Exercícios sobre Estequiometria: mistura dos casos particulares: aprofundamento

Exercícios sobre Estequiometria: mistura dos casos particulares:

aprofundamento

Exercícios

1.

A calcita é um mineral encontrado na forma de cristais e em uma grande variedade de formas, como também nas estalactites e estalagmites. É o principal constituinte dos calcários e mármores, ocorrendo também em conchas e rochas sedimentares. Pelo fato de ser composta por CaCO3, a calcita reage facilmente com HC , formando cloreto de cálcio, gás carbônico e água.

Considerando que uma amostra de 10 g de calcita, extraída de uma caverna, ao reagir com quantidade suficiente de HC , produziu 1,792 L de gás carbônico, medido nas CNTP, é correto afirmar que, essa amostra apresentava um teor de CaCO3 da ordem de

Dado: massa molar (g/mol) CaCO3 = 100

a) 75% b) 80% c) 85% d) 90% e) 95%

2.

O clorato de potássio, KC O3, é uma substância bastante utilizada nos laboratórios didáticos para obtenção de gás oxigênio, a partir da sua decomposição térmica, gerando ainda como resíduo sólido o cloreto de potássio. Uma amostra de 12,26 g de uma mistura de sais de clorato e cloreto de potássio foi aquecida obtendo-se 9,86 g de resíduo sólido (KC ).

Considerando-se que todo o clorato de potássio contido na mostra de mistura de sais foi decomposto, então a porcentagem em massa de KC O3 na amostra era inicialmente igual a:

a) 20%. b) 40%.

3.

O cobre metálico é obtido a partir do sulfeto de cobre I em duas etapas subsequentes, representadas pelas seguintes equações químicas:

Etapa 1: 2Cu S_{2 ( )s} +3O_{2 g( )}→2Cu O_{2 ( )s} +2SO_{2 g( )}

Etapa 2: Cu O2 ( )s +C( )s →2Cu( )s +CO_{( )}g

Em uma unidade industrial, 477 kg de Cu S₂ reagiram com 100% de rendimento em cada uma das

etapas.

Nomeie os dois gases formados nesse processo. Em seguida, calcule o volume, em litros, de cada um desses gases, admitindo comportamento ideal e condições normais de temperatura e pressão.

4.

Nas mesmas condições de pressão e temperatura, 50 L de gás propano (C H )_{3 8} e 250 L de ar foram

colocados em um reator, ao qual foi fornecida energia apenas suficiente para iniciar a reação de combustão. Após algum tempo, não mais se observou a liberação de calor, o que indicou que a reação havia-se encerrado.

Com base nessas observações experimentais, três afirmações foram feitas: I. Se tivesse ocorrido apenas combustão incompleta, restaria propano no reator.

II. Para que todo o propano reagisse, considerando a combustão completa, seriam necessários, no mínimo, 750 L de ar.

III. É provável que, nessa combustão, tenha se formado fuligem. Note e adote:

- Composição aproximada do ar em volume: 80% de N2 e 20% de O .2

Está correto apenas o que se afirma em a) I. b) III. c) I e II. d) I e III. e) II e III.

5.

No interior do casco dos navios, existem tanques que podem ter seu volume preenchido parcial ou totalmente com água do mar em função das necessidades de flutuabilidade. Como os tanques são constituídos de materiais metálicos, eles sofrem, ao longo do tempo, corrosão pelo contato com a água do mar, conforme a equação:

( )

2

( )

2 3

( )

4 Fe s +3 O g →2 Fe O s

Um processo corrosivo no interior de um tanque fechado apresenta as seguintes características:

3 3 10.000 m de água do mar volume interno 30.000 m de ar  − _  antes da corrosão: 20,9% concentração de gás oxigênio no ar, em volume

após a corrosão: 19,3% 

− _



Admita que, durante todo o processo de corrosão, o ar no interior do tanque esteve submetido às CNTP, com comportamento ideal, e que apenas o oxigênio presente no ar foi consumido.

A massa de ferro, em quilogramas, consumida após o processo corrosivo foi igual a: a) 1300

b) 1600 c) 2100 d) 2800

6.

Um mineral muito famoso, pertencente ao grupo dos carbonatos, e que dá origem a uma pedra semipreciosa é a malaquita, cuja a fórmula é: Cu (OH) CO2 2 3 (ou CuCO3Cu(OH) ).2

Experimentalmente pode-se obter malaquita pela reação de precipitação que ocorre entre soluções aquosas de sulfato de cobre II e carbonato de sódio, formando um carbonato básico de cobre II hidratado, conforme a equação da reação:

4(aq) 2 3(aq) 2 ( ) 3 2(s) 2 4(aq) 2(g)

2 CuSO +2 Na CO +H O →CuCO Cu(OH) +2 Na SO +CO

Na reação de síntese da malaquita, partindo-se de 1.060 g de carbonato de sódio e considerando-se

um rendimento de reação de 90%, o volume de CO2 (a 25 C e 1 atm) e a massa de malaquita obtida

7.

