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Engenharia Química ·
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QCQ010 Profa Isabella Pacifico Aquino isabellapacificofeiedubr REAÇÕES QUÍMICAS MOL MASSA MOLAR BALANCEAMENTO ESTEQUIOMETRIA Número de mols Relação entre massa e a Massa molar Sendo n Número de mol ou quantidade de matéria definida em termos de entidades elementares átomos moléculas íons 𝑚 Massa g M Massa molar gmol Unidade no SI mol A massa molar de um composto massa por mol é calculada a partir das massa atômicas dos elementos fornecidas na tabela periódica Unidade gmol n m M QUANTIDADE DE MATÉRIA MOL No SI 1 mol equivale a 6022 x 1023 átomos moléculas ou íons que é a quantidade de átomos contidas em 12 g do C12 m n H2O MASSA MOLAR M A massa molar de um elemento químico é a massa por MOL de seus átomos A massa molar de um elemento químico é numericamente igual à massa atômica uma desse elemento A massa molar de uma substância é a soma das massa molares de todos os átomos presentes A unidade de massa molar é gmol M 2 x H 1 x O M 2x1 1X16 18 gmol As massas atômicas da tabela periódica são uma média dos isótopos existentes na natureza Massa atômica SOBRE AS REAÇÕES QUÍMICAS AntoineLaurent Lavoisier 17431794 APLICAÇÃO DA LEI DE CONSERVAÇÃO DAS MASSAS Lei de Lavoisier Num sistema fechado a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos ou seja a massa permanece constante para qualquer reação química REAÇÕES QUÍMICAS QUÍMICA REAÇÃO QUÍMICA Processo de mudança química ou seja conversão de uma ou mais substâncias em outras substâncias Os materiais iniciais são chamados de REAGENTES As substâncias formadas são chamadas de PRODUTOS REAGENTES PRODUTOS CH4 g O2 g CO2 g H2O g Considere a combustão do metano 2 2 EQUAÇÃO QUÍMICA Assim como os símbolos e as fórmulas químicas representam os átomos e as moléculas as equações químicas representam as reações químicas Expressa uma reação química em termos das fórmulas químicas dos reagentes e produtos A quantidade relativa dos reagentes e produtos EM MOLS são indicadas por números fatores chamados de coeficientes estequiométricos que precedem as fórmulas químicas A equação química também mostra o estado físico de cada reagente e produto usando os símbolos s l ou g REAÇÕES QUÍMICAS CH4 g 2 O2 g CO2 g 2 H2O g REAÇÕES QUÍMICAS BALANCEAMENTO REAÇÕES QUÍMICAS BALANCEMANTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Em uma equação química o mesmo número de átomos deve existir nos reagentes e produtos Como os átomos não são criados nem destruídos os químicos multiplicam as fórmulas por números para mostrar a mesma quantidade de átomos de cada elemento em ambos os lados da equação química e a expressão então é dita balanceada A relação entre as quantidades de reagentes e produtos é chamada de ESTEQUIOMETRIA e os fatores em uma equação balanceada são os coeficientes estequiométricos COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO NÚMERO RELATIVO DE MOLS DE REAGENTES E PRODUTOS ATENÇÃO É necessário fazer o balanceamento das equações químicas antes de realizar qualquer cálculo estequiométrico REAÇÕES QUÍMICAS Uma das principais utilizações das equações balanceadas é permitir fazer a relação entre as massas de produtos e reagentes em uma reação É possível utilizar uma equação balanceada para prever quanto de um reagente será necessário para reagir com outro que se tem uma quantidade definida ou prever quanto