Estequiometria
1- Estequiometria
Estequiometria é o estudo que permite o cálculo das relações quantitativas nas reações químicas.
Considere uma reação química onde os compostos A e B reagem entre si produzindo os compostos C e D.
Equilibrada a equação teremos:
aA + bB ® cC + dD
O cálculo de quantidades desconhecidas de reagentes ou produtos é realizado estabelecendo-se a proporcionalidade com os coeficientes a, b, c e d.
2- Relação entre massas
Exemplo:
Considere a reação:
|
Al2O3
|
+ | 3 H2SO4 | ® | Al2(SO4)3 |
+
|
3 H2O |
|
1 mol
|
3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
| 102g | 294g | 342g | 54g |
Algumas perguntas:
1) Qual é a quantidade de ácido sulfúrico necessária para produzir 500g de sulfato de alumínio?
| Al2O3 | + | 3 H2SO4 | ® | Al2(SO4)3 |
+
|
3 H2O |
| 1 mol | 3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
|
|
294g | 342g |
|
|||
|
|
xg | 500g |
|
342.x = 500.294 ® x = 429,8 g
2) Quantos mols de óxido de alumínio são necessários para reagir com 200 g de ácido sulfúrico?
| Al2O3 | + |
3 H2SO4
|
®
|
Al2(SO4)3 | + | 3 H2O |
| 1 mol | 3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
| 1 mol | 294g |
|
|
|||
| x mols | 200g |
|
|
294.x = 200.1 ® x = 0,68 mols
3-Relação entre massa e moléculas
Exemplo:
Considere a reação:
| Al2O3 | + | 3 H2SO4 | ® | Al2(SO4)3 |
+
|
3 H2O |
| 1 mol | 3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
| 102g | 294g | 342g | 54g | |||
| 1 A | 3 A | 1 A | 3 A |
Onde A é o Número de Avogadro A = 6,02 x 10 23 moléculas
Algumas perguntas:
1) Quantas moléculas de ácido sulfúrico são necessárias para produzir 400g de sulfato de alumínio?
| Al2O3 | + | 3 H2SO4 | ® |
Al2(SO4)3
|
+
|
3 H2O |
| 1 mol | 3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
|
|
3 A | 342g |
|
|||
|
|
x | 400g |
|
342.x = 3A.400 ® x = 3,5A ® x = 2,1.1024 moléculas
2) Quantas moléculas de óxido de alumínio são necessárias para reagir com 100 g de ácido sulfúrico?
| Al2O3 | + |
3 H2SO4
|
® | Al2(SO4)3 | + | 3 H2O |
| 1 mol | 3 mols | 1 mol | 3 mols | |||
| 1 A | 294g |
|
|
|||
| x | 100g |
|
|
294.x = 1A.100 ® x = 0,34A ® x = 2.1023 moléculas.
4- Relação entre volumes
Exemplo:
Considere a reação:
|
3 H2
|
+ | N2 | ® | 2 NH3 |
|
3 mols
|
1 mol | 2 mols | ||
|
3 V
|
1 V | 2 V |
Onde V é o volume molar, sendo V = 22,4 litros nas CNPT
Uma pergunta:
Qual é o volume de nitrogênio necessário para produzir 100 litros de amônia, nas mesmas condições de pressão e temperatura?
| 3 H2 | + | N2 | ® | 2 NH3 |
| 3 mols | 1 mol | 2 mols | ||
|
|
1 V | 2 V | ||
|
|
x |
100 litros
|
2V .x = 100.1V ® x = 50 litros.
5- Relação entre massa e volume
Exemplo:
Considere a reação:
| Cl2 | + |
2 NaOH
|
®
|
NaClO
|
+ | NaCl | + |
H2O
|
| 1 mol |
2 mols
|
1 mol
|
1 mol
|
1 mol
|
||||
| 71g | 80g | 74,5g | 58,5g | 18g | ||||
| 1 V |
|
|
|
|
Uma pergunta:
Qual é o volume de cloro nas CNPT necessário para produzir 200g de hipoclorito de sódio.
| Cl2 | + | 2 NaOH | ® |
NaClO
|
+ | NaCl | + | H2O |
|
1 mol
|
2 mols |
1 mol
|
1 mol |
1 mol
|
||||
|
1 V
|
|
74,5g
|
|
|
||||
|
x
|
|
200g |
|
|
74,5.x = 200.1V ® x = 2,68V ® x = 2,68.22,4 ® x = 60,1 litros
6- Relações envolvendo uma sequência de reações
Equilibramos as equações.
