessárias para preparar 28,4g de sulfato
de sódio, conforme a reação: H2SO4 + NaOH ------- Na2SO4
+ H2O?
R:19,6 e 16
R:19,6 e 16
3.
400g de hidróxido de
sódio (NaOH) são adicionados a 504g de ácido nítrico (HNO3),
produzindo nitrato de sódio (NaNO3) e água. Calcule:
a)massa de nitrato de sódio obtida;
b)massa do reagente em excesso, se houver.
R: a) 680g b) 80g de NaOH
a)massa de nitrato de sódio obtida;
b)massa do reagente em excesso, se houver.
R: a) 680g b) 80g de NaOH
4.
(UFRN) Uma amostra de
calcita, contendo 80% de carbonato de cálcio (CaCO3), sofre decomposição
quando submetida a aquecimento, segundo a reação:
CaCO3 --------- CaO + CO2.
Qual a massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima de 800g de calcita? R:358,4
CaCO3 --------- CaO + CO2.
Qual a massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima de 800g de calcita? R:358,4
5.
Qual a quantidade máxima
de NH3 , em gramas, que pode ser obtida a partir de uma mistura de
140g de gás nitrogênio (N2) com 18g de gás hidrogênio (H2),
conforme a reação: N2 + H2 ------- NH3
R: 102g
R: 102g
6.
(PUC-MG) A equação de
ustulação da pirita (FeS) é: FeS + O2 -------SO2 + Fe2O3.
Qual a massa de óxido de ferro III obtida, em kg, a partir de 300 kg de pirita, que
apresenta 20% de impurezas?
R:218,18
R:218,18
7.
(Fuvest-SP) Qual a
quantidade máxima, em gramas, de carbonato de cálcio que pode ser preparada
misturando-se 2 mols de carbonato de sódio com 3 mols de cloreto de cálcio,
conforme a equação: Na2CO3 + CaCl2
-------- CaCO3 + NaCl.
R: 200g
R: 200g
8.
32,70g de zinco metálico
(Zn) reagem com uma solução concentrada de hidróxido de sódio (NaOH),
produzindo 64,53g de zincato de sódio (Na2ZnO2). Qual o
rendimento dessa reação?
R:89,69%
R:89,69%
9.
Misturam-se 147g de ácido
sulfúrico e 100g de hidróxido de sódio que se reajam segundo a reação: H2SO4
+ NaOH ------ Na2SO4 + H2O. Qual a massa de
sulfato de sódio formada? Qual a massa do reagente que sobra em excesso após a
reação? R:177,5 e 24,5
10. Para a produção de soda cáustica (NaOH), uma
indústria reage carbonato de sódio com hidróxido de cálcio segundo a equação:
Na2CO3 + Ca(OH)2 --------- CaCO3 +
NaOH. Ao reagirmos 265g de carbonato de sódio com 80% de pureza, devemos obter
que massa, em gramas, de soda cáustica?
R:160
R:160
11. (UFF-RJ) 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, conforme a seguinte reação
química: Al + Cl2 --------- AlCl3. Se 2,70g de
alumínio são misturados a 4,0g de cloro, qual a massa produzida em gramas, de
cloreto de alumínio?
R:5,01
R:5,01
12. Qual a massa, em gramas, de cloreto de
ferro II (FeCl2), em gramas, produzida pela reação completa de
111,6g de Fe com ácido clorídrico (HCl), de acordo com a reação química
não-balanceada a seguir Fe + HCl ------------- FeCl2 + H2
?
R: 253,09
R: 253,09
13.
Dada
a reação não-balanceada Fe+ HCl ------- FeCl3 + H2, qual
o número de moléculas de gás hidrogênio produzidas pela reação de 112g de
ferro?
R:1,806x1024
R:1,806x1024
14.
Qual
a quantidade de água formada a partir de 10g de gás hidrogênio, sabendo-se que
o rendimento da reação é de 80%?
R: 72g
R: 72g
15.
