Fala Gás Nobre, hoje vamos ver como resolver alguns Exercícios de Estequiometria que já caíram em alguns dos principais vestibulares do país. O conteúdo de Estequiometria é um dos assuntos mais frequentes do ENEM, basicamente sempre se espera uma questão deste assunto.
A estequiometria é a parte da química que se encarrega dos cálculos das quantidades de reagentes e produtos envolvidos em uma reação química, bem como rendimento de uma reação e pureza de um reagente.
Muitos alunos relatam dificuldades com questões desse tema, mas já adianto que é um conteúdo super importante para se ter conhecimento e domínio. A estequiometria aparece em diversas questões, seja de química orgânica, analítica ou físico-química e está sempre presente nos vestibulares. Ou seja, dominar esse conteúdo é garantir alguns preciosos acertos na prova de química/ciências da natureza.
Mas chega de papo e vamos aos cálculos, bora reagir!
Leia mais em: Questões de Estequiometria que já caíram no ENEM
01. A amônia (NH3) é um composto químico que pode ser produzido pela reação entre os gases nitrogênio (N2) e hidrogênio (H2), conforme a reação não balanceada a seguir.
x N2(g) + y H2(g) → z NH3(g)
Os coeficientes estequiométricos dos compostos apresentados na equação química são, respectivamente:
a) 1, 2 e 3
b) 1, 3 e 2
c) 3, 2 e 1
d) 1, 2 e 1
Resolução
Gás Nobre, nesse primeiro exercício temos um caso de balanceamento da equação química e determinação dos coeficientes estequiométricos, ou seja, o básico da estequiometria.
Para balancear a equação devemos igualar em ambos os lados o número de átomos de cada elemento. Temos a seguinte reação:
x N2(g) + y H2(g) → z NH3(g)
Na estequiometria geralmente deixamos para balancear os hidrogênios e os oxigênios (se a equação os tiver) por último. Desta forma, iniciamos o balanceamento adicionando o coeficiente 1 para o N2 e o coeficiente 2 para a NH3, ficando com 2 átomos de nitrogênio em cada lado:
1 N2(g) + y H2(g) → 2 NH3(g)
Com o coeficiente 2 na NH3 temos 6 hidrogênios, ou seja, par balancear a equação adicionamos coeficiente 3 no H2, balanceando assim a equação por completo.
1 N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Logo, a alternativa que apresenta os coeficientes estequiométricos corretos é a letra b.
Gabarito: b) 1, 3 e 2
Leia mais em:
Balanceamento por tentativas
Balanceamento por oxirredução
02. (CESGRANRIO) O álcool etílico (C2H5OH), usado como combustível, pode ser obtido industrialmente pela fermentação da sacarose, representada simplificadamente pelas equações:
1 C12H22O11 + H2O → 2 C6H12O6
2 C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
Partindo-se de uma quantidade de caldo de cana que contenha 500kg de sacarose, e admitindo-se rendimento de 68,4%, a massa de álcool obtida em kg será:
Dados: C = 12; O = 16; H =1.
a) 44 b) 46 c) 92 d) 107 e) 342
Resolução
Gás Nobre, neste segundo exercício temos um caso de estequiometria envolvendo rendimento de reação. Bora ver como resolvemos este tipo de questão?
Primeiro passo para resolver questões de estequiometria é sempre conferir se a equação já está balanceada corretamente e efetuar seu balanceamento caso não esteja. Como podemos ver, a equação já está balanceada e pela estequiometria da reação temos que 1 molécula de sacarose (C12H22O11) é convertida a 2 moléculas de glicose (C6H12O6) e que estas 2 moléculas de glicose são convertidas em 2 moléculas de etanol (C2H5OH). De forma geral, temos que 1 molécula de sacarose (C12H22O11) é convertida em 2 moléculas de etanol (C2H5OH) e portanto, a estequiometria é 1:2.
1 C12H22O11 → 2 C2H5OH
Temos que saber a massa molar de ambas substâncias para que possamos calcular a quantidade de etanol produzido a partir da massa de sacarose fornecida (500kg = 500000g).