Um resíduo industrial é constituído por uma mistura de carbonato de cálcio (CaCO )₃ e sulfato de

cálcio (CaSO ).4 O carbonato de cálcio sofre decomposição térmica se aquecido entre 825 e 900 C,

já o sulfato de cálcio é termicamente estável. A termólise do CaCO₃ resulta em óxido de cálcio e gás

carbônico.

3(s) (s) 2(g)

CaCO →CaO +CO

Uma amostra de 10,00 g desse resíduo foi aquecida a 900 C até não se observar mais alteração em

sua massa. Após o resfriamento da amostra, o sólido resultante apresentava 6,70 g.

O teor de carbonato de cálcio na amostra é de, aproximadamente, a) 33%.

b) 50%.

c) 67%.

d) 75%.

8.

O bicarbonato de sódio em solução injetável, indicado para tratamento de acidose metabólica ou de cetoacidose diabética, é comercializado em ampolas de 10 mL, cuja formulação indica que cada 100 mL de solução aquosa contém 8,4 g de NaHCO3.

Uma análise mostrou que o conteúdo das ampolas era apenas água e bicarbonato de sódio; quando o conteúdo de uma ampola desse medicamento reagiu com excesso de HC , verificou-se que foi

produzido 3

8,0 10 − mol de gás carbônico, uma quantidade menor do que a esperada.

a) Utilizando _{R=0,08 atm L K } −1_{mol ,}−1 _{calcule a pressão exercida pelo gás liberado na análise do}

medicamento, quando confinado em um recipiente de 96 mL a 300 K.

b) Considerando a equação para reação entre o bicarbonato de sódio e o ácido clorídrico,

3 2 2

NaHCO (aq) HC (aq)+ →NaC (aq) CO (g) H O( )+ + determine a porcentagem em massa de

bicarbonato de sódio presente na ampola analisada, em relação ao teor indicado em sua formulação. Apresente os cálculos efetuados.

9.

Considere uma reação hipotética que ocorre em fase gasosa e envolve os reagentes X e Y e o produto Z.

Num experimento, foram misturados, em um recipiente, 5 moℓ de X com 5 moℓ de Y. Após 1 minuto, nesse recipiente, havia 4 moℓ de X, 3 moℓ de Y e 1 moℓ de Z, como registrado neste quadro:

X Y Z

Início 5 moℓ 5 moℓ 0

Após 1 min. 4moℓ 3 moℓ 1 moℓ

Suponha que essa reação prossegue até o consumo total do reagente limitante.

Considerando-se a quantidade inicial de X e Y, é CORRETO afirmar que a quantidade máxima de Z a ser obtida nessa reação é de

a) 2,5 moℓ. b) 3,5 moℓ. c) 4 moℓ. d) 5 moℓ.

10.

A composição média de uma bateria automotiva esgotada é de aproximadamente 32% Pb, 3% PbO, 17% PbO2 e 36% PbSO4. A média de massa da pasta residual de uma bateria usada é de 6kg, onde 19% é PbO2, 60% PbSO4 e 21% Pb. Entre todos os compostos de chumbo presentes na pasta, o que mais preocupa é o sulfato de chumbo (II), pois nos processos pirometalúrgicos, em que os compostos de chumbo (placas das baterias) são fundidos, há a conversão de sulfato em dióxido de enxofre, gás muito poluente.

Para reduzir o problema das emissões de SO2(g), a indústria pode utilizar uma planta mista, ou seja, utilizar o processo hidrometalúrgico, para a dessulfuração antes da fusão do composto de chumbo. Nesse caso, a redução de sulfato presente no PbSO4 é feita via lixiviação com solução de carbonato de sódio (Na2CO3) 1M a 45°C, em que se obtém o carbonato de chumbo (II) com rendimento de 91%. Após esse processo, o material segue para a fundição para obter o chumbo metálico.

PbSO4 + Na2CO3 → PbCO3 + Na2SO4

Gabarito

1. B Teremos: 3 2 2 2 CaCO 2HC 2H O CO CaC 100 g + → + + 22,4 L p 10 g 1,792 L p=0,880 % 2. C Teremos:

A diferença de massa é gerada pela saída do gás oxigênio, ou seja, 12,26 g – 9,86 g = 2,4 g de oxigênio.

→ + − − − − − − − − − − = 3 2 3 3 KClO KCl O 2 122,5 g 1,5 x 32 g m 2,4 g m 6,125 g de KClO Então, 12,26 g ⎯ 100 % 6,125 g ⎯ p  p = 49,95 % = 50 %

3. Para a resolução do problema, podemos montar a equação global do processo. Nesse procedimento, vamos somar as duas equações da seguinte forma:

( ) _{( )} ( ) _{( )} ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2 s 2 g 2 s 2 g 2 s s s g 2 s 2 g s 2 g s g

Etapa 1 2Cu S 3 O 2Cu O 2SO Etapa 2 (x2) 2Cu O 2C 4 Cu 2CO

Equação Global 2Cu S 3 O 2C 2SO Cu 2CO

+ → +

+ → +

+ + → + +

Os dois gases formados pelo processo são o monóxido de carbono (CO) e o dióxido de enxofre (SO2). Cálculo do volume de cada um dos gases na CNTP:

Lembrar que, nessas condições, o volume molar dos gases é de 22,4 L/mol.

Como os dois gases são produzidos na proporção de 1:1, podemos afirmar que o volume produzido pelos dois é igual.

(

)

2 2 mols de CO CNTP 2 mols de Cu S 2 318g de Cu S 44,8L de CO 477.000 g V V = 67.200 L. de CO produzido.

4. D I. Correto: Combustão do propano: 250 L de ar 2 O 100% V 2 O 3 8(g) 2(g) 20% V 50 L 1 C H 5 O ... 1 volume = + → 5 volume 10 L propano colocado propano utilizado 3 8 50 L V 50 L V 10 L 50 L 10 L 40 L de C H restantes = = − =

Conclusão: combustão incompleta.

II. Incorreto: 3 8(g) 2(g) 2(g) 2 ( ) 1 C H 5 O 3 CO 4 H O 1 volume + → + 5 volumes 50 L propano colocado propano utilizado ar 250 L V 50 L V 50 L V = = 100% 250 L ar 20% (oxigênio) V =1.250 L III. Correto: 3 8(g) 2(g) 1 C H 5 O ... 1 volume + → Excesso 5 volume 50 L 250 L 0,20 50 L 5 volume 250 L 0,20 1 volume     

5. B Teremos: 3 30.000 m de ar 2 O 100 % V 2 O 1,6 % V =480 L

( )

2

( )

2 3

( )

4 Fe s 3 O g 2 Fe O s 4 56 g + →  Fe 3 22,4 L m  Fe 480 L m =1600 g 6. D 2 3 3 2

4(aq) 2 3(aq) 2 ( ) 3 2(s) 2 4(aq) 2(g)

Na CO 106; CuCO Cu(OH) 222

2 CuSO 2 Na CO H O CuCO Cu(OH) 2 Na SO CO 2 106 g =  = + + →  + +  222 g 0,90 24,5 L 0,90 1.060 g  3 2 CuCO Cu(OH) m _ 2 2 3 2 CO CO CuCO Cu(OH) V 1.060 g 24,5 L 0,90 V 110,25 L 2 106 g 1.060 g 222 g 0,90 m 999 g 2 106 g    = =    = =  7. D Massa de CO2 produzida: 2 mCO =10 g 6,7 g− =3,3 g

Massa de CaCO3 que irá produzir 3,3 g de CO :2 3 100g de CaCO 44 g x g 3 3,3 g x=7,5 g de CaCO

Teor de carbono de cálcio na amostra:

10,0 g 100% 7,5 g y% y=75%

8.

a) A partir da equação de estado de um gás ideal, vem:

3 1 1

P V n R T

P 0,096 L 8 10 mol 0,08 atm L mol K 300 K P 2 atm

− − −

 =  

 =      

b) Cálculo da massa de bicarbonato de sódio (NaHCO )3 :

3 2 2

NaHCO (aq) HC (aq) NaC (aq) CO (g) H O( ) 1 mol + → + + 3 NaHCO 1 mol n 3 3 3 3 3 NaHCO NaHCO 3 3 NaHCO 8,0 10 mol n 8,0 10 mol M 84 g / mol m 8,0 10 84 672 10 g 0,672 g − − − −  =  = =   =  =

A formulação indica que cada 100 mL de solução aquosa contém 8,4 g de NaHCO3. A ampola comercializada apresenta 10 mL, então:

100 mL 8,4 g de NaHCO₃ 10 mL 0,84 g de NaHCO₃ 0,84 g 100 % 0,672 g p p=80 % 9. A Observe: aX bY cZ

5 mol 5 mol 0 (início) gasta gasta forma

1 mol 2 mol 1 mol (proporção estequimétrica) 4 mol 3 mol 1 mol (final)

+ →

− −

A proporção estequiométrica é dada por 1 : 2 : 1. Cálculo da quantidade máxima de Z:

1 X 2 Y 1 Z

5 mol 5 mol n mol (excesso) (limi tan te)

+ →

3,6 kg --- m(PbCO3) m(PbCO3) = 3,17 kg

Para um rendimento de 91 %, vem:

3,17 kg ⎯ 100 % m(PbCO3) ⎯ 91 % m(PbCO3) = 2,9 kg