Cálculo Estequiométrico ou Estequiometria:
é o cálculo das quantidades de reagentes e/ou produtos
das reações químicas feito com base nas leis das reações
e executado, em geral, com auxilio de regra de três
simples.
Cálculo Estequiométrico ou Estequiometria: é o cálculo
das quantidades de reagentes e/ou produtos das reações
químicas feito com base nas leis das reações e executado,
em geral, com auxilio de regra de três simples.
E se fosse para fazer 2 bolos e meio quanto de trigo, ovos,
xícaras de leite precisaria?
# Para o trigo:
1 trigo ------------------------------------ 1 bolo
X trigo ------------------------------------ 2,5 bolos
X = 2,5 de trigo
# Para o ovo:
6 ovos ------------------------ 1 bolo
X ovos ------------------------ 2,5 bolos
X = 2,5 x 6
X = 15 ovos
# Para o leite:
3 xícaras --------- 1 bolo
X xícaras --------- 2,5 bolos
X = 2,5 x 3
X = 7,5 xícaras
VALORES DA ESTEQUIOMETRIA:
- Massa (mg, g, Kg,...).
- Mol (mol).
- Nº de Partículas (átomos, moléculas ou íons).
- Volume (mL, L, ...).
1 MOL = MASSA MOLAR = 6 X 1023 (nº de partículas) = 22,4 L (CNTP)
Ex1: Reação de produção de amônia.
Ex2: Relação mol, massa, volume e nº de
partículas
- Massa = 18g.
Em 1 mol de H2O
- Volume (CNTP) = 22,4L.
- Nº de partículas = 6x1023 moléculas.
“RECEITA” PARA RESOLVER PROBLEMAS
DE CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO:
I. Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
II. Identificar no problema o dado e a pergunta;
III. Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
IV. Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
# I.P.C.: Relações e Fórmulas importantes:
1 mol = Massa molar = 6 x 1023 (entidades) = 22,4 L (CNTP)
nº mols =
m
M xM
P xV = n xR xT
•CASOS
GERAIS
ESTEQUIOMÉTRICO:
DE
CÁCULO
I. RELACIONANDO MOL com MOL:
É quando o dado e a pergunta do problema estão
expressos em mols.
Equação:
Mol ---------- Mol
Problema:
mol ---------- mol
Ex3: Dada a equação química balanceada:
Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O
Sabendo que o cobre metálico que reage completamente
com 3,2 mols de HNO3. Quantos mols de óxido nítrico se formam?
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
3 Cu + 8 HNO3 → 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
8 HNO3 ----------- 2 NO
Mol --------------- Mol
3,2mols ---------- Xmols NO=?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
8 HNO3 ----------- 2 NO
8mols ------------ 2mols
3,2mols ---------- Xmols NO=?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
8 mols ---------2mols
3,2mols --------- Xmols
8X = 3,2 X 2
8X = 6,4
X=
6,4
8
X = 0,8 mols
II. RELACIONANDO MASSA com MASSA:
É quando o dado e a pergunta do problema estão
expressos em massa.
Equação:
MM ---------- MM
Problema:
m ------------ m
MM: massa molar.
Ex5: Na reação de formação do óxido de cobre (CuO) descrita
abaixo: 2Cu + O2 → 2CuO
Calcule a massa de óxido de cobre obtida a partir de 2,54g
de cobre metálico. (Dados: Cu=63,5; O=16).
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
2Cu + O2
→
2CuO
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
2 Cu ------------ 2 CuO
MM ------------- MM
2,54 g ---------- Xgramas CuO=?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
2 Cu ------------------- 2 CuO
Equação:
2 x 63,5g/mol----------- 2 x 79,5g/mol
Problema:
2,54 g ----------------- Xgramas CuO=?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
2 x 63,5g/mol----------- 2 x 79,5g/mol
2,54 g ----------------- Xgramas CuO=?
127X = 403,86
x = 403,86
127
X = 3,18 g
III. RELACIONANDO MOL com MASSA:
É quando o dado é expresso em mol e a pergunta em
massa ou vice-versa.
Equação:
Mol ---------- MM
Problema:
mol ----------- m
MM: massa molar.
