Reações Químicas e Estequiometria - Resumo Completo

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DEQUI DISCIPLINA QUÍMICA GERAL e INORGÂNICA Profª Dra Sergiane Mendonça REAÇÕES QUÍMICAS e ESTEQUIOMETRIA Referência ATKINS P JONES L Princípios de Química questionando a vida moderna e o meio ambiente 7ª Ed Bookman Companhia Ed 2018 BROWN LEMAY BURSTEN Química A ciência central 9 ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2005 RUSSEL J B Química Geral vol 1 e 2 Makron 1994 São processos nos quais uma ou mais substâncias se convertem em outras substâncias Equações químicas descrições de reações químicas Duas partes de uma equação reagentes e produtos 2H2 g O2 g 2H2Og Reações Químicas Uma equação balanceada do ponto de vista molecular é representada da seguinte forma Equações Químicas Para indicar o estado físico de cada reagente e produto nas equações químicas usamos os símbolos g l s e aq para substâncias que são gases líquidas sólidas e que estão dissolvidas em solução aquosa respectivamente Quando for importante enfatizar que a reação requer temperaturas elevadas a letra grega delta é escrita sob a seta CaCO3 s CaOs CO2g Ou catalisadores 2 SO2 g O2g 2 SO3g V2O3 As fórmulas químicas de uma equação precisam ser multiplicadas por fatores que igualam os números de determinados átomos em cada lado da seta Balanceamento de Equações Químicas Uma equação está balanceada quando o número de átomos é obtido ao multiplicar cada subscrito em uma fórmula química pelo coeficiente da fórmula Subscritos indicam a identidade da substância Coeficientes estequiométricos indicam a quantidade da substância Os coeficientes de uma equação balanceada são os menores números inteiros possíveis em alguns casos é indicado usar coeficientes fracionários Fe s O2 g Fe2O3 s 3 2 4 H2g ½ O2g H2O g C2H4 s O2 g CO2 g H2O g 3 2 2 Na s H2O l NaOH aq H2 g 2 2 2 1 Balanceamento de Equações Químicas C6H14 l O2 g CO2 g H2O g 192 6 7 2 C6H14 l 19 O2 g 12 CO2 g 14 H2O g Uma boa estratégia consiste em balancear um elemento por vez começando por aquele que aparece no menor nº de fórmulas Depois de balancear a equação especifique os estados físicos das substâncias Ex 1 Escreva as equações balanceadas das seguintes reações a A reação de combinação que ocorre quando o lítio metálico reage com o gás flúor b A reação de decomposição que ocorre quando o sólido carbonato de bário é aquecido 2 produtos são formados um sólido e um gás c Sulfeto de mercúrio II sólido decompõese em seus elementos constituintes quando aquecido d A superfície de alumínio metálico sofre uma reação de combustão com o oxigênio do ar e Metanol CH3OH l é queimado no ar f Etanol C2H5OH l é queimado no ar Balanceamento de Equações Químicas Reações de Neutralização A neutralização ocorre quando uma solução de um ácido e a de uma base são misturadas para formar sal 2HNO3 aq BaOH2 aq BaNO32 aq 2 H2O l 2 H aq 2 OH aq 2 H2O l O nitrato de bário permanece em solução como íons Ba2 e NO3 Equação Iônica completa utilizada para realçar a reação entre íons 2H aq 2NO3 aq Ba2 