será formado de produto PREDIÇÃO MOL A MOL OU PREDIÇÃO MASSA A MASSA Como balancear uma equação química 1 Escreva as fórmulas corretas dos reagentes e dos produtos 2 Verifique sempre se o número de átomos de cada elemento é o mesmo em ambos os lados da equação ou seja se a equação química está balanceada 3 Balanceie o número de átomos em cada lado da equação usando apenas os COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTRICOS Os subscritos nas fórmulas dos reagentes e produtos não podem ser alterados para balancear uma equação 4 Os coeficientes estequiométricos usados no balanceamento de uma reação química devem ser os menores números inteiros Geralmente evitase o uso de coeficientes fracionados 5 Comece com o elemento que aparece uma única vez no lado dos reagentes e produtos Dar preferência para o elemento que possui o maior índice REAÇÕES QUÍMICAS 6 Por fim acerte as quantidade do OXIGÊNIO E HIDROGÊNIO e confira a quantidade de todos os elementos NaCl O2 CuSO4 COMBUSTÃO DO METANO CH4 O metano CH4 é o principal composto do gás natural 89 molar de metano Ele queima com oxigênio para formar dióxido de carbono e água REAÇÕES QUÍMICAS 1 Escreva a fórmula dos reagentes e produtos da reação química CH4 g O2 g CO2 g H2O g 2 A equação química está balanceada 3 Balanceie o número de átomos presentes na equação alterando apenas o coeficientes estequiométrico CH4 O2 CO2 H2O 4 Como C e H aparecem em duas fórmulas e o O aparece em três começar com C e H Os átomos de C já estão balanceados Balanceie os átomos de H usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para a H2O Balanceie por último os átomos de O 2 2 REAÇÕES QUÍMICAS COMBUSTÃO DA AMÔNIA NH3 Escreva a equação química balanceada de combustão da amônia NH3 e O2 formando NO e H2O 1 Escreva a fórmula dos reagentes e produtos da reação química NH3 g O2 g NO g H2O 2 A equação química está balanceada 4 Como N e H aparecem em duas fórmulas e o O aparece em três comece com N e H Os átomos de N já estão balanceados mas os átomos de H não estão Balanceie os átomos de H usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para o NH3 H como maior índice e 3 para H2O NH3 g O2 g NO g H2O g 2 3 3 Balanceie o número de átomos presentes na equação alterando apenas o coeficientes estequiométrico REAÇÕES QUÍMICAS COMBUSTÃO DA AMÔNIA NH3 5 Balanceie os átomos de N usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para o NO 2 NH3 O2 NO 3 H2O 7 Por fim os átomos de oxigênio podem ser balanceados tendose 5 moléculas de O2 no lado esquerdo da equação 4 NH3 O2 4 NO 6 H2O 2 4 6 5 6 Balanceie os átomos de O Depois da etapa 5 há dois átomos de O no lado esquerdo e cinco no direito Isto é há um número par de átomos de O na esquerda e um ímpar na direita Como não pode haver um número impar de átomos de O na esquerda molécula de O2 multiplique cada coeficiente em ambos os lados da equação por 2 2 NH3 O2 2 NO 3 H2O 4 EXERCÍCIO Balanceie as seguintes equações químicas Cr s O2 g Cr2O3s HCl aq CaOH2 aq CaCl2 aq H2O l NaCl H2SO4 Na2SO4 HCl NaBr Cl2 NaCl Br2 EXERCÍCIO 4 Balanceie as seguintes equações químicas a Cr s O2 a Cr2O3s b P4O10 s H2O l H3PO4 l c CdNO32 aq Na2S aq CdS s NaNO3 aq d KClO3 s KCLO4 s KCl s e HCl aq CaOH2 aq CaCl2 aq H2O l Pág 17 APOSTILA DE TEORIA EXERCÍCIO DA APOSTILA EXERCÍCIO DA APOSTILA 3 Calcule o número de átomos de carbono C hidrogênio H e oxigênio O presentes em 15 kg de glicose C6H12O6 um açúcar usado na