Ex8: Quantos mols de ácido clorídrico são necessários para
produzir 23,4g de cloreto de sódio, obedecendo a seguinte
reação:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
(Dados: Na=23; Cl=35,5; O=16; H=1)
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
HCl + NaOH → NaCl + H2O
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
HCl -------------- NaCl
Mol -------------- MM
Xmol HCl=? ------ 23,4 g
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
HCl ---------------- NaCl
Equação:
1 mol -------------- 58,5g/mol
Problema:
Xmol HCl=? -------- 23,4 g
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
1 mol -------------- 58,5g/mol
Xmol HCl=? ---------- 23,4 g
58,5X = 23,4
X = 23,4
58,5
X = 0,4 mols
IV. RELACIONANDO VOLUME com VOLUME:
É quando o dado e a pergunta são expressos em volume.
Equação:
Problema:
Mol de volume ---------- Mol de volume
Volume ------------------ Volume
Ex11: Nos veículos movidos a metano, uma das reações é
representada abaixo. Nas mesmas condições de pressão e
temperatura, qual o volume de H2O produzido a partir da queima
de 50 cm³ desse combustível?
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
CH4 -------------- 2 H2O
mol (V) ---------- mol (V)
50 cm³ ---------- X cm³ de CO2 =?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
CH4 -------------- 2 H2O
1 mol (V) ----------- 2 mols (V)
50 cm³ ---------- X cm³ de CO2 =?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
1 mol (V) ----------- 2 mols (V)
50 cm³ ------------- X cm³ de CO2 =?
X = 100 cm³ ou 100 mL
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três
simples entre o dado e a pergunta.
1 mol (V) ----------- 2 mols (V)
50 cm³ ------------- X cm³ de CO2 =?
X = 100 cm³ ou 100 mL
V. RELACIONANDO MASSA com VOLUME:
É quando o dado é expresso em massa e a pergunta em
volume ou vice-versa.
Equação:
MM ------- 22,4 L
Problema:
m -------- Volume
MM: massa molar.
Volume Molar (CNTP) = 22,4 L.
Ex14: Calcular o volume de gás carbônico obtidos, nas condições
normais de temperatura e pressão, por calcinação de 200g de
cálcio. (Dados: C=12; O=16; Ca=40; Vmolar = 22,4L).
CaCO3 → CaO + CO2
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
CaCO3 → CaO + CO2
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
CaCO3 -------- CO2
MM---------- VMOLAR
200 g ---------- X cm³ de CO2 =?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
CaCO3 ------------ CO2
100g/mol ---------- 22,4 L
200g ------------- X L de CO2 =?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
100g/mol ---------- 22,4 L
200g ------------- X L de CO2 =?
100X = 4480
X = 4480
100
X = 44,8 L (CNTP)
# I.P.C: O problema acima trata de um gás nas CNTP, caso
isso não ocorra, o resultado deve ser transformado para
de um gás real. Observe o próximo exemplo.
Ex15: (Mackenzie-SP) O volume de CO2, medido a 27°C e 1 atm,
produzido na combustão de 960g de metano, é: (Dados: C=12;
O=16; H=1; R=0,082 atm.L.mol-1.K-1)
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
16g/mol ------------- 22,4L
960g -------------- X litros de CO2 = ?
16X = 21504
X = 21504
16
X = 1344L p/gás ideal (CNTP)
# P/ gás real:
CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
16g/mol --------------- 1 mol
960g ____________ Xmol CO2=?
16X = 960
X = 960
16
X = 60 mols
P.V = n.R.T
1.V = 60.0,082.300
V = 1476 L
VI. RELACIONANDO MASSA com Nº DE
PARTÍCULAS:
É quando o dado é expresso em massa e a pergunta em
nº de partículas (átomos, íons, moléculas, etc.) ou vice-versa.
Equação:
Problema:
MM ------- 6x1023 partículas
m -------- nº de partículas
MM: massa molar.
Número de Avogadro: 6x1023 partículas.
Ex18: Quantas moléculas de gás carbônico podem ser obtidas pela
queima completa de 4,8g de carbono puro? (Dados: C=12;
O=16):
C
+
O2
→
CO2
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
C
+
O2
→
CO2
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
C -------------- CO2
MM------------ Nº de Avogadro
4,8g ---------- Xmoléculas de CO2 = ?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
C ------------ CO2
12g/mol --------- 6x1023 moléculas
4,8g ------------- Xmoléculas de CO2 = ?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
12g/mol --------- 6x1023 moléculas
4,8g ------------- Xmoléculas de CO2 = ?