aq 2OH aq Ba2 aq 2NO3 aq 2 H2O l A carga iônica líquida da reação é Equação iônica simplificada lista somente íons únicos H aq OH aq H2O l Equação molecular todas as espécies listadas como moléculas Equação molecular todas as espécies listadas como moléculas HClaq NaOH aq H2O l NaCl aq Equação iônica completa lista todos os íons H aq Cl aq Na aq OH aq H2O l Na aq Cl aq Equação iônica simplificada lista somente íons únicos H aq OH aq H2O l O mesmo resultado é obtido para qualquer reação de neutralização entre um ácido forte e uma base forte em água A água é formada a partir dos íons hidrogênio e hidróxido Reações de Neutralização Escala de pH Por conveniência portanto geralmente expressamos H em termos de pH que é o logaritmo negativo na base 10 de H O pH é registrado com duas casas decimais pois apenas os números à direita do ponto decimal são os algarismos significativos em um logaritmo A 25 C o pH de uma solução ácida é menor que 700 Kw HOH Kw 10 x 107 x 10 x 107 10 x 1014 A 25 C o pH de uma solução básica é maior que 700 pH pOH 14 Em uma solução aquosa de Ácido Forte o ácido é a única fonte de íons logo o cálculo do pH é direto pois a H é igual à concentração original do ácido Ex2 Qual é o pH de uma solução de 0040 molL de HClO4 pH log H pH log 0040 pH 140 Ex3 Uma solução aquosa de HNO3 tem pH de 234 Qual a concentração do ácido pH log H H 10 pH H 10 234 H 46 x 103 molL H 00046 molL Ex 4 Qual o pH de uma solução 0028 molL de NaOH pOH log OH pOH log 0028 pOH 155 pH 1245 pH pOH 14 pH de ácidos e bases fortes O sangue humano tem pH normal 735 a 745 Escala de pH O pH de uma solução pode ser calculado com um medidor de pH Indicadores ácidobase O Ponto de Equivalência S ocorre em pH 70 O Ponto de Equivalência S ocorre em pH 70 Quando se adotam medições de volume em uma titulação o método resultante é muitas vezes chamado de titulação volumétrica ou volumetria de neutralização Titulação ÁcidoBase É um método de análise baseado na reação entre íons H e OH Volumetria de Neutralização A aplicação mais comum de uma titulação é determinar a quantidade de analito em uma amostra n 𝒎 𝑷𝑴 𝒏 𝑪 𝑽 Titulante Analito Titulação ácidobase aplicações Ex 5 Se 2557 mL de uma solução de NaOH 008653 molL forem necessários para atingir o ponto de equivalência da amostra qual a massa de ácido benzóico PM 12212 gmol na amostra 𝑛𝑡𝑖𝑡𝑢𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑛𝑎𝑛𝑎𝑙𝑖𝑡𝑜 𝐶𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑉𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑚𝐴𝑐 𝑃𝑀 𝐴𝑐 008653 2557 103 𝑚𝐴𝑐 12212 𝑔𝑚𝑜𝑙 C6H6COOHaq NaOHaq C6H6COONaaq H2 Ol 𝑚𝐴𝑐 02702 g de ácido benzóico Volumetria de Neutralização Titulante NaOH Analito C6H6COOH Reações de dupla troca metátese As reações de metátese envolvem a troca de íons em solução AX BY AY BX As reações de metátese levarão a uma alteração na solução se um dos três eventos abaixo acontecer formação de um sólido insolúvel precipitado Formação de eletrólitos fracos ou nãoeletrólitos ou Formação de um gás Reações de Precipitação 2 KNO3 aq PbI2 s 2 KIaq