Rel qg II - estequiometria

Rel qg II - estequiometria

UECE - Universidade Estadual do Ceará FACEDI – Faculdade de Educação de Itapipoca – Química Geral I – 2016.2

Evidências Experimentais de Sistemas Estequiométricos

Beatriz Praciano de CASTRO João Pedro de Souza BRAGA

Universidade Estadual do Ceará/Faculdade de Educação de Itapipoca

Relatório de Trabalho para Química Geral I Prof. Dr. Antonio Sávio Gomes Magalhães

O presente trabalho aborda a segunda prática da turma de Química Geral I sobre sistemas estequiométricos. Os objetivos dessa experiência no primeiro procedimento era desenvolver uma reação de precipitação, determinar o reagente limitante, obter o rendimento experimental e calcular o rendimento percentual. Ainda em um segundo procedimento, observar reações de desprendimento de gás, determinar reagente limitante e em excesso a partir das relações molares. A razão estequiométrica consiste de um fator que correlaciona os mols de reagentes ou produtos em uma equação química balanceada e é, através das razões estequiométricas, que se reconhece o reagente limitante de uma reação química. Como durante uma reação química podem ocorrer perdas é possível determinar o rendimento percentual utilizando os dados do rendimento experimental e teórico.

PALAVRAS-CHAVE: Estequiometria; Reagente limitante; Rendimento percentual.

A estequiometria consolida-se como o estudo das reações que ocorrem ao misturar-se uma substância ou mais, os reagentes, transformada(s) em uma ou mais substâncias diferentes, os produtos. Ao exemplo, quanto de cada reagente deve ser usada para se obter a quantidade de produto desejado. De acordo com FELTRE (2004), a 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 o auxílio das equações químicas correspondentes.

Nos cálculos estequiométricos os valores das massas atômicas utilizados são comumente arredondados, sendo a unidade “u”. A massa atômica de um elemento é a média ponderada da massa de seus isótopos, essa média leva em conta a quantidade de cada isótopo encontrado na natureza. Já a constante de Avogadro (6,022.1023 mol-1) corresponde numericamente ao número de átomos da massa atômica de uma substância.

Os cálculos estequiométricos obedecem leis ponderais, bem como a Lei de Lavoisier, diz-se que na reação química em um sistema fechado, a soma das massas dos reagentes é igual à soma das massas dos produtos. A partir torna-se célebre a frase de Lavoisier: “Na natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Também a Lei de Proust, diz-se que uma mesma substância apresenta sempre a mesma proporção dos elementos que a compõem.

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Em termos práticos, quando um químico executa uma reação, normalmente visa produzir uma maior quantidade possível de um composto. Geralmente, para garantir que um dos reagentes seja completamente consumido, é necessário que um dos reagentes esteja em excesso em relação às quantidades estequiométricas.

Nas reações químicas que envolvem reagente em excesso, a quantidade de produto é limitada pelo reagente limitante. Segundo KOTZ (2005), a quantidade máxima de produtos obtida oriunda de uma reação é o que definimos como rendimento teórico. No entanto, o rendimento experimental de um determinado composto é menor que o rendimento teórico.

Durante os processos reacionais realizados em laboratório ou na indústria, sempre ocorre perda de produto durante a purificação. Em alguns casos, as reações não ocorrem completamente, ou até mesmo as reações tornam-se complicadas devido à formação de subprodutos indesejados.

O presente trabalho caracteriza a aula prática no laboratório da instituição sobre sistemas estequiométricos por meio de evidências experimentais. Cujos objetivos eram desenvolver uma reação de precipitação entre dois sais, determinar o reagente limitante de uma mistura reacional, obter o rendimento experimental de uma reação de precipitação e calcular o rendimento percentual. Ainda, observar reações de desprendimento de gás e verificar a lei de conservação da massa, e determinar reagente limitante e em excesso a partir das relações molares.

Os reagentes utilizados na prática experimental foram cloreto de bário (BaCl2 0,2 mol∕L), fosfato de sódio (Na3PO4 0,2 mol∕L), bicarbonato de sódio (NaHCO3), vinagre

(solução aquosa de ácido acético [CH3COOH] grau de acidez 4%) e água destilada (H2O). Os materiais utilizados foram, béquer, placa de Petri, tubos de ensaio, proveta, funil de haste longa, estante para tubo de ensaio, pisseta, conta-gotas, papel filtro, bexigas, balança comum, estufa, suporte universal e garrafas de vidro com capacidade de aproximadamente 150 mL.