12X = 4,8x6x1023
X = 4,8 x 6x1023
12
X = 2,4x1023 moléculas de CO2
• CASOS PARTICULARES
ESTEQUIOMÉTRICO:
DE
CÁLCULO
VII. QUANDO HÁ DUAS OU MAIS REAÇÕES
Veja o exemplo a seguir:
Ex21: Dadas às reações, calcule a quantidade de ácido sulfúrico
partindo de 8g de enxofre?
S(s) + O2(g) → SO2(g)
SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g)
SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(L)
Quando há esse tipo de problema não é necessário calcular o
valor das quantidades dos produtos formados de cada reação. É
muito mais prático “somar algebricamente” as equações
químicas e efetuar o cálculo estequiométrico diretamente
na equação final.
S(s) + O2(g) → SO2(g)
SO2(g) + ½O2(g) → SO3(g)
SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(L)
S(s) +
O2(g) + H2O(g) → H2SO4(L)
Neste tipo de problema é indispensável que:
- todas as equações estejam balanceadas individualmente;
- as substâncias “intermediárias” terão que ser
canceladas, para isso as quantidades devem ser iguais. Após
essas etapas recaímos em um cálculo estequiométrico comum,
onde para resolver é só:
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
S(s) +
O2(g) + H2O(g) → H2SO4(L)
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
S ------------- H2SO4
MM------------ MM
8g ------------ Xgramas de H2SO4 = ?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
S -------------- H2SO4
32g/mol --------- 98g/mol
8g ------------- Xgramas de H2SO4 = ?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
32g/mol ----------- 98g/mol
8g ---------------- Xgramas de H2SO4 = ?
X = 8 x 98
32
X = 24,5 g
VIII.
RENDIMENTO
QUÍMICAS
DAS
REAÇÕES
r =
É comum em uma reação química produzir uma quantidade de
produto menor do que a esperada pela equação química
correspondente. Desta maneira dizemos que o rendimento da reação
não foi total, ou seja, não foi 100%.
RENDIMENTO (r): é o quociente entre a quantidade de produto
obtida e a quantidade de produto calculada teoricamente.
r = quantidade real
quantidade teoricamente
Ex24: Num processo de obtenção de ferro a partir de hematita
(Fe2O3), considere a equação não balanceada:
Fe2O3 + C → Fe + CO
Utilizando-se 4,8 t de minério e admitindo-se um rendimento
de 80% na reação, a quantidade de ferro produzida será de:
(Dados: Massas atômicas: C = 12; O = 16; Fe = 56).
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
Fe2O3 ------------ 2 Fe
MM--------------- MM
8g --------------- XTonelada de Fe = ?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
Fe2O3 ------------- 2 Fe
160 t ------------- 2 x 56 t
8g ------------- XTonelada de Fe = ?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
160 t ------------- 2 x 56 t
4,8 t --------------- XTonelada de Fe = ?
X = 4,8 x 112
160
X = 3,36 t de Fe
- PASSO V: Cálculo da quantidade de produto para 80% de
rendimento.
Rendimento 100% ---------------------- 3,36 t
Rendimento 80% ------------------------ Y t
Y = 80 x 3,36
100
Y = 2,688 t de Fe
IX. PUREZA DOS REAGENTES DAS REAÇÕES
QUÍMICAS
Em reações químicas industriais é comum o uso de
reagentes impuros, por motivo de serem mais baratos ou por
se tratarem, por exemplo, de minérios. O calcário, por exemplo,
que é um tipo de minério formado principalmente por CaCO3
(substância principal), porém é acompanhado de várias outras
substâncias, chamadas de impurezas.
Deste modo, se uma amostra de 25g é composta de 85%
de pureza temos:
Amostra: 25 g ------------------------ 100%
Subst. principal: X g ----------------------- 85%
X = 85 x 25
100
X = 21,25 g de substância pura.
Ex27: Uma amostra de calcita, contendo 80% de carbonato de
cálcio, sofre decomposição quando submetida a aquecimento,
segundo a equação abaixo:
CaCO3 → CaO + CO2
Qual a massa de óxido de cálcio obtida a partir da queima
de 800g de calcita?
-PASSO I: Cálculo da quantidade de reagente puro.