PbNO32 aq Reações de Precipitação NaCl aq AgNO3 aq NaNO3 aq AgCl s Uma equação iônica completa de uma reação de precipitação mostra todos os íons dissolvidos Na aq Cl aq Ag aq NO3 aq Na aq NO3 aq AgCl s O cancelamento dos íons espectadores leva à equação iônica simplificada de uma reação Ag aq Cl aq AgCl s A equação iônica simplificada mostra que os íons Ag se combinam com os íon Cl e precipitam como cloreto de prata Quando uma solução de cloreto de sódio eletrólito forte é vertida em uma solução de nitrato de prata outro eletrólito forte formase um precipitado um depósito sólido cloreto de prata Reações de Precipitação Ex 6 Escreva a equação iônica completa e simplificada das reações a BaNO32aq 2NH4IO3aq 2NH4NO3aq BaIO32s Ex 7 Escreva a equação iônica completa e simplificada da reação quando uma solução de K2CrO4 misturase com uma solução de AgNO3 formando um precipitado de cromato de prata Ag2CrO4 b 2 KIaq PbNO32 aq 2 KNO3 aq PbI2 s Reações de transferência de elétrons Ocorre a transferência de elétrons Oxidação perde elétrons aumenta a carga da espécie Redução ganha elétrons reduz a carga da espécie 2 NaBrs Cl2 g 2 NaCl s Br2g 1 0 Nox Oxidação 1 0 Nox Redução O íon brometo é oxidado a bromo pelo gás cloro e o cloro se reduziu O agente oxidante é a espécie que provoca a oxidação e é reduzida no processo Cl2 O agente redutor é a espécie que provoca a redução e é oxidada no processo NaBr Zn s Cu 2 aq Zn 2 aq Cu s Nox oxidação Nox redução Os íons cobre é o agente oxidante O zinco é o agente redutor Oxidação de metais por ácidos e sais Os metais são oxidados por ácidos para formarem sais Durante a reação 2H aq é reduzido para H2 g Observe que o Fe é oxidado para Fe2 e o Ni2 é reduzido para Ni Mgs 2HClaq MgCl2 aq H2g Fe s Ni2 aq Fe2 aq Ni s 2 0 Nox Oxidação 1 0 Nox Redução 2 Nox Oxidação 2 0 0 Nox Redução Reações de transferência de elétrons Ex 12 Identifique as espécies que foram oxidadas ou reduzidas na reação 3Ag aq Als 3Ag s Al 3 aq 2Cu aq I2s 2Cu 2 aq 2l aq Ex 13 Identifique o agente oxidante e agente redutor na reação Cr2O2 2 aq 6 Fe 2 aq 14H aq 6 Fe 3 aq 2Cr 3 aq 7H2Ol Ex 14 Na reação o sulfeto de hidrogênio H2S reage com SO2 para formar enxofre elementar e água Identifique o agente oxidante e redutor Reações de transferência de elétrons Como os elétrons tem carga a carga total dos reagentes deve ser igual à carga total dos produtos Logo tanto as cargas quanto os átomos precisam ser balanceados Al s Cu2 aq Al 3 aq Cu s 1 Substâncias simples Als e Cu s o Nox é zero 2 Íon monovalente Cu2 Al3 o Nox é a carga 3 A variação do Nox de uma espécie será coeficiente da outra espécie 0 0 3 2 Nox Oxidação 3 Nox Redução 2 2 3 2 3 Balanceamento de Equações Redox KMnO4 HCl KCl MnCl 2 Cl 2 H2O 1 Substâncias simples Cl2 o Nox é zero 2 H geralmente o Nox é 1 3 O geralmente o Nox é 2 4 A soma dos Nox de um composto é zero 5 A variação do Nox de uma espécie será coeficiente da outra espécie 1 2 0 2 X 1 1 1 Nox Oxidação 1 2 2 Nox Redução 51 5 5 2 2 2 7 1 X 2 1 1 8 16 Balanceamento de Equações Redox Por meio da