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Capítulo 3Estequiometria: cálculos com fórmulas e equações químicas
QUÍMICAA Ciência Central
9ª Edição
Prof. Kleber Bergamaski
Equações químicas
Lavoisier
1789, lei da conservação da massa
“A massa total de uma substância
presente ao final de uma reação
química é a mesma massa total do
inicio da reação.”
Com a teoria atômica:Os átomos não são nem criados, nem
destruídos durante qualquer reação química
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• A equação química para a formação da água pode ser visualizada
como duas moléculas de hidrogênio reagindo com uma molécula
de oxigênio para formar duas moléculas de água:
2H2 + O2 2H2O
Equações químicas
2Na + 2H2O 2NaOH + H2
2K + 2H2O 2KOH + H2
Equações químicas
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• Coeficientes estequiométricos: são os números na
frente das fórmulas químicas; fornecem a
proporção de reagentes e produtos.
Equações químicas
Equações químicas
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• Lei da conservação da massa: a matéria não pode ser perdida em
nenhuma reação química.
Equações químicas
Reações de combinação e decomposição
• As reações de combinação têm menos produtos do que reagentes:
2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)
• O Mg combina-se com o O2 para formar o MgO.
• As reações de decomposição têm menos reagentes do queprodutos:
2NaN3(s) 2Na(s) + 3N2(g) (a reação que ocorre em um airbag)
• O NaN3 se decompôs em Na e N2 gasoso.(100 g NaN3 50 L)
Alguns padrões simples de reatividade química
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Reações de combinação e decomposição
Alguns padrões simples de reatividade química
Reações de combinação e decomposição
Alguns padrões simples de reatividade química
2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)
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Combustão ao ar
A combustão é a queima de umasubstância em oxigênio do ar:
C3H8(g) + 5O2(g) 3CO2(g) + 4H2O(g)
Alguns padrões simples de reatividade química
Massa molecular e peso fórmula• A massa molecular (MF): é a soma de MA para os átomos na
fórmula.MM (H2SO4) = 2(MA do H) + (MA do S) + 4(MA do O)
= 2(1,0 u) + (32,1 u) + 4(16,0 u)= 98,1 u
• A massa molecular (MM) é a massa da fórmula molecular.MM de C6H12O6) = 6(12,0 u) + 12(1,0 u) + 6(16,0 u) = 180,0 u
• Não se recomenda a utilização do termo massa fórmula
Massa molecular
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Mol: medida conveniente de quantidades químicas.
• 1 mol de algo = 6,0221421 1023 daquele algo.
• Experimentalmente, 1 mol de 12C tem uma massa de 12 g.
Massa molar
• Massa molar: é a massa em gramas de 1 mol de substância
(unidades g/mol, g.mol-1).
• A massa de 1 mol de 12C = 12 g.
O mol
O mol
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O mol
Esta fotografia mostra um mol de
sólido (NaCl), um mol de líquido
(H2O) e um mol de gás (O2).
O mol
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Conversões entre massas, mols
e número de partículas
• Massa molar: é a soma das massas molares dos átomos:
massa molar de N2 = 2 (a massa molar de N).
• As massas molares para os elementos são encontradas na tabela
periódica.
• As massas moleculares são numericamente iguais às massas
molares.
O mol
Conversões
EXEMPLO 1
- Número de átomos em uma moeda de cobre:
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EXEMPLO 2
(Como Fazer 3.10) Calcule a quantidade de matéria de
glicose (C6H12O6 ) em 5,380 g de C2H12O6 .
Conversões
CF 3.11 Calcule a massa, em gramas, de 0,433 mol de nitrato de cálcio
• Número relativo de átomos de cada elemento que a substância
contém.
• Comece com a % em massa dos elementos (por exemplo, Dados
Empíricos) e calcule uma fórmula, ou
• Comece com a fórmula e calcule os elementos da % em massa.
Fórmulas mínimas a partirde análises
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EXEMPLO: O mercúrio forma um composto com cloro
que tem 73,9 % de mercúrio e 26,1 % de cloro, em massa.
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Divide-se a maior quantidade de matéria pela menor
para obter-se uma razão molar de 1,99 : 1:
1,99 2
Assim:
Fórmula mínima é HgCl2
CF 3.11 O ácido ascórbico contém 40, 92% de C, ... (pág. 83)
Fórmula molecular a partir de fórmula mínima• Uma vez que conhecemos a fórmula mínima, precisamos da MM
para encontrarmos a fórmula molecular.
• Os índices inferiores na fórmula molecular são sempre números
inteiros múltiplos dos índices inferiores na fórmula mínima.
