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Balanceamento de equações Prof. Edson Nossol Uberlândia, 15/09/2017 Iniciação à Química II

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Balanceamento de equações

Prof. Edson Nossol

Uberlândia, 15/09/2017

Iniciação à Química II

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•Equações químicas

• Lavoisier: a massa é conservada em uma reação química.

• Equações químicas: descrições de reações químicas.

• Duas partes de uma equação: reagentes e produtos:

P4(s) + 6Cl2 4PCl3(l)

1743 - 1794

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•Equações químicas

1743 - 1794

Reagentes Produto

Estados físicos

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•Equações químicas

Temperatura elevada

Temperatura real em que a reação ocorre

Informações

adicionais sobre

as condições de temperatura

também podem estar presentes

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•Equações químicas

A equação é balanceada alterrando

os coeficientes…

Como afirmamos que a equação

não está balanceada?

… não se altera a equação…

… não se alteram as fórmulas.

não balanceada

balanceamento incorreto

balanceamento incorreto

balanceamento correto

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•Equações químicas

• 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

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•Equações químicas

Regras balanceamento: Observe os elementos que aparecem uma vez, e com igual número de átomos em cada lado, eles terão os mesmos coeficientes. Observe os elementos que aparecem uma vez em cada lado, mas com número de átomos diferentes, efetue o balanceamento. Efetue o balanceamento dos elementos que aparecem em duas ou mais fórmulas do mesmo lado.

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•Equações químicas

Exemplo 1: No laboratório pequenas quantidades de oxigênio gasoso podem ser obtidas por aquecimento de clorato de potássio (KClO3). Os produtos da reação são: oxigênio gasoso (O2) e cloreto de potássio (KCl). Escreva a equação balanceada para esse processo.

Exemplo 2 (combustão): Consideremos a combustão (ou seja, a queima) do etano (C2H6), componente do gás natural, em oxigênio, uma reação que gera como produtos dióxido de carbono (CO2) e água. Escreva a equação balanceada.

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• Enriquecimento urânio

• Brasil: sexta maior reserva geológica de urânio no mundo.

• Bahia, Ceará, Paraná e Minas Gerais.

• Fabrica urânio enriquecido em escala industrial desde fevereiro de 2009

• UO2: 99,284% do isótopo 238U e apenas 0,711% 235U.

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•Balanceamento de equações químicas

Exercício: Nos cilindros presentes no motor de um carro, o hidrocarboneto octano (C8H18), um dos diferentes componentes da gasolina, se mistura com o oxigênio do ar para formar dióxido de carbono e vapor de água. Escreva a equação balanceada para essa reação.

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•Relações de massa em reações químicas

Exemplo: Considere a reação abaixo entre o fósforo e o cloro para produção de PCl3(l) . Qual massa de Cl2 é necessária para reagir completamente com 1,45 g de fósforo e qual a massa de PCl3 é produzida?

Exercício: A glicose reage com o oxigênio para formar CO2 e H2O. Qual é a massa de oxigênio necessária para reagir completamente com 25,0 g de glicose? Quais são as massas de dióxido de carbono e água formadas?

O2(g) = 26,6 g CO2(g) = 36,6 g H2O(l) = 15,0 g

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Reagentes limitantes e

rendimento da reação

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Reagente limitante: sua quantia determina, ou limita, a quantia de

produto formado é consumido em primeiro lugar em uma reação

Reagente em excesso: presente em quantidade superior àquela

necessária para reagir com dada quantidade do reagente limitante

8 chassis 48 pneus 8 carros

16 pneus em excesso

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Exemplo: Oxidação da amômia catalizada pela platina: produção de HNO3

NH3(g) + O2(g) → NO(g) + H2O(g)

Suponha que exatamente 750 g de NH3 sejam misturados com 750 g de

O2. Quanto NO pode ser formado se a reação se completar? E quanto do reagente em excesso irá sobrar?

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Exercício: O metanol, CH3OH, usado como combustível, pode ser produzido pela reação de monóxido de carbono com hidrogênio.

CO(g) + H2(g) → CH3OH(l)

Suponha que 356 g de CO sejam misturadas com 65 g de H2. (a) Qual é o reagente limitante? (b) Qual é a massa de metanol que pode ser produzida? (c) Qual é a massa de reagente em excesso que sobra quando todo o reagente limitante é consumido?

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Exercício: A reação térmica que produz ferro metálico e óxido de alumínio a partir de uma mistura de alumínio em pó e óxido de ferro(III) é a seguinte:

Fe2O3(s) + Al(s) → Fe(s) + Al2O3(s)

Usa-se uma mistura de 50 g de cada um dos reagentes. (a) Qual é o reagente limitante? (b) Qual é a massa de ferro que pode ser produzida? (c) Qual é a massa de reagente em excesso que sobra quando todo o reagente limitante é consumido?

(a) Fe2O3 (b) 35,0 g (c) 33,1 g

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Rendimentos teórico e percentual

produto principal

subproduto

reagentes

dificuldade de separação

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• 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:

Rendimentos teórico e percentual

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• Exemplo: O titânio é um metal forte e leve, resistente à corrosão, e é usado na construção de foguetes, aviões, motores a jato e aros de bicicletas. É preparado pela reação do cloreto de titânio(IV) com o magnésio fundido, entre 950 °C e 1150 °C:

Rendimentos teórico e percentual

TiCl4(g) + Mg(l) → Ti(s) + MgCl2(l)

Em uma certa operação industrial efetuou-se a reação de 3,54 x 107 g de TiCl4 com 1,13 X 107 g de Mg. (a) Determine o rendimento teórico para obtenção de Ti. (b) Calcule a porcentagem de rendimento para o caso de serem efetivamente obtidos 7,91 X 106 g de Ti.

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• Exercício: O processo industrial de produção do vanádio metálico usado em ligas de aço baseia-se na reação do óxido de vanádio(V) com cálcio a altas temperaturas:

Rendimentos teórico e percentual

Ca + V2O5 → CaO + V

Em determinado processo 1,54 X 103 g de V2O5 reagem com 1,96 X 103 g de Ca. (a) Calcule o rendimento teórico para o produto V. (b) Calcule a porcentagem de rendimento no caso de serem obtidos 803 g de V.

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• Exemplo: Em altas temperaturas, o carbono reage com água para produzir uma mistura de monóxido de carbono, CO, e hidrogênio H2:

Reações sequenciais

C + H2O → CO + H2

O monóxido de carbono é então isolado do H2 e então usado para separar o níquel do cobalto para formação de um composto organometálico, o tetracarbonilníquel(0), Ni(CO)4:

CO + Ni → Ni(CO)4

Qual a massa de Ni(CO)4 pode ser obtida através da geração de CO utilizando 75,0 g de carbono? Assuma 100% rendimento.

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• Exercício: Ácido fosfórico, H3PO4, é um composto muito importante usado na produção de fertilizantes. Ele também está presente nos refrigerantes de cola. O H3PO4 pode ser preparado através de um processo que envolve duas etapas:

Reações sequenciais

P4 + O2 → P4O10

Tendo um total de 272 g de fósforo para reagir com oxigênio em excesso, temos a formação de pentóxido de fósforo, P4O10, com rendimento de 89,5%. Na reação envolvendo a segunda etapa, um rendimento de 96,8% de H3PO4 é alcançado. Qual a massa de H3PO4 é obtida?

P4O10 + H2O → H3PO4