Quantos
mols de ácido clorídrico (HCl) são necessários para produzir 23,4g de cloreto
de sódio (NaCl), conforme a reação HCl + NaOH -------- NaCl + H2O?
R:0,4
R:0,4
- Um funileiro usa um maçarico de acetileno para soldar uma panela.
O gás acetileno (C2H2) é obtido na hora, através da
seguinte reação química:
CaC2 + H2O à Ca(OH)2 + C2H2.
Qual a massa aproximada de carbureto de cálcio (CaC2) que será necessária para se obter 50 L de acetileno nas CNTP?
R:142,8 - Em alguns antiácidos, emprega-se o hidróxido de magnésio (Mg(OH)2)
como agente neutralizante do ácido clorídrico (HCl)
contido no suco gástrico. A reação que ocorre é a seguinte: Mg(OH)2 + HCl à MgCl2 + H2O. Supondo-se que
alguém tenha 36,5 mg de HCl no estômago, qual a massa de hidróxido de
magnésio, em mg, necessária para uma neutralização completa?
R:29 - A produção de carboidratos (fórmula mínima CH2O)
pelas plantas verdes obedece à equação geral da fotossíntese: CO2 + H2O à CH2O + O2.
Qual a massa de água necessária para produzir 10g de carboidrato?
R:6 - (Fuvest-SP) Qual a quantidade máxima de
carbonato de cálcio (CaCO3) que pode ser preparada a partir de
2 mols de carbonato de sódio com 3 mols de cloreto de cálcio, conforme a
reação: Na2CO3 +
CaCl2 à CaCO3 + NaCl?
R:200 - (Cesgranrio-RJ) Ao mergulharmos uma placa de
prata metálica em uma solução de ácido nítrico (HNO3), ocorrerá
a reação: Ag + HNO3 à AgNO3 + NO + H2O. Ajustando
a reação química, calcule a massa de água produzida, em gramas, quando é
consumido 1 mol de prata metálica.
R:12 - 4g de hidróxido de sódio (NaOH) são
adicionados a 4g de ácido clorídrico (HCl), produzindo cloreto de sódio
(NaCl) e água. Pergunta-se: há excesso de qual reagente?
R: 0,35g de HCl - (Fatec-SP) Na reação de amônia (NH3)
com oxigênio (O2) para formar NO e água, qual a massa de água
formada a partir de 160g de O2? Quantos mols de NO são formados
a partir da mesma quantidade de O2?
R:108g e 4 mols - Na produção de cal virgem (CaO), pela
decomposição térmica do carbonato de cálcio, ocorre a seguinte reação:
CaCO3 à CaO + CO2. Com base
nessa informação, calcule a massa, em kg, de cal virgem que será obtida a
partir de 0,5 t de carbonato de cálcio.
R: 280 - Ao reagirmos propeno com ácido clorídrico,
obtemos 2-cloro-propano, segundo a reação que segue. C3H6 + HCl àC3H7Cl. Se
reagirmos 84g de propeno (C3H6), qual a massa de
2-cloro-propano obtida, se o rendimento da reação é de 60%?
R:94,2 - Um dos processos de obtenção de éter
hospitalar (C4H10O) consiste na desidratação de
álcool etílico (C2H5OH),
conforme a reação: C2H5OH à C4H10O + H2O.
Pede-se para determinar o rendimento desse processo, se quando
desidratamos 184g de álcool, obtêm-se 111g de éter.
R:75% - O nitrato de potássio (KNO3) é
conhecido pelas suas propriedades diuréticas. Uma das reações em que
podemos obter este composto é dada a seguir:
AgNO3 + KCl à KNO3 + AgCl.
Dispondo de 425g de nitrato de prata com 80% de pureza, qual a massa de nitrato de potássio que obtemos se o rendimento da reação é de 60%?
R:121,2 - O salitre do Chile (NaNO3) é
utilizado como conservante em embutidos como o presunto, mortadela, etc.