recuperação de indivíduos alcoolizados Resposta C 301x1025 átomos H 601x1025 átomos O 301x1025 átomos REAÇÕES QUÍMICAS ESTEQUIOMETRIA RELEMBRANDO 𝑛 𝑚 𝑀 Fórmulas químicas e nomenclatura química dos compostos Soluções aquosas Balanceamento das equações químicas Cálculo de conversão de massa para mol e mol para massa n número de mols mol m massa g M massa molar gmol QUÍMICA ESTEQUIOMETRIA AntoineLaurent Lavoisier 17431794 Estequiometria É o cálculo que permite relacionar as quantidades de reagentes e produtos de uma reação química A estequiometria baseiase na Lei de conservação das massas Lei de Lavoisier Lei da composição constante Lei de Proust ESTEQUIOMETRIA EM SOLUÇÃO AQUOSA Podemos descrever o processo pelo qual um composto dissolvese em água ou mesmo uma reação química que ocorre em água por meio de uma equação química Dissolução Quando resolvemos uma estequiometria em meio aquoso devemos saber a concentração da solução que pode aparecer em qualquer unidade ESTEQUIOMETRIA Composto molecular C6H12O6 s C6H12O6 aq Composto iônico NaCl s Na aq Cl aq As moléculas de água não são mostradas explicitamente mas são indicadas por aq Fes H2SO4 aq FeSO4aq H2 g SOLUÇÃO AQUOSA Solução Aquosa Mistura homogênea 2 ou mais componentes Soluto Solvente Solução aquosa de sulfato de cobre ESTEQUIOMETRIA Concentração da solução ESTEQUIOMETRIA C 𝑛1 𝑉 Molaridade molL 𝑚1 𝑉 Concentração Comum gL b 𝑛1 𝑚2 Molalidade molKg 𝑚 𝑉 Densidade gmL 𝑛1 𝑚1 𝑉1 grandezas relacionadas ao soluto 𝑛2 𝑚2 𝑉2 grandezas relacionadas ao solvente 𝑛 𝑚 𝑉 grandezas relacionadas a solução w 𝑚1 𝑚 Fração em massa 𝑥 𝑛1 𝑛 Fração molar P 𝒎𝒑𝒖𝒓𝒂 𝒎𝒊𝒎𝒑𝒖𝒓𝒂 x 100 Pureza Exercícios da Apostila 4 A partir de uma mistura de 250 kg contendo sal de cozinha NaCl com 945 de pureza é obtido o sal sulfato de sódio Na2SO4 com 834 de pureza pela reação abaixo Dadas estas condições quantos quilogramas de mistura contendo Na2SO4 podem ser obtidos NaCl H2SO4 Na2SO4 HCl NaCl Impureza Resposta 344 Kg mNaCl 250 Kg Pureza 945 A equação está balanceada Exercícios da Apostila 5 55 g de uma amostra de zinco impuro reagem com 129 cm3 de ácido clorídrico HCl que tem uma densidade de 118 gmL e uma porcentagem em massa de 35 Qual a porcentagem de zinco metálico na amostra Assuma que a impureza é inerte ao HCl Resposta 867 Zn HCl ZnCl2 H2 Zn2 Zn2 Zn2 H2 Zn2 HCl 0 0 1 2 A equação está balanceada HCl 118 gml wHCl 35 V 129 cm3 1 mL 1 cm3 massa mol Reações consecutivas Uma reação química pode ocorrer em várias etapas consecutivas nesse caso o produto de uma reação alimenta uma outra reação na forma de reagente As etapas consecutivas variam de 2 ou mais reações Neste caso utilizamos o número de mols produzidos na primeira etapa integralmente para a etapa seguinte Ou mesmo o valor requerido na segunda etapa é transferido diretamente para a primeira As reações consecutivas serão tratadas como etapas independentes umas das outras mas devemos lembrar que nesse caso o produto de uma reação alimenta a reação seguinte ESTEQUIOMETRIA FeS2 s O2 g Fe2O3 s SO2 g SO2 g O2 g SO3 g SO3 g H2O l H2SO4 aq 10 Para a obtenção de ácido sulfúrico H2SO4 utilizase pirita Minério que contém FeS2 como matériaprima conforme as reações abaixo FeS2 s O2 g Fe2O3 s SO2 g SO2 g O2 g SO3 g SO3 g H2O l H2SO4 aq Calcule a massa de pirita com 50 de pureza necessária para a obtenção de 2 t de ácido sulfúrico Exercícios da Apostila Resposta 245 t A equação está balanceada 4 8 2 11 2 2 massa mol Pirita FeS2 P 50 MATERIAL COMPLEMENTAR LISTA DE EXERCÍCIOS APOSTILA 1 ao 5 pág 19
