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Cálculo estequiométrico Curso de Agronomia Química Geral e Orgânica Prof. Luiz Gustavo Dutra Mol 1 dúzia = 12 unidades 1 centena = 100 unidades etc... 1 mol = número de átomos de carbono presente em 12 g de carbono-12 1 mol = 6,023 x 1023 unidades de átomos, íons, moléculas, elétrons, etc... Ex: 1 mol de H3O + = 6,023 x 1023 íons H3O + 1 mol de H3O + = 3 mol de átomos de H = 3 x 6,023 x 1023 átomos de H 1 mol de H3O + = 1 x 6,023 x 1023 átomos de O 1 mmol de H3O + = 6,023 x 1023 x 10-3 = 6,023 x 1020 íons H3O + unidade de medida de quantidade de matéria (n) Massa Molar Massa molar (MM): é a massa de 1 mol de partículas Unidade: g.mol-1 MM do H (massa de 1 mol de átomos de H)= 1 g.mol -1 MM do H2 (massa de 1 mol de moléculas de H2) = 2 g.mol -1 MM da H3O + (massa de 1 mol de íons H3O +) = 18 g.mol -1 Ex: MM m n 1 mol MM n mol m n = no de mols MM = massa molar (em g.mol -1) m = massa (em g) Determinação de Fórmulas Químicas Fórmula empírica: mostra o no relativo de átomos dos elementos em um composto X Fórmula molecular: mostra os números reais de átomos dos elemento em um composto Ex: Glicose Fórmula empírica: CH2O Fórmula molecular: C6H12O6 Ex: Formaldeído Fórmula empírica: CH2O Fórmula molecular: CH2O Determinação de Fórmulas Químicas Determinação da fórmula empírica A análise elementar (por combustão) fornece a composição de uma amostra pela porcentagem em massa de cada elemento. 100% x m m elemento do massa % amostra da total amostra na elemento Para determinar a fórmula empírica, basta converter a % em massa de cada elemento em uma proporção de átomos. Ex: a vitamina C tem a seguinte composição percentual em massa: C (40,9%), H (4,58%) e O (54,5%). Qual a fórmula empírica da vitamina C? 100 g de vitamina C = 40,9 g de C; 4,58 g de H; 54,4 g de O = 3,41 mol de C; 4,54 mol de H; 3,41 mol de O Fórmula empírica da vitamina C = C3,41H4,54O3,41 ( 3,41) = CH1,33O (x 3) = C3H4O3 Determinação de Fórmulas Químicas Determinação da fórmula molecular Para determinar a fórmula molecular de um composto, é preciso conhecer, além de sua fórmula empírica, sua massa molar. • para achar a fórmula molecular, basta calcular quantas fórmulas empíricas “cabem” na massa molar • a massa molar de um composto é dada pelo método de espectrometria de massas Ex: Por análise de espectrometria de massas, encontrou-se que a massa molar da vitamina C é de 176,12 g.mol-1. Qual a fórmula molecular da vitamina C? Fórmula mínima C3H4O3 – MM = 3 x 12,01 + 4 x 1,008 + 3 x 16,00 = 88,06 g.mol-1 Logo, há 176,12/88,06 = 2 fórmulas mínimas na fórmula molecular da vitamina C Logo, a fórmula molecular da vitamina C é: C3H4O3 (x 2) = C6H8O6 6CO2(g) + 6H2O(l) 6O2(g) + C6H12O6(s) Cálculo estequiométrico Equações químicas reagentes produtos gás carbônico + água oxigênio + glicose luz luz equação química balanceada: lei da conservação das massas Cálculo estequiométrico Razão molar A equação acima nos diz que: 6 moléculas de CO2 e 6 moléculas de H2O reagem para formar 6 moléculas de O2 e 1 molécula de C6H12O6 6 mol de CO2 e 6 mol de H2O reagem para formar 6 mol de O2 e 1 mol de C6H12O6 A razão molar da reação acima é: 6 mol de CO2: 6 mol de H2O:6 mol de O2:1 mol de C6H12O6 6CO2(g) + 6H2O(l) 6O2(g) + C6H12O6(s) luz ou Para resolver uma questão envolvendo cálculo estequiométrico devemos seguir cinco passos: 1º montar a equação 2º equilibrar a equação 3º “escolher” 2 substâncias 4° usar a relação molar 1 mol – 6x1023 moléculas – 22,4 L – X g 5° regra(s) de três O óxido de alumínio (Aℓ2O3) é utilizado como antiácido. Sabendo-se que a reação que ocorre no estômago é 1Aℓ2O3 + 6HCℓ 2AℓCℓ3 + 3H2O, a massa desse óxido que reage com 0,25 mol de ácido será de: (Al=27 O=16) a) 3,25 g. b) 4,25 g. c) 5,35 g. d) 6,55 g. e) 7,45 g. O processo de fermentação, para a obtenção do etanol, pode ser baseado na reação simplificada, não balanceada, catalisada por leveduras: C6H12O6 → C2H6O + CO2 Para que haja a produção de 920 g de etanol, qual é a massa, em gramas, de glicose que deverá reagir? (C=12 H=1 O=16) Demanda Bioquímica de Oxigênio (DBO) foi definido para medir a quantidade de matéria orgânica presente em um sistema hídrico. A DBO corresponde à massa de O2 em miligramas necessária para realizar a oxidação total do carbono orgânico em um litro de água. BAIRD, C. Química Ambiental. Ed. Bookman, 2005 (adaptado). Dados: Massas molares em g/mol: C = 12; H = 1; O = 16. Suponha que 10 mg de açúcar (fórmula mínima CH2O) são dissolvidos em um litro de água; em quanto a DBO será aumentada? Reação: CH2O + O2 → CO2 + H2O a) 0,4mg de O2/litro b) 1,7mg de O2/litro c) 2,7mg de O2/litro d) 9,4mg de O2/litro e) 10,7mg de O2/litro Rendimento e reagente limitante Rendimento Rendimento teórico: quantidade máxima de produtos que pode ser obtida a partir de uma certa quantidade de reagentes (segue a estequiometria da reação) Rendimento real: quantidade real de produto obtido experimentalmente Rendimento percentual (R): fração do rendimento teórico obtida, expressa em percentagem: 100% x teórico rendimento real rendimento R Rendimento e reagente limitante Reagente limitante: é o reagente que governa o rendimento máximo de produto. O rendimento deve ser calculado com base na quantidade de reagente limitante. Como saber qual o reagente limitante? Converter as quantidades de reagentes em números de mols. Comparar estas quantidades com a proporção estequiométrica dada pela reação balanceada. Pela equação balanceada: 8 carrocerias + 32 pneus 8 carros Dados: 8 carrocerias:48 pneus carrocerias são limitantes!! sobram 16 pneus em excesso!! 1) Carbeto de cálcio reage com água para formar hidróxido de cálcio e acetileno. Qual é o reagente limitante quando 100 g de água reage com 100 g de carbeto de cálcio? CaC2 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + C2H2 (g) Massa molar do CaC2 - 64,10 g/mol Massa molar da H2O - 18,0 g/mol 1 mol CaC2 64,10g de CaC2 x 100g de CaC2 x = 1,56 mol de CaC2 (limitante) 1 mol H2O 18g de H2O y 100 g de H2O y= 5,5 mol de H2O