estequiometria é determinada a quantidade de reagentes e produtos que deve ser utilizado em uma reação química Estequiometria ESTEQUIOMETRIA do grego stoikheion elemento metriā medida de metron Os coeficientes de uma equação química balanceada indicam tanto os números relativos de moléculas ou unidades de fórmula na reação quanto o número relativo de mols 1 mol Massa Molar 224 L 602x1023 Informações quantitativas a partir de equações balanceadas Quantidades estequiometricamente equivalentes A relação entre essas quantidades podem ser expressas por Relação estequiométrica 2 mols de H2 1 mols de O2 2 mols de H2O Informações quantitativas a partir de equações balanceadas Ex 8 Calcule a massa de CO2 produzida quando 100 g de C4H10 é queimado Considere a equação 2 C4H10 l 13 O2 g 8 CO2 g 10 H2O g Ex 9 Calcule a quantidade de O2 consumida nessa reação Relação estequiométrica 2 mol de C4H10 8 mols de CO2 InformaçãoPergunta 1 g C4H10 X g CO2 Conversão PM 2 x 58 g C4H10 8 x 44 g CO2 X 303 g CO2 Relação estequiométrica 2 mol de C4H10 13 mols de O2 InformaçãoPergunta 1 g C4H10 X g O2 Conversão PM 2 x 58 g C4H10 13 x 32 g O2 X 359 g O2 Informações quantitativas a partir de equações balanceadas Ex 10 Que massa de óxido de ferro III Fe2O3 é necessária para produzir 100 g de ferro ao ser reduzida por CO ao metal ferro e ao CO2 em um alto forno Que massa de CO2 é liberada para produção de 100 g de ferro Considere a equação 1 Fe2O3 s 3 CO g 2 Fe s 3 CO2 g Relação estequiométrica 1 mol de Fe2O3 2 mols de Fe InformaçãoPergunta x g Fe2O3 10 g Fe Conversão PM 1597 g Fe2O3 2 x 5585 g Fe X 143 g Fe2O3 Relação estequiométrica 3 mols de CO2 2 mols de Fe InformaçãoPergunta x g CO2 10 g Fe Conversão PM 3 x 44g CO2 2 x 5585 g Fe X 118 g CO2 Análise Volumétrica Ex 11 Suponha que 2500 mL de solução de ácido oxálico H2C2O4 foi titulada com uma solução 0100 moL de NaOH e que o ponto estequiométrico foi atingido após adição de 380 mL da solução da base Determine a concentração molar da solução de ácido oxálico 1 H2C2O4aq 2 NaOH aq 1 Na2C2O4 aq 2 H2O l 𝐶𝑎 0076 𝑚𝑜𝑙𝐿 𝐻2𝐶2𝑂4 𝑁𝑎𝑂𝐻 1 2 𝐶 𝑉𝑎 𝐶 𝑉𝑏 1 2 𝐶 25𝑚𝐿 010038𝑚𝐿 1 2 O reagente que é consumido completamente na reação é chamado de reagente limitante porque ele determina ou seja limita a quantidade de produto que pode ser formada Os outros reagentes são por vezes chamados de reagentes em excesso Suponha que tenhamos uma mistura de 10 mols de H2 e 7 mols de O2 que reagem para formar água 2 H2 g 1 O2 g 2 H2O g Relação estequiométrica 2 mols de H2 1 mol de O2 Reagentes limitantes A quantidade de matéria de O2 necessária para reagir com todo H2 é 2 mol H2 1 mol O2 10 mol H2 x mol O2 x 5 mol O2 2 H2 g 1 O2 g 2 H2O g Quantidades iniciais 10 mols 7 mols 0 mol Mudanças reação Eq balanceada 10 mols 5 mols 10 mols Quantidades finais 0 mol 2 mols 10 mols H2O 7 mols de O2 10 mols de H2 Quando todo o H2 tiver sido consumido a reação finaliza O reagente em excesso às vezes sobra quando a reação termina Reagentes limitantes H2 é o reagente limitante O2 é o reagente em excesso Reagentes limitantes Ex 12 O carbeto