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QCQ010 Profa Isabella Pacifico Aquino isabellapacificofeiedubr REAÇÕES QUÍMICAS MOL MASSA MOLAR BALANCEAMENTO ESTEQUIOMETRIA Número de mols Relação entre massa e a Massa molar Sendo n Número de mol ou quantidade de matéria definida em termos de entidades elementares átomos moléculas íons 𝑚 Massa g M Massa molar gmol Unidade no SI mol A massa molar de um composto massa por mol é calculada a partir das massa atômicas dos elementos fornecidas na tabela periódica Unidade gmol n m M QUANTIDADE DE MATÉRIA MOL No SI 1 mol equivale a 6022 x 1023 átomos moléculas ou íons que é a quantidade de átomos contidas em 12 g do C12 m n H2O MASSA MOLAR M A massa molar de um elemento químico é a massa por MOL de seus átomos A massa molar de um elemento químico é numericamente igual à massa atômica uma desse elemento A massa molar de uma substância é a soma das massa molares de todos os átomos presentes A unidade de massa molar é gmol M 2 x H 1 x O M 2x1 1X16 18 gmol As massas atômicas da tabela periódica são uma média dos isótopos existentes na natureza Massa atômica SOBRE AS REAÇÕES QUÍMICAS AntoineLaurent Lavoisier 17431794 APLICAÇÃO DA LEI DE CONSERVAÇÃO DAS MASSAS Lei de Lavoisier Num sistema fechado a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos ou seja a massa permanece constante para qualquer reação química REAÇÕES QUÍMICAS QUÍMICA REAÇÃO QUÍMICA Processo de mudança química ou seja conversão de uma ou mais substâncias em outras substâncias Os materiais iniciais são chamados de REAGENTES As substâncias formadas são chamadas de PRODUTOS REAGENTES PRODUTOS CH4 g O2 g CO2 g H2O g Considere a combustão do metano 2 2 EQUAÇÃO QUÍMICA Assim como os símbolos e as fórmulas químicas representam os átomos e as moléculas as equações químicas representam as reações químicas Expressa uma reação química em termos das fórmulas químicas dos reagentes e produtos A quantidade relativa dos reagentes e produtos EM MOLS são indicadas por números fatores chamados de coeficientes estequiométricos que precedem as fórmulas químicas A equação química também mostra o estado físico de cada reagente e produto usando os símbolos s l ou g REAÇÕES QUÍMICAS CH4 g 2 O2 g CO2 g 2 H2O g REAÇÕES QUÍMICAS BALANCEAMENTO REAÇÕES QUÍMICAS BALANCEMANTO DE EQUAÇÕES QUÍMICAS Em uma equação química o mesmo número de átomos deve existir nos reagentes e produtos Como os átomos não são criados nem destruídos os químicos multiplicam as fórmulas por números para mostrar a mesma quantidade de átomos de cada elemento em ambos os lados da equação química e a expressão então é dita balanceada A relação entre as quantidades de reagentes e produtos é chamada de ESTEQUIOMETRIA e os fatores em uma equação balanceada são os coeficientes estequiométricos COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO NÚMERO RELATIVO DE MOLS DE REAGENTES E PRODUTOS ATENÇÃO É necessário fazer o balanceamento das equações químicas antes de realizar qualquer cálculo estequiométrico REAÇÕES QUÍMICAS Uma das principais utilizações das equações balanceadas é permitir fazer a relação entre as massas de produtos e reagentes em uma reação É possível utilizar uma equação balanceada para prever quanto de um reagente será necessário para reagir com outro que se tem uma quantidade definida ou prever quanto será formado de produto PREDIÇÃO