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1. OBTENÇÃO DO FOSFATO DE BÁRIO - Ba3(PO4)2

Misturou-se em um béquer 25 mL da solução de Na3PO4 e 15 mL da solução de BaCl2, ambas incolores. Colocou-se a solução (Figura 1), resultante das substâncias misturadas, em um funil com papel filtro (Figura 2), previamente preparado. Recolheu-se o material extraído por meio da filtração, e levou-se o papel filtro com o precipitado ainda umedecido para estufa. Após um período de tempo, retirou-se o papel filtro com o precipitado da estufa, e levou-o para a balança. O procedimento de pesagem foi repetido até ser identificado nenhuma variação da massa do papel filtro com o precipitado Ba3(PO4)2 (Figura 3).

Figura 1: Solução resultanteFigura 2: Filtração. Figura 3: Precipitado Ba3(PO4)2.
Fonte: Próprio autorFonte: Próprio autor. Fonte: Próprio autor.

2. DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DO REAGENTE LIMITANTE Adicionou-se aproximadamente 2 mL da solução extraída do funil de haste longa em dois tubos de ensaio. Dos quais adicionou-se 3 gotas de Na3PO4 em um tubo de ensaio, nada aconteceu. De mesmo modo, adicionou-se 3 gotas de BaCl2 no outro tubo de ensaio, a solução precipitou.

1. PROCEDIMENTO REPETIDO COM QUANTIDADES DIFERENTES

Misturou-se em um béquer 10 mL da solução de Na3PO4 e 25 mL da solução de BaCl2, ambas incolores.

2. DETERMINAÇÃO EXPERIMENTAL DO REAGENTE LIMITANTE

Seguindo de mesmo modo o procedimento acima, adicionou-se 3 gotas de Na3PO4 em um tubo de ensaio, onde precipitou (Figura 4). De mesmo modo adicionou-se 3 gotas de

BaCl2, entretanto não houve alteração (Figura 5).

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Figura 4: Reagente em excessoFigura 5: Reagente limitante.
Fonte: Próprio autorFonte: Próprio autor.

REAÇÃO DE NaHCO3 COM CH3COOH

Colocou-se 8,0 g da solução de NaHCO3 em três bexigas, que foram identificadas respectivamente com as letras A, B e C. As bexigas foram ajustadas em 3 garrafas de vidro com capacidade aproximada de 150 mL. A primeira garrafa contendo 7 mL, a segunda contendo 50 mL e a terceira contendo 95 ml de vinagre (4% de ácido acético [CH3COOH]).

Os dados obtidos nos procedimentos foram tabelados, e a partir de cálculos estequiométricos determinou-se o reagente limitante e em excesso da mistura reacional, obteve-se o rendimento experimental e o rendimento percentual a partir das relações molares.

Tabela 1: 10 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 25 mL de BaCl2 0,2 mol∕L Massa do papel 1ª amostra 2ª amostra Média da massa do precipitado

1,0 g 1,3 g 1,4 g ± 0,35 g

Fonte: Próprio autor.

Tabela 2: 25 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 15 mL de BaCl2 0,2 mol∕L Massa do papel 1ª amostra 2ª amostra Média da massa do precipitado

0,9 g 1,2 g 1,3 g ± 0,35 g

Fonte: Próprio autor.

2 Na3PO4(aq) + 3 BaCl2(aq) Ba3(PO4)2(s) + 6 NaCl(aq) (Equação balanceada)

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I) 0,2 mol1000 mL
x10 mL

10 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 25 mL de BaCl2 0,2 mol∕L 1000x = 10 . 0,2 x = 10 . 0,2 1000 x = 2 1000 x = 0,002 mol de Na3PO4

I) Massa molecular da solução Na3PO4 (3 . 23) + 31 + (4 . 16)

69 + 31 + 64 = 164 u 164,0 g∕mol de massa molar

I) 1 mol164 g∕mol
0,002 moly

y = 0,328 g de Na3PO4 (reagente limitante) _

10 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 25 mL de BaCl2 0,2 mol∕L

I) 0,2 mol1000 mL
x25 mL

1000x = 25 . 0,2 x = 25 . 0,2 1000 x = 5 1000 x = 0,005 mol de solução BaCl2

I) Massa molecular da solução BaCl2 137,3 + (2 . 35,4)

137,3 + 70,8 = 208,1 u

208,1 g∕mol de massa molar

I) 1 mol208,1 g∕mol
0,005 moly

y = 1,040 g de BaCl2 (reagente em excesso) _

2 Na3PO4(aq) + 3 BaCl2(aq)Ba3(PO4)2(s) + 6 NaCl(aq)
328,0 g601,9 g∕mol
0,328 gx

I) Reagente limitante 328x = 601,9 . 0,328 x = 197,4 328 x = 0,6019 g de rendimento teórico

I) Massa molecular da solução Ba3(PO4)2 (3 . 137,3) + [31 + (4 . 16)] . 2

411,9 + (31 + 64) . 2 411,9 + (95) . 2 411,9 + 190 = 601,9 u 601,9 g∕mol de massa molar

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I) Rendimento percentual = Rendimento experimentalx 100%

