Resumo de quimica: Cálculo Estequiométrico - Casos Particulares
No resumo anterior nós mostramos uma regra geral para se resolver exercícios que envolvem cálculos estequiométricos. Essas etapas são sempre válidas, mas em alguns casos a questão é um pouco mais complexa sendo necessário realizar mais cálculos. Esse tipo de questão contempla os chamados casos particulares da Estequiometria.
Nesse resumo vamos abordar quatro casos que são frequentemente abordados em questões de vestibulares: quando temos reações químicas consecutivas, quando os reagentes contêm impurezas, quando envolve rendimento da reação e quando um dos reagentes estiver em excesso.
Reações químicas consecutivas
São reações em que um ou mais produtos de uma reação é ou são o(s) reagentes (s) da reação subsequente.
Antes de proceder com os passos da regra geral é necessário somar todas as equações para se chegar a uma única reação. Para isso é importante que todas as reações estejam balanceadas e as substâncias que aparecem em duas equações sejam canceladas.
Exemplo: Quantos mols de enxofre (S) são necessários para produzir 10 mols de H2SO4?
Reações:
S(s) + O2(g) + H2O(l) → H2SO4(aq)
Agora temos uma reação global a partir da qual vamos utilizar os coeficientes estequiométricos. Temos que 1 mol de S está para 1 mol de H2SO4. Então para formar 10 mols de H2SO4 serão necessários 10 mols de S.
Reagentes com impurezas
Quando os reagentes estão impuros o grau de pureza geralmente vem expresso em porcentagem em termos de massa, então calculamos a quantidade da substância pura, pois as impurezas não reagem.
Exemplo: Deseja-se reagir H2SO4 com 100g de NaOH com 95% de pureza. Qual será a quantidade de H2SO4necessária?
Resolução: Apesar de termos 100g de NaOH, uma parte dessa massa é impureza e por esse motivo não irá reagir. Nesse caso apenas 95% de 100g irão reagir:
100g de NaOH ————— 100%
X —————- 95%
X = 100 x 95/100 = 95 g de NaOH puro.
Então procedemos com a resolução de acordo com os passos da regra geral:
H2SO4 + 2NaOH → 2H2O + Na2SO4
1 mol de NaOH ————– 40g de NaOH
X ————– 95g de NaOH
X = 95/40 = 2,375 mols de NaOH
Coeficientes estequiométricos:
2 mol de NaOH —————— 1 mol de H2SO4
2,375 mols de NaOH ———— x
X = 2,375/2 ≈ 1,19 mols de H2SO4
Cálculo da massa de H2SO4:
1 mol de H2SO4 —————- 98 g de H2SO4
1,19 mols de H2SO4 ———– x
X = 98 x 1,19 = 116,62 gramas de H2SO4.
Rendimento da reação
Em algumas reações os reagentes não são plenamente convertidos em produtos. Isso pode ocorrer por diversos motivos, como por exemplo, se a reação for reversível, devido à má qualidade de aparelhagem, deficiência do operador, etc.
Nesses casos a questão traz uma porcentagem relativa ao rendimento da reação. Uma reação com 100% de rendimento significa que todo o reagente foi convertido em produto.
Exemplo: (Enem-adaptado) O cobre presente nos fios elétricos e instrumentos musicais é obtido a partir da ustulação do minério calcosita (Cu2S). Durante esse processo, ocorre o aquecimento desse sulfeto na presença de oxigênio, de forma que o cobre fique “livre” e o enxofre se combine com o O2 produzindo SO2, conforme a equação química:
Cu2S(s) + O2(g) → 2Cu(l) + SO2(g)
As massas molares dos elementos Cu e S são, respectivamente, iguais a 63,5 g/mol e 32 g/mol.
CANTO, E. L. Minerais, minérios, metais: de onde vêm?, para onde vão? São Paulo: Moderna, 1996 (adaptado).
Considerando que se queira obter 16 mols do metal em uma reação cujo rendimento é de 80%, a massa, em gramas, qual será a quantidade necessária do minério?
Resolução: Para se obter 16 mols de Cu serão necessários 8 mols de Cu2S. Agora vamos transformar essa quantidade de mols em gramas:
1 mol Cu2S —————- 159 g
8 mols de Cu2S ———— x
X = 159 x 8 = 1272 g
Mas o rendimento da reação é de 80% então:
1272g de Cu2S ———— 80%
X ——————————- 100%
X = 1272 x 100/80 = 1590 g
Serão necessários 1590 g do minério para se obter 16 mols do cobre metálico.
Reagente em excesso
Quando são dadas as quantidades de dois ou mais reagentes e se pede a quantidade de um dos produtos, surge a dúvida, qual dos reagentes devemos usar?
Nesses casos precisamos determinar qual reagente está em excesso e qual é o limitante. Então utilizamos o reagente limitante para proceder os cálculos. Vamos ver em um exemplo como resolver esse tipo de questão:
Exemplo: (Cesgranrio-adaptada) O H2S reage com o SO2 segundo a reação:
2H2S + SO2 → 3S + 2H2O
Qual o número máximo em mols de S que pode ser formado quando se faz reagir 5 mols de H2S com 2 mols de SO2?
Resolução: Dos coeficientes estequiométricos podemos concluir que reagem 2 mols de H2S para 1 mol de SO2. Então 5 mols de H2S reagem com 2,5 mols de SO2. No entanto, só tem-se 2 mols de SO2, então este será o regente limitante.
Agora podemos calcular o que se pede no enunciado, ou seja, a quantidade de mols de S.
Dos coeficientes estequiométricos:
1 mol de SO2 ————— 3 mols de S
2 mols de SO2 ————– x
X = 2 x 3 = 6 mols de S.