MOL A MOL OU PREDIÇÃO MASSA A MASSA Como balancear uma equação química 1 Escreva as fórmulas corretas dos reagentes e dos produtos 2 Verifique sempre se o número de átomos de cada elemento é o mesmo em ambos os lados da equação ou seja se a equação química está balanceada 3 Balanceie o número de átomos em cada lado da equação usando apenas os COEFICIENTES ESTEQUIOMÉTRICOS Os subscritos nas fórmulas dos reagentes e produtos não podem ser alterados para balancear uma equação 4 Os coeficientes estequiométricos usados no balanceamento de uma reação química devem ser os menores números inteiros Geralmente evitase o uso de coeficientes fracionados 5 Comece com o elemento que aparece uma única vez no lado dos reagentes e produtos Dar preferência para o elemento que possui o maior índice REAÇÕES QUÍMICAS 6 Por fim acerte as quantidade do OXIGÊNIO E HIDROGÊNIO e confira a quantidade de todos os elementos NaCl O2 CuSO4 COMBUSTÃO DO METANO CH4 O metano CH4 é o principal composto do gás natural 89 molar de metano Ele queima com oxigênio para formar dióxido de carbono e água REAÇÕES QUÍMICAS 1 Escreva a fórmula dos reagentes e produtos da reação química CH4 g O2 g CO2 g H2O g 2 A equação química está balanceada 3 Balanceie o número de átomos presentes na equação alterando apenas o coeficientes estequiométrico CH4 O2 CO2 H2O 4 Como C e H aparecem em duas fórmulas e o O aparece em três começar com C e H Os átomos de C já estão balanceados Balanceie os átomos de H usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para a H2O Balanceie por último os átomos de O 2 2 REAÇÕES QUÍMICAS COMBUSTÃO DA AMÔNIA NH3 Escreva a equação química balanceada de combustão da amônia NH3 e O2 formando NO e H2O 1 Escreva a fórmula dos reagentes e produtos da reação química NH3 g O2 g NO g H2O 2 A equação química está balanceada 4 Como N e H aparecem em duas fórmulas e o O aparece em três comece com N e H Os átomos de N já estão balanceados mas os átomos de H não estão Balanceie os átomos de H usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para o NH3 H como maior índice e 3 para H2O NH3 g O2 g NO g H2O g 2 3 3 Balanceie o número de átomos presentes na equação alterando apenas o coeficientes estequiométrico REAÇÕES QUÍMICAS COMBUSTÃO DA AMÔNIA NH3 5 Balanceie os átomos de N usando um coeficiente estequiométrico igual a 2 para o NO 2 NH3 O2 NO 3 H2O 7 Por fim os átomos de oxigênio podem ser balanceados tendose 5 moléculas de O2 no lado esquerdo da equação 4 NH3 O2 4 NO 6 H2O 2 4 6 5 6 Balanceie os átomos de O Depois da etapa 5 há dois átomos de O no lado esquerdo e cinco no direito Isto é há um número par de átomos de O na esquerda e um ímpar na direita Como não pode haver um número impar de átomos de O na esquerda molécula de O2 multiplique cada coeficiente em ambos os lados da equação por 2 2 NH3 O2 2 NO 3 H2O 4 EXERCÍCIO Balanceie as seguintes equações químicas Cr s O2 g Cr2O3s HCl aq CaOH2 aq CaCl2 aq H2O l NaCl H2SO4 Na2SO4 HCl NaBr Cl2 NaCl Br2 EXERCÍCIO 4 Balanceie as seguintes equações químicas a Cr s O2 a Cr2O3s b P4O10 s H2O l H3PO4 l c CdNO32 aq Na2S aq CdS s NaNO3 aq d KClO3 s KCLO4 s KCl s e HCl aq CaOH2 aq CaCl2 aq H2O l Pág 17 APOSTILA DE TEORIA EXERCÍCIO DA APOSTILA EXERCÍCIO DA APOSTILA 3 Calcule o número de átomos de carbono C hidrogênio H e oxigênio O presentes em 15 kg de glicose C6H12O6 um açúcar usado na recuperação de indivíduos alcoolizados Resposta C 301x1025 átomos H 601x1025 