EXEMPLO
Fórmula mínima C3H4 Fórmula molecular C9H12
Fórmulas mínimas a partirde análises
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Fórmulas mínimas a partirde análises
CF 3.14 O mesitileno tem uma fórmula mínima C3H4 . A
massa molecular, determinada experimentalmente, para essa
Substância é 121 u. Qual é a fórmula molecular do mesitileno?
SOLUÇÃO:
massa molecular da fórmula mínima:
3(12,0 u) + 4(1,0 u) = 40,0 u
Apenas número inteiro tem sentido físico.
Portanto,
3 x (C3H4) C9H12
Fórmulas mínimas a partirde análises
CF 3.14 PRATIQUE: etilenoglicol... (pág. 84)
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Análise por combustão• As fórmulas mínimas são determinadas pela análise por combustão:
Fórmulas mínimas a partir de análises
CF 3.15 Álcool isopropílico é composto de C, H e O. A
combustão de 0,255 g de álcool isopropílico produz
0,561 g de CO2 e 0,306 g de H2O. Determine a fórmula
mínima do álcool isopropílico.
Gramas de O ?
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massa de O = massa da amostra – (massa de C + massa de H)
= 0,255 g – (0,153 g + 0,0343 g) = 0,068 g de O
Calculamos agora a quantidade de matéria de C, H e O
na amostra:
Para encontrar a fórmula mínima quantidade relativa de
matéria de cada elemento
C:H:O 2,98: 7,91: 1,00
Então
C3H8O
CF 3.15 PRATIQUE: ácido capróico......... (pág. 85)
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• A equação balanceada fornece o número de moléculas que reagem
para formar produtos.
• Interpretação: a proporção da quantidade de matéria de reagente
necessária para se chegar à proporção da quantidade de matéria do
produto.
• Essas proporções são denominadas proporções estequiométricas.
NB: As proporções estequiométricas são proporções ideais
• As proproções ideais de reagentes e produtos no laboratório devem
ser medidas em gramas e convertidas para mols.
Informações quantitativas a partir de equações balanceadas
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• COMO FAZER 3.16 (pág. 87)
• Quantos gramas de água são produzidos na oxidação
de 1,00 g de glicose, C6H12O6 ?
Informações quantitativas a partir de equações balanceadas
• Se os reagentes não estão presentes em quantidades
estequiométricas, ao final da reação alguns reagentes ainda estarão
presentes (em excesso).
• Reagente limitante: um reagente que é totalmente consumido
Reagente limitante
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Reagente limitante
• Suponha que você deseje fazer vários sanduíches usando
uma fatia de queijo e duas fatias de pão para cada um
deles.
“Equação química”:
2Pa + Qu Pa2Qu
dez fatias de pão e sete de queijo, quantos sanduíches ?
Reagente limitante
• Situação análoga ocorre em reações químicas:
Por ex. 10 mol de H2 e 7 mol de O2 que reagem para
formar água:
2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)
2 mols de H2 para cada mol de O2
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Reagente limitante
Reagente limitante
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COMO FAZER 3.18
O mais importante processo comercial para converter N2
do ar em compostos contendo nitrogênio é baseado na
reação de N2 e H2 para formar NH3 :
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
Qual quantidade de matéria de NH3 pode ser formada a
partir de 3,0 mols de N2 e 6,0 mols de H2 ?
Reagente limitante
RESOLUÇÃO:
Quantidade de matéria de H2 necessária para o consumo
completo de 3,0 mols de N2 é:
Reagente limitante
apenas 6,0 mols de H2 disponível, ou seja, REAGENTE
LIMITANTE !
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Reagente limitante
RESOLUÇÃO:
Usamos a quantidade de reagente limitante, H2, para
calcular a quantidade de NH3 produzida:
CF 3.18 PRATIQUE, pág. 91
COMO FAZER 3.19
Considere a seguinte reação:
2Na3PO4(aq) + 3Ba(NO3)2(aq) Ba3(PO4)2(s) + 6NaNO3(aq)
Suponha que uma solução contendo 3,50 g de Na3PO4 é
misturada com uma solução contendo 6,40 g de
Ba(NO3)2. Quantos gramas de Ba3(PO4)2 podem ser
formados ?
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Rendimentos teóricos• A quantidade de produto prevista a partir da estequiometria
considerando os reagentes limitantes é chamada de rendimento
teórico.
• O rendimento percentual relaciona o rendimento real (a quantidade
de material recuperada no laboratório) ao rendimento teórico:
Reagente limitante
Fim do Capítulo 3:Estequiometria: cálculos com fórmulas e equações químicas
EXERCÍCIOS CAP. 3 DO BROWN:
3.63 a 3.78
