Estequiometria: caso geral e rendimento

SOLUCIONANDO PROBLEMAS ESTEQUIOMÉTRICOS

Em um problema estequiométrico, é possível relacionar não apenas reagentes com produtos, mas também reagentes com reagentes, e produtos com produtos. Para que esteja relação se dê de maneira correta, é preciso que a equação química seja corretamente balanceada.

De forma geral, pode-se estabelecer um método de solução de problemas estequiométricos:

Etapas:

1. Relação em mols das substâncias envolvidas no problema.

2. Montar a equação química devidamente balanceada.

3. Escrever a relação em mols das substâncias envolvidas a partir dos coeficientes estequiométricos provenientes da equação química

1ª linha: relações em mols entre os participantes do problema estequiométrico. Esta etapa não é obrigatória, porém, auxilia na resolução do problema.

2a linha: conversão de mol para a unidade relacionada no problema:

• Se o problema estiver envolvendo massa, converter para massa molar (g/mol).

• Se o problema estiver envolvendo volume, converter para volume molar (L/mol).

• Se o problema estiver envolvendo quantidade de entidades químicas (átomo, molécula, íons), utilizar a constante do Avogadro (6,02.10²³).

• Se o problema estiver envolvendo mol, repetir na segunda linha.

3ª linha: dados referentes ao enunciado do problema.

EXERCÍCIOS RESOLVIDOS

01. Qual o volume, em litros (L), de CO²⁽ᵍ⁾ obtido, nas CNTP, quando são queimados 690g de C²H⁶O? 

Resolução:

1. Toda reação de queima envolve a reação do combustível com um comburente, o O², produzindo CO² e H²O, no caso de combustão completa. Sendo assim:

1 C²H⁶O⁽ˡ⁾ + 3 O²⁽ᵍ⁾ ➜ 2 CO²⁽ᵍ⁾ + 3 H²O⁽ˡ⁾

2. As substâncias envolvidas no processo são C²H⁶O e CO², logo, tem – se a primeira linha, estabelecida a partir das proporções estequiométricas retiradas da equação química:

1 mol C²H⁶O___ 2 mol CO²

3. No problema, a unidade relacionada ao C²H⁶O é massa. Logo, substitui-se 1 mol pela massa molar desse composto:

MMC²H⁶O = (2 . 12) + (6 . 1) + (1 . 16) = 46 g/mol

4. No caso do CO², está em volume, logo, converte-se mol para volume. Como está nas CNTP, o volume de 1 mol de
qualquer gás é igual a 22,4 L. Logo:

1 mol C²H⁶O ____ 2 mol CO²

46 g ____ 2 . 22,4 L

O problema envolve determinar qual o volume de CO²(x) que será obtido a partir da queima de 460 g de C²H⁶O. Logo, tem-se as três linhas da regra de três, onde apenas as duas últimas serão utilizadas para os cálculos:

1 mol C²H⁶O___ 2 mol CO²

46g ___ 2 . 22,4 L

460g ___ x

Multiplicando cruzado, tem-se que x = 448 L.

02. Determine a quantidade moléculas de HI que são produzidas quando 0,1 mol de H² reage com quantidade suficiente de I².

Resolução:

Monta-se a equação devidamente balanceada:

1 H²⁽ᵍ⁾ + 1 I²⁽ᵍ⁾ ➜ 2HI⁽ᵍ⁾

1 mol H²___ 2 mol HI

1 mol ___ 2 . 6,02 . 10²³ moléculas

0,1 mol ___ y

Resolvendo-se a regra de três, tem-se que y = 1,204 . 10²³ moléculas de HI.

ESTEQUIOMETRIA ENVOLVENDO RENDIMENTO

Nos processos químicos, é comum os produtos formados a partir de uma reação química não serem obtidos na quantidade esperada. Isso pode ocorrer devido à presença de impurezas; ocorrência de reações paralelas, levando à formação de produtos indesejados; perdas de produto durante a reação devido a más condições reacionais, como temperatura inadequada; dentre outros fatores.

Quando isso ocorre, diz-se que o rendimento da reação não foi de 100%.

Pode-se definir rendimento como a razão entre a massa que é obtida (m) e a massa que seria obtida caso a reação fosse completa, com rendimento de 100% (m’):

CASOS ESTEQUIOMÉTRICOS ENVOLVENDO RENDIMENTO

• Quando se deseja obter a quantidade de produto formada conhecendo-se o rendimento da reação:

Exemplo:

Qual a massa de sal produzida quando se coloca para reagir 4,9 g de H2SO4 com hidróxido de sódio suficiente?
Considere rendimento de 50%.

Resolução:

1. Seguindo as etapas do caso geral, monta-se a equação química balanceada:

1 H2SO4 + 2 NaOH → 1 Na2SO4 + 2 H2O

2. Monta-se a regra de três, a partir da relação em mols das substâncias envolvidas no processo:

1 mol H2SO4 ___ 2 mol Na2SO4

98 g ___ 142g

4,9 g ___ x

x = 7,1 g de Na2SO4

3. Porém, como o rendimento não foi de 100%, e sim de 50%, deve-se calcular a quantidade real de produto obtida:

7,1 g ___ 100%

m ___ 50%

m = 3,55g de Na2SO4

• Quando se sabe a quantidade real de produto formado e deseja-se obter o rendimento da reação.

Exemplo:

O ácido etanoico reage com o metanol segundo a reação química representada abaixo:

1 C2H4O2 + 1 CH3OH → 1 C3H6O2 + 1 H2O

Sabendo-se que 0,25 mol de ácido reagiu completamente com o metanol para formar 13,875 g do éster. Determine o rendimento da reação.

Resolução:

1 mol de C2H4O2 ___ 1 mol C3H6O2

1 mol ___ 74 g

0,25 mol ___ x

x = 18,5 g de C3H6O2

A massa de 18,5 g seria produzida caso o rendimento da reação fosse de 100%. Como a massa real obtida foi de 13,875 g, pode-se calcular o rendimento da reação:

18,5 g ___ 100%

13,875 g ___ y %

y = 75%

Nas indústrias, onde se faz necessário que as reações ocorram com o máximo de eficiência possível, faz-se uso da estequiometria para calcular a quantidade de reagente necessário para se produzir determinada quantidade de produto desejada.