átomos O 301x1025 átomos REAÇÕES QUÍMICAS ESTEQUIOMETRIA RELEMBRANDO 𝑛 𝑚 𝑀 Fórmulas químicas e nomenclatura química dos compostos Soluções aquosas Balanceamento das equações químicas Cálculo de conversão de massa para mol e mol para massa n número de mols mol m massa g M massa molar gmol QUÍMICA ESTEQUIOMETRIA AntoineLaurent Lavoisier 17431794 Estequiometria É o cálculo que permite relacionar as quantidades de reagentes e produtos de uma reação química A estequiometria baseiase na Lei de conservação das massas Lei de Lavoisier Lei da composição constante Lei de Proust ESTEQUIOMETRIA EM SOLUÇÃO AQUOSA Podemos descrever o processo pelo qual um composto dissolvese em água ou mesmo uma reação química que ocorre em água por meio de uma equação química Dissolução Quando resolvemos uma estequiometria em meio aquoso devemos saber a concentração da solução que pode aparecer em qualquer unidade ESTEQUIOMETRIA Composto molecular C6H12O6 s C6H12O6 aq Composto iônico NaCl s Na aq Cl aq As moléculas de água não são mostradas explicitamente mas são indicadas por aq Fes H2SO4 aq FeSO4aq H2 g SOLUÇÃO AQUOSA Solução Aquosa Mistura homogênea 2 ou mais componentes Soluto Solvente Solução aquosa de sulfato de cobre ESTEQUIOMETRIA Concentração da solução ESTEQUIOMETRIA C 𝑛1 𝑉 Molaridade molL 𝑚1 𝑉 Concentração Comum gL b 𝑛1 𝑚2 Molalidade molKg 𝑚 𝑉 Densidade gmL 𝑛1 𝑚1 𝑉1 grandezas relacionadas ao soluto 𝑛2 𝑚2 𝑉2 grandezas relacionadas ao solvente 𝑛 𝑚 𝑉 grandezas relacionadas a solução w 𝑚1 𝑚 Fração em massa 𝑥 𝑛1 𝑛 Fração molar P 𝒎𝒑𝒖𝒓𝒂 𝒎𝒊𝒎𝒑𝒖𝒓𝒂 x 100 Pureza Exercícios da Apostila 4 A partir de uma mistura de 250 kg contendo sal de cozinha NaCl com 945 de pureza é obtido o sal sulfato de sódio Na2SO4 com 834 de pureza pela reação abaixo Dadas estas condições quantos quilogramas de mistura contendo Na2SO4 podem ser obtidos NaCl H2SO4 Na2SO4 HCl NaCl Impureza Resposta 344 Kg mNaCl 250 Kg Pureza 945 A equação está balanceada Exercícios da Apostila 5 55 g de uma amostra de zinco impuro reagem com 129 cm3 de ácido clorídrico HCl que tem uma densidade de 118 gmL e uma porcentagem em massa de 35 Qual a porcentagem de zinco metálico na amostra Assuma que a impureza é inerte ao HCl Resposta 867 Zn HCl ZnCl2 H2 Zn2 Zn2 Zn2 H2 Zn2 HCl 0 0 1 2 A equação está balanceada HCl 118 gml wHCl 35 V 129 cm3 1 mL 1 cm3 massa mol Reações consecutivas Uma reação química pode ocorrer em várias etapas consecutivas nesse caso o produto de uma reação alimenta uma outra reação na forma de reagente As etapas consecutivas variam de 2 ou mais reações Neste caso utilizamos o número de mols produzidos na primeira etapa integralmente para a etapa seguinte Ou mesmo o valor requerido na segunda etapa é transferido diretamente para a primeira As reações consecutivas serão tratadas como etapas independentes umas das outras mas devemos lembrar que nesse caso o produto de uma reação alimenta a reação seguinte ESTEQUIOMETRIA FeS2 s O2 g Fe2O3 s SO2 g SO2 g O2 g SO3 g SO3 g H2O l H2SO4 aq 10 Para a obtenção de ácido sulfúrico H2SO4 utilizase pirita Minério que contém FeS2 como matériaprima conforme as reações abaixo FeS2 s O2 g Fe2O3 s SO2 g SO2 g O2 g SO3 g SO3 g H2O l H2SO4 aq Calcule a massa de pirita com 50 de pureza necessária para a obtenção de 2 t de ácido sulfúrico Exercícios da Apostila Resposta 245 t A equação está balanceada 4 8 2 11 2 2 massa mol Pirita FeS2 P 50 MATERIAL COMPLEMENTAR LISTA DE EXERCÍCIOS APOSTILA 1 ao 5 pág 19