MM C12H22O11 = 342,3 g/mol
MM C2H5OH = 46,0 g/mol
Vamos calcular o número de mols de sacarose envolvidos na reação:
n = m / MM
n = 500000g / 342,3g/mol
n = 1460,7 mols
Como a proporção estequiométrica é 1:2, logo:
netanol = 2 nsacarose
netanol = 2 x 1460,7
netanol = 2921,4 mols
Encontramos a massa de etanol usando a seguinte fórmula:
n = m / MM
m = n . MM
m = 2921,4 x 46
m = 134385 g
m = 134,39 kg
No entanto, esta seria a massa de etanol produzido se o rendimento fosse de 100% e de acordo com o enunciado o rendimento da reação é de apenas 68,4%, logo:
134,39 kg – 100%
x kg – 68,4%
x = 91,92kg
Logo, a alternativa correta é a letra c.
Gabarito: c) 92
Leia mais em:
Aula: Nox, Oxirredução e Balanceamento
Aula: Balanceamento por tentativas
Aula: Balanceamento por oxirredução
03. (UFG) O hidróxido de alumínio é um composto químico utilizado no tratamento de águas. Uma possível rota de síntese desse composto ocorre pela reação entre o sulfato de alumínio e o hidróxido de cálcio. Nessa reação, além do hidróxido de alumínio, é formado também o sulfato de cálcio. Assumindo que no processo de síntese tenha-se misturado 30g de sulfato de alumínio e 20g de hidróxido de cálcio, determine a massa de hidróxido de alumínio obtida, o reagente limitante da reação e escreva a equação química balanceada da síntese.
Resolução
Gás Nobre, este é um exemplo de exercício envolvendo reagente em excesso e reagente limitante, bastante comum nas questões de estequiometria.
Nesse exercício em questão temos que saber a fórmula dos reagente citados, montar a equação química, balanceá-la e só então, com as massas fornecidas, calcular e descobrir quem é o reagente limitante desta reação.
Os compostos químicos citados são:
Al(OH)3 = Hidróxido de alumínio
Ca(OH)2 = Sulfato de alumínio
Al2(SO4)3 = Hidróxido de cálcio
O enunciado diz que a obtenção do hidróxido de alumínio se dá pela reação entre o sulfato de alumínio com o hidróxido de cálcio, logo:
Al2(SO4)3(s) + Ca(OH)2(aq) → Al(OH)3 + CaSO4(aq)
O produto formado na reação juntamente com o hidróxido de alumínio deve ser o sulfato de cálcio (CaSO4).
Como sempre, na estequiometria devemos balancear a equação química antes de iniciarmos quaisquer cálculos. Adicionamos coeficiente 1 na espécie de maior atomicidade, ou seja, com maior número de átomos, que no caso é o sulfato de alumínio e adicionamos coeficiente igual a 2 no hidróxido de alumínio, ficando com 2 átomos de alumínio nos reagentes e nos produtos.
1 Al2(SO4)3(s) + Ca(OH)2(aq) → 2 Al(OH)3 + CaSO4(aq)
Temos 6 hidroxilas nos produtos (OH), logo, adicionamos coeficiente igual a 3 no hidróxido de cálcio nos reagentes e igual a 3 no sulfato de cálcio nos produtos para igualar o número de hidroxilas e de átomos de cálcio em ambos os lados.
1 Al2(SO4)3(s) + 3 Ca(OH)2(aq) → 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4(aq)
Primeiro, precisamos saber a massa molar das substâncias de interesse:
Al2(SO4)3 = 342 g/mol
Ca(OH)2 = 74 g/mol
Al(OH)3 = 78 g/mol
Com as massas fornecidas no enunciado calculamos o número de mols de cada substância.
Sulfato de alumínio:
n = m / MM
n = 30g / 342 g/mol
n = 0,0877 mols
Hidróxido de cálcio:
n = m / MM
n = 20g / 74g/mol
n = 0,27 mols
A proporção estequiométrica é de 1:3, logo:
1 mol de Al2(SO4)3 – 3 mols de Ca(OH)2
0,0877 mols de Al2(SO4)3 – x mols de Ca(OH)
x = 0,2631 mols de Ca(OH)2
Logo, como temos mais hidróxido de cálcio do que o necessário para consumir todo o sulfato de alumínio, o reagente limitante desta reação é o sulfato de alumínio e realizaremos os cálculos da quantidade de hidróxido de alumínio produzida a partir do número de mols do sulfato de alumínio.
Pela proporção estequiométrica temos que 1 mol de sulfato de alumínio produz 2 mols de hidróxido de alumínio, ou seja, se temos 0,0877 mols de sulfato vamos obter o dobro desta quantia em hidróxido de alumínio, logo:
n = 2 x 0,0877
n = 0,1754 mols
Obtemos a massa produzida pela seguinte relação:
n = m / MM