6 Rendimento teórico

Rendimento percentual =0,35 x 100 = 58,15%
I) 0,2 mol1000 mL
x25 mL

25 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 15 mL de BaCl2 0,2 mol∕L 1000x = 25 . 0,2 x = 25 . 0,2 1000 x = 5 1000 x = 0,005 mol de solução Na3PO4

I) Massa molecular da solução Na3PO4 (3 . 23) + 31 + (4 . 16)

69 + 31 + 64 = 164 u

164,0 g∕mol de massa molar

I) 1 mol164,0 g∕mol
0,005 moly

y = 0,820 g de Na3PO4 (reagente em excesso)

_ 25 mL Na3PO4 0,2 mol∕L + 15 mL de BaCl2 0,2 mol∕L

I) 0,2 mol1000 mL
x15 mL

1000x = 15 . 0,2 x = 15 . 0,2 1000 x = 3 1000 x = 0,003 mol de BaCl2

I) Massa molecular da solução BaCl2 137,3 + (2 . 35,4)

137,3 + 70,8 = 208,1 u 208,1 g∕mol de massa molar

I) 1 mol208,1 g∕mol
0,003 moly

y = 0,624 g de BaCl2 (reagente limitante)

2 Na3PO4(aq) + 3 BaCl2(aq)Ba3(PO4)2(s) + 6 NaCl(aq)

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624,3 g601, 9 g∕mol
0,624 gx

I) Reagente limitante 624,3x = 601,9 . 0,624 x = 375,6 624,3 x = 0,6016 g de rendimento teórico

I) Massa molecular da solução Ba3(PO4)2 (3 . 137,3) + [31 + (4 . 16)] . 2

411,9 + (31 + 64) . 2 411,9 + (95) . 2 411,9 + 190 = 601,9 u 601,9 g∕mol de massa molar

I) Rendimento percentual =0,35 x 100 = 58,18%

REAÇÃO DE NaHCO3 COM CH3COOH

Tabela 3: 8 g de NaHCO3 + “z” mL de CH3COOH BALÃO A BALÃO B BALÃO C

8 g de NaHCO3 + 7 mL de CH3COOH 8 g de NaHCO3 + 50 mL de CH3COOH 8 g de NaHCO3 + 95 mL de CH3COOH

O CH3COOH limitou a reação Proporção 1:1 O NaHCO3 limitou a reação

Fonte: Próprio autor.

A efervescência decorreu-se da mistura da solução de ácido acético (CH3COOH) com bicarbonato de sódio (NaHCO3), e o sal formado acetato de sódio (CH3COONa) ficou dissolvido na solução. As bolhas observadas durante a efervescência são decorrentes da liberação de gás carbônico (CO2) obtido como produto da reação entre as substâncias iniciais, no qual fez inflar as bexigas. Tão importante assegurar com as bexigas que o sistema químico fosse fechado (Figura 6) para impedir que o CO2 escapasse para a atmosfera. Assim, verificou-se a Lei da Conservação da Massa ou Lei de Lavoisier (Figura 7).

NaHCO3 (s) + CH3COOH (aq)CH3COONa (aq) + H2O (l) + CO2 (g)
84,0 g/mol + 60,0 g/mol82,0 g/mol + 18,0 g/mol + 4,0 g/mol

144,0 g/mol = 144,0 g/mol

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Figura 6: Sistema fechadoFigura 7: Balões inflados pelo CO2.
Fonte: Próprio autorFonte: Próprio autor.

8 CONCLUSÃO

Em uma reação química, o objetivo é normalmente produzir a maior quantidade possível de um produto a partir de certas quantidades de reagentes. Observa-se que para garantir que um dos reagentes seja completamente consumido durante o processo reacional, utiliza-se um outro reagente em excesso.

Ao final da reação, a quantidade de produto formado é determinada pelo reagente limitante, ou seja, o reagente que não está em excesso na reação química. O rendimento teórico de uma reação química é a quantidade máxima de produto que pode ser obtido. No entanto, o rendimento experimental de uma reação é menor que o rendimento teórico, pois sempre ocorrem perdas durante os processos de purificação e isolamento, além de algumas delas não ocorrerem até o fim.

Conclui-se que os objetivos da presente prática experimental foram alcançados; desenvolver uma reação de precipitação, determinar o reagente limitante, obter o rendimento experimental, observar reações de desprendimento de gás e verificar a lei de conservação da massa. Além de favorecer nossos conhecimentos para identificação de processos estequiométricos em laboratório e no cotidiano.

Livros FELTRE, Ricardo. Química Geral. São Paulo: Moderna, 2004. 337 p.

KOTZ, John C.; TREICHEL, Jr., Paul M. Química Geral I e reações químicas. V. 1. São Paulo: Thomson Learning∕ Pioneira, 2005.

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