800 g ----------------------- 100%
CaCO3 puro --------------- 80%
CaCO3 puro = 800 x 80
100
CaCO3 puro = 640 g
- PASSO II: Após o cálculo do reagente puro proceda como um
caso geral de cálculo estequiométrico. Escreva e Balancie (acertar
os coeficientes) a equação química mencionada no problema;
CaCO3 → CaO + CO2
- PASSO III: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
CaCO3 --------- CaO
MM------------ MM
640 g ---------- X gramas de CaO =?
- PASSO IV: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
CaCO3 --------- CaO
100 g ---------- 56 g
640 g ---------- X gramas de CaO =?
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
100 g ---------- 56 g
640 g ---------- X gramas de CaO =?
X = 640 x 56
100
X = 358,4 g
X. REAGENTE EM EXCESSO E LIMITANTE
# IMPORTANTE !
1º) Numa reação química, os reagentes presentes nem sempre
estão de acordo com os coeficientes da equação química
balanceada.
2º) Nesse caso, um dos reagentes será consumido primeiro e vai
determinar o final da reação, sendo chamado de Reagente
Limitante.
3o) O outro reagente que não foi totalmente consumido ou
“restou” é chamado de Reagente em Excesso.
# “Receita para resolver”
Quando são dadas duas quantidades de reagentes uma
delas provavelmente está em excesso.
-PASSO I. Escolha uma quantidade e Isole o outro valor;
- PASSO II. Monte a regra de três entre o dado e a
pergunta e a solucione;
- PASSO III.
Se o valor encontrado > valor isolado → reagente limitante.
Se o valor encontrado < valor isolado → reagente em excesso.
Se o valor encontrado = valor isolado → reagente em excesso.
Ex31: Misturando-se 147g de ácido sulfúrico e 100g de hidróxido
de sódio para que reajam segundo a equação descrita abaixo:
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Pede-se calcular:
a) a massa de sulfato de sódio formada;
b) a massa do reagente que sobra (excesso) após a reação.
- PASSO I: vamos escolher a massa de ácido sulfúrico (147g) e
isolar a massa do hidróxido de sódio (100g);
- PASSO II: vamos fazer o cálculo da quantidade de hidróxido de
sódio que reagiria com 147g de ácido sulfúrico;
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
H2SO4 --------- 2 NaOH
Equação:
Problema:
98g ---------- 2 x 40g
147g --------- Xgramas de NaOH=?
X = 147 x 80
98
X = 120 g de NaOH
# I.P.C.: Nestes termos isso é impossível, pois o
enunciado do problema informa que temos apenas 100g
de NaOH. Como foi encontrado (120g) um valor maior que
o isolado (100g) dizemos que o NaOH é o reagente
limitante e que o H2SO4 é o reagente em excesso.
Agora vamos inverter o cálculo, usaremos a quantidade de
NaOH e isolaremos o valor de H2SO4 o excesso de H2SO4.
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
Equação:
Problema:
H2SO4 --------- 2 NaOH
98g ----------- 2 x 40g
Ygramas H2SO4=? ---------- 100g
Y = 100 x 98
80
Y = 122,5 g de H2SO4
# I.P.C.: Agora isso é possível, significa dizer que 100g de
NaOH dados no problema reagem com 122,5g de H2SO4.
Como temos 147g de H2SO4, ainda sobrarão 24,5g o que
responde a pergunta (b) do exemplo 31.
Então agora que sabemos o reagente limitante podemos
calcular o valor do produto formado, procedendo como caso geral
da estequiometria:
- PASSO I: Escrever e Balancear (acertar os coeficientes) a
equação química mencionada no problema;
H2SO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + 2 H2O
- PASSO II: Identificar no problema o dado e a pergunta;
Equação:
Problema:
2 NaOH ------------ Na2SO4
MM----------------- MM
100g --------------- mgramas de Na2SO4 = ?
- PASSO III: Montar uma proporção acertando os coeficientes
entre produtos e reagentes;
Equação:
Problema:
2 NaOH ------------ Na2SO4
2 x 40g-------------- 142g
100g --------------- mgramas de Na2SO4=
- PASSO IV: Estabelecer e Solucionar uma regra de três simples
entre o dado e a pergunta.
2 x 40g ---------- 142g
100g ---------- mgramas de Na2SO4=?
m = 100 x 142
80
m = 177,5 g de Na2SO4