Esse composto pode ser obtido pela reação:
HNO3 + NaOH à NaNO3 + H2O. Sendo a massa de ácido nítrico (HNO3) utilizada igual a 126g, qual a massa de salitre do Chile que obtemos se o rendimento dessa reação é de 95%?
R:161,5 - (Cesgranrio-RJ) O H2S reage com o
SO2 segundo a
reação: H2S + SO2 à S + H2O. Qual o número
máximo de mols de enxofre que pode ser formado quando se faz reagir 5 mols
de H2S com 2 mols de SO2?
R:6 - 12g de ferro (Fe) e 4g de enxofre (S) são aquecidos
até reação total. Tendo em conta que o produto obtido é o sulfeto ferroso
(FeS), qual dos dois reagentes foi posto em excesso?
R:5g de ferro - (PUC-RJ) A nave estelar Enterprise, de Jornada nas estrelas, usou B5H9 e O2 como mistura combustível. As duas
substâncias reagem de acordo com a seguinte equação: B5H9 + O2 à B2O3 + H2O. Se um
tanque contém 126 kg de B5H9 e o outro 240 kg de O2,
qual tanque esvaziará primeiro? Mostre com cálculos. Quanta água terá sido
formada (em kg) quando um dos reagentes tiver sido completamente
consumido?
R:101,25 kg - 11,2 L de gás carbônico (CO2), nas
CNTP, reagem com hidróxido de sódio (NaOH), produzindo carbonato de sódio
(Na2CO3) e água. Qual a massa de carbonato de sódio
obtida, sabendo-se que o rendimento da reação é de 90%?
R: 47,7g - (ITA-SP) Calcule o máximo de massa de água que
se pode obter partindo de 8,0 g de hidrogênio e 32,0g de oxigênio. Indique
qual o reagente em excesso e quanto sobra do mesmo.
R: 36g de água; excesso de 4g de H2 - (PUC-MG) Fosgênio, COCl2, é um gás
venenoso. Quando inalado, reage com a água nos pulmões para produzir ácido
clorídrico , que causa graves danos pulmonares, levando, finalmente, à
morte; por causa disso, já foi até usado como gás de guerra. A equação
dessa reação é: COCl2 +
H2O à CO2 + HCl. Se uma pessoa inalar 198
mg de fosgênio, qual a massa, em mg, de ácido clorídrico que se forma nos pulmões? R:146
- 5 kg de CaCO3 são totalmente decompostos,
conforme a reação química:
CaCO2 à CaO + CO2 . Calcule:
a)massa em kg de CaO obtido;
b)o volume de gás carbônico obtido a 25ºC e 1 atm, considerando que o volume molar é de 25 L/mol.
R: a)2,8kg b)1250L - Considere a obtenção do ferro, utilizando
óxido férrico, conforme a reação: Fe2O3 + CO à Fe + CO2 . Se utilizarmos 4,8 kg de óxido
férrico, quanto teremos de ferro, admitindo que a reação tenha um
rendimento de 80%?
R: 2688g - Qual o volume, em m3, de gás
oxigênio, nas CNTP, necessário para queimar totalmente 1200 kg de carvão,
com 90% de pureza, conforme a equação:
C + O2 à CO2
R: 2016m3 - (Unicamp-SP) Na metalurgia do zinco, uma das
etapas é a reação do óxido de zinco (ZnO) com o monóxido de carbono (CO),
produzindo zinco elementar (Zn) e gás carbônico. Para cada 1000g de óxido
de zinco que reage, qual a massa de metal obtida?
R: 802,5g - Encontrou-se uma amostra de mármore (CaCO3),
cuja pureza era de 60%. Decompondo-se 50g dessa amostra, obteve-se cal
virgem (CaO) e gás carbônico (CO2). Admitindo-se um rendimento
de 70% para essa reação, quantos mols de gás carbônico foram conseguidos?
R: 0,21 mol - Na combustão do cicloexano (C6H12),
qual a quantidade em mols de oxigênio (O2) consumida, para um
mol de cicloexano queimado, conforme a equação:
C6H12 + O2 à CO2 + H2O?
R: 9 mols
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