de cálcio CaC2 reage com H2O para formar hidróxido de cálcio e o gás acetileno na reação 1 CaC2s 2 H2O l 1 CaOH2 aq 1 C2H2 g a Qual é o reagente limitante quando 100 g de água reagem com 100 g de CaC2 𝑛𝐶𝑎𝐶2 100 64 𝑛𝐶𝑎𝐶2 156 mol CaC2 𝑛𝐻2𝑂 100 18 𝑛𝐻2𝑂 555 mol H2O 1 mol CaC2 2 mol H2O 156 mol x x 312 mol H2O 312 mol é a quantidade de H2O necessária para quantidade de CaC2 Logo a água está em excesso PMCaC2 64 PMH2O 18 555 mol H2O foram fornecidos e 312 mol de H2O foram consumidos sobrando 243 mol CaC2 é o reagente limitante Relação estequiométrica 1 mol de CaC2 1 mol C2H2 InformaçãoPergunta 100 g CaC2 x g C2H2 Conversão PM 64 g CaC2 26 g C2H2 m 4062 g C2H2 b Que massa de etino pode ser obtida c Qual é a massa do reagente em excesso que permanece após o término da reação 𝑚𝐻2𝑜 243 mol x 1800 gmol 𝑚𝐻2𝑂 4374 g Massa de H2O remanescente A quantidade de produto calculada que se forma quando se consome todo o reagente limitante é chamada de rendimento teórico A quantidade de produto de fato obtida em uma reação é o rendimento real é sempre menor que o teórico O rendimento percentual é a razão entre os rendimentos real e teórico Suponha que uma solução contendo 350 g de Na3PO4 é misturada com uma solução contendo 640 g de BaNO32 Quantos gramas de Ba3PO42 podem ser formados Considere a seguinte equação 2 Na3PO4 aq 3 BaNO32 aq 1 Ba3PO4 2s 6 NaNO3 aq Relação estequiométrica 2 mols de Na3PO4 3 mols de BaNO32 1 mols de Ba3PO42 Rendimentos percentual Calculase a quantidade de matéria de cada reagente e comparase com a reação balanceada Na Eq Balanceada Na3PO4 BaNO32 2 3 066 Ba3PO4 2 640 g de Ba3NO32 350 g de Na3PO4 Portanto o Na3PO4 é o reagente em excesso e BaNO32 é o reagente limitante Quantos gramas de Ba3PO42 podem ser formados Rendimentos percentual 𝒏 𝟑 𝟓𝟎 𝟏𝟔𝟒 𝟎 𝟎𝟐𝟏𝟑 𝒎𝒐𝒍 de Na3PO4 𝒏 𝟔𝟒𝟎 𝟐𝟔𝟏𝟑𝟒 𝟎 𝟎𝟐𝟒𝟓 𝒎𝒐𝒍 de Ba3NO32 Na3PO4 BaNO32 00213 00245 087 Relação estequiométrica 3 mol BaNO32 1 mols Ba3PO42 InformaçãoPergunta 640 g x g Ba3PO42 Conversão PM 3 26134 g 1 602 g m 491 g Ba3PO42 Rendimento Teórico Rendimento teórico de Ba3PO42 na reação 491 g Se o Rendimento real vem a ser 470 g de Ba3PO42 qual o Rendimento percentual 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑥 100 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 470 𝑔 491 𝑔 𝑥 100 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 957 Rendimentos percentual Rendimentos percentual Ex 13 Quando 240 g de nitrato de potássio foram aquecidos com chumbo formase 138 g de nitrito de potássio na reação Calcule o rendimento percentual do nitrito de potássio Pb s KNO3s PbOs KNO2 s Relação estequiométrica 1 mol de KNO3 1 mol de KNO2 InformaçãoPergunta 240 g KNO3 x g KNO2 Conversão PM 1 1011 g 1 851 g m 2020 g KNO2 Rendimento Teórico m 138 g KNO2 Rendimento Real 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑟𝑒𝑎𝑙 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑥 100 𝑅𝑒𝑛𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑜 𝑃𝑒𝑟𝑐𝑒𝑛𝑡𝑢𝑎𝑙 138 𝑔 2020 𝑔 𝑥 100 𝑹𝒆𝒏𝒅𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒐 𝑷𝒆𝒓𝒄𝒆𝒏𝒕𝒖𝒂𝒍 𝟔𝟖 𝟑𝟏 Obrigada