Atribuímos valores ao coeficiente do composto elo de ligação entre as reações de modo que somando as equações resulta uma única.
Então resolvemos o problema normalmente.
Exemplo:
Considere as reações:
2 NaN3 ® 2 Na + 3 N2
10 Na + 2 KNO3 ® K2O + 5 Na2O + N2
O elo de ligação entre as duas equações é o Na. Para que ele seja eliminado na soma das duas equações vamos multiplicar a primeira equação por 5.
10 NaN3 ® 10 Na + 15 N2
10 Na + 2 KNO3 ® K2O + 5 Na2O + N2
_____________________________________
10 NaN3 + 10 Na + 2 KNO3 >>> 10 Na + 15 N2 + K2O + 5 Na2O + N2
10 NaN3 + 2 KNO3 ® K2O + 5 Na2O + 16 N2
Os problemas serão resolvidos usando a equação obtida.
7- Relações envolvendo quantidade em excesso de um dos reagentes
Para verificar se há excesso de reagente vamos sempre comparar pelo número de mols indicado na reação.
7.1 - Relações envolvendo apenas os volumes
Exemplo:
Considere a reação.
| N2 | + | 3 H2 | ® | 2 NH3 |
| 1 mol | 3 mols | 2 mols | ||
| 1 V | 3 V | 2 V |
Uma pergunta:
Fazendo-se reagir 4 litros de N2 com 9 litros de H2 qual é o volume de NH3 obtido nas mesmas condições de pressão e temperatura?
A equação nos mostra que o volume de H2 deve ser 3 vezes maior que o volume de N2 nos permitindo afirmar que há um excesso de N2.
Verificamos ainda que o volume de NH3 é 2 vezes maior que o de N2.
| N2 | + | 3 H2 | ® | 2 NH3 |
| 1 mol | 3 mols | 2 mols | ||
| 1 V | 3 V | 2 V | ||
|
3 litros 1 litro de excesso |
9 litros | x |
x = 2.3 ® x = 6 litros
7.2 - Relações envolvendo apenas massas
Exemplo:
Considere a reação.
| CO2 | + | 2 NaOH | ® |
Na2CO3
|
+ | H2O |
| 1 mol | 2 mols | 1 mol | 1 mol | |||
| 44 g | 2.40 = 80g | 140 g | 18 g |
Uma pergunta.
Fazendo reagir 5 g de gás carbônico com 8 g de hidróxido de sódio, qual é a massa de carbonato de sódio obtida?
A equação nos mostra que a massa de hidróxido de sódio deve ser 80/44 = 1,81 vezes maior que a massa de gás carbônico não 8/5 = 1,6 nos permitindo afirmar que há um excesso de gás carbônico.
A quantidade y de gás carbônico que irá reagir com 8 g de hidróxido de sódio é: 8/y = 80/44 ® y = 4,4 g
| CO2 | + | 2 NaOH | ® | Na2CO3 | + | H2O |
| 1 mol | 2 mols | 1 mol | 1 mol | |||
| 44 g | 2.40 = 80g | 140 g | 18 g | |||
|
4,4 g 0,6 g em excesso |
8 g | x |
|
80.x = 8.140 ® x = 14 g
8- Relações envolvendo reagentes com impurezas
Quando um reagente for impuro procuramos determinar a quantidade de reagente puro e procedemos normalmente.
Exemplo:
Numa reação são utilizados 500 g de ácido sulfúrico com 90% de pureza.
A quantidade de ácido que irá reagir será 500.90/100 = 450 g
9- Relações envolvendo rendimento de reações
Realizamos o cálculo do produtos de uma reação supondo sempre que o rendimento seja 100%.
O rendimento das reações químicas é sempre calculado em função dos produtos da reação.
Exemplo:
Numa reação são produzidos 200 g de carbonato de sódio com rendimento de 100%.
Se o rendimento da reação for 75% a quantidade de carbonato de sódio obtida será de 200.75/100 = 150 g