Como realizo o cálculo estequiométrico?

Já sabe como fazer cálculo estequiométrico? Esse resumo vai te ensinar a não deixar sobrar números na sua conta, só na sua nota do vestibular. Confira! 🙂

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 o auxílio das equações químicas correspondentes.

Podemos calcular essas quantidades em mols, em massa, em número de partículas (moléculas ou átomos), em volume.

Todo problema de cálculo estequiométrico está baseado na proporção em mols dos participantes da reação, seguindo a Lei de Proust ou Lei das Proporções Constantes “Numa reação química existe uma proporção constante entre as quantidades de reagentes e produtos”.

Esse tipo de cálculo segue, em geral, as seguintes regras:

1 – Escrever a equação química mencionada no problema.

2 – Acertar os coeficientes dessa equação (lembrando que os coeficientes indicam a proporção em número de moles existentes entre os participantes da reação).

3 – Estabelecer uma regra de três entre o dado e a pergunta do problema, obedecendo aos coeficientes da equação, e que poderá ser escrita em massa, ou em volume, ou em número de mols etc., conforme as conveniências do problema.

Exemplo:
Como podemos descrever o processo de obtenção da água?


a) Escrever a equação da reação de obtenção do água.

Quais são os reagentes?
Devemos reagir gás oxigênio e hidrogênio

H~2~ + O~2~ → H~2~O

b) Acertar os coeficientes (balanceamento)

Observe que o número de átomos de oxigênio no lado dos produtos e dos reagentes são diferentes

Nos reagentes temos 2 átomos e nos produtos temos somente 1 átomo de oxigênio.

Fazendo o balanceamento, os números de átomos de oxigênio antes e depois da flecha são iguais.

2H~2~ + O~2~ → 2H~2~O

Temos 4 átomos de oxigênio em cada lado da equação.

c) Obter a proporção em mols através dos coeficientes estequiométricos.

Ao fazer o balanceamento da equação, automaticamente obtemos os coeficientes estequiométricos que vão nos fornecem a proporção em mols.

1 H~2~ + 2 O~2~ → 2 H~2~O

1mol 2 mols 2 mols

1mol H~2~ : 2 mols O~2~ : 2 mols de H~2~O

Mas podemos representar esta mesma equação assim :

1 H~2~ + 1/2 O~2~ → 1 H~2~O
1mol H~2~ : 1/2 mols O~2~ : 1 mol de H~2~O

Casos particulares

1. Excesso e limitante

Pense na reação abaixo:

H~2~ + 2O~2~ → 2H~2~O

Nem sempre essas quantidades vão estar na proporção certa, ou seja, pode acontecer de termos 2 mols de hidrogênio reagindo com 2 mols de oxigênio.  O que você acha que vai acontecer então? Elementar! Sobrará 1 mol de oxigênio sem reagir. Em outras palavras, há oxigênio em excesso.  Ou, então, está faltando hidrogênio, o que nos permite dizer que, por ter quantidade insuficiente para reagir com todo o oxigênio, o hidrogênio limita a reação total, plena, sendo chamado por isso de reagente limitante.

Por exemplo, considere a reação abaixo entre o monóxido de carbono e o oxigênio:

2 CO(g) + O~2~(g) → 2CO~2~(g)

São necessárias duas moléculas de monóxido de carbono para reagir com uma de oxigênio, gerando duas moléculas de dióxido de carbono. A proporção é, portanto, 2 : 1 : 2. Se essa proporção for mudada e um dos reagentes estiver em excesso, a reação não ocorrerá da mesma maneira:

2 CO(g) + 2 O~2~(g) → 2 CO~2~(g) + O~2~(g)

Esta equação não está na proporção estequiométrica. Verifica-se que o monóxido de carbono é totalmente consumido, enquanto o oxigênio não é. Isto significa que o oxigênio é o reagente em excesso e o monóxido de carbono é o reagente limitante.

Por fim, podemos obter as seguintes definições:

Reagente limitante é aquele que limita a quantidade de produto que pode ser produzido na reação. Isso significa que, quando o reagente limitante é totalmente consumido, a reação para, mesmo tendo ainda outros reagentes.

Todos os outros reagentes que sobrarem são considerados reagentes em excesso.

Segue um passo-a-passo bem interessante =)

2. Grau de pureza

As matérias-primas obtidas diretamente da natureza quase sempre são misturas, ou seja, a substância que interessa a um processo (reação) não se apresenta na forma pura. Exemplos disso são os minérios, dos quais provêm os metais, como o ferro ou o alumínio, que ocorrem como misturas dos seus óxidos correspondentes (Fe~2~O~3~ e Al~2~O~3~) com outros minerais e materiais, que constituem as impurezas.

Considere, como exemplo, um minério de hematita, que contém Fe~2~O~3~, com 60% de pureza

Hematita – óxido de ferro III
Hematita – óxido de ferro III
Óxido de alumínio
Óxido de alumínio

Qual a massa de ferro metálico obtida a partir de uma tonelada de minério, segundo a equação abaixo?

Fe~2~O~3~ (s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO~2~(g)

Para obtermos a massa de ferro produzida nessa transformação é preciso determinar a massa de óxido de ferro(III) (Fe~2~O~3~) presente na matéria-prima.

Minério:       1 t   —————100%

Fe~2~O~3~:         x ——————60%

x = (1.60) / 100
x = 0,6 t de Fe~2~O~3~

Com a quantidade de óxido de ferro(III) presente no minério e a equação química balanceada, a massa de ferro metálico obtida no processo é:

Fe~2~O~3~(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(s) + 3 CO~2~(g)

160 g           84 g           112 g         132 g

0,6 t ————————y

y = (0,6 .112 ) /160
y = 0,42 t de Fe

3. Cálculo do Rendimento

A maioria das reações químicas não produz a quantidade de produto prevista pelos cálculos estequiométricos. As perdas durante o processo de purificação e as reações secundárias são algumas das causas para essa situação. Com isso, o rendimento obtido nas reações químicas, chamado de rendimento real, é, em geral, menor que o esperado, denominado rendimento teórico. É comum representar o rendimento de uma reação química por meio da porcentagem.

Considere, como exemplo, a produção de cal virgem (CaO) a partir do calcário (mistura que contém CaCO~3~ como principal constituinte). Sabendo que o rendimento da reação é de 80% e que as impurezas não foram consideradas para o cálculo, é possível determinar a quantidade de cal virgem obtida a partir de 1 tonelada de calcário?

Cal
Cal

Dados: CaCO~3~ =100 g/mol; CaO = 56 g/mol; CO~2~ =44 g/mol

CaCO~3~(s) → CaO(s) + CO~2~(g)

100 g ——-56 g

1 t  ———–x

x = (1.56 ) /100
x = 0,56 t de CaO

O valor encontrado acima representa o rendimento teórico, ou seja, considera que o rendimento da reação foi de 100%.
Para calcular a massa real de cal virgem pode-se utilizar a seguinte proporção:

0,56 t de CaO————–100%

y ———————-80%

y = (0,56.80)/ 100

y =0,45 t de CaO

Exercícios

1. (Unifesp) A geração de lixo é inerente à nossa existência, mas a destinação do lixo deve ser motivo de preocupação de todos. Uma forma de diminuir a grande produção de lixo é aplicar os três R (Reduzir, Reutilizar e Reciclar).

Dentro desta premissa, o Brasil lidera a reciclagem do alumínio, permitindo economia de 95% no consumo de energia e redução na extração da bauxita, já que para cada kg de alumínio são necessários 5 kg de bauxita. A porcentagem do óxido de alumínio (Al~2~O~3~) extraído da bauxita para produção de alumínio é aproximadamente igual a:
a)20,0%
b)25,0%
c)37,8%
d)42,7%
e)52,9%

2. (UFMG) Num recipiente foram colocados 15g de ferro e 4,8g de oxigênio. Qual a massa de Fe2O3 formada após um deles ser completamente consumido? (Fe = 56; O = 16).
a) 19,8g
b) 16,0g
c) 9,6g
d) 9,9g
e) 10,2g

3.(PUC-MG) Na metalurgia do zinco, uma das etapas é a reação do óxido de zinco com o monóxido de carbono, produzindo zinco elementar e dióxido de carbono, segundo a equação:

ZnO(s) + CO(g) → Zn(s) +CO~2~(g)

Considere que a amostra de ZnO tenha 60% de pureza. Nessas condições, para cada mol de zinco produzido, a massa de ZnO(s) impuro utilizado, em gramas, é aproximadamente igual a:
a)135,0
b)113,0
c)81,0
d)49,0

Gabarito

1. C
2. B
3. A

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1) São anotados os seguintes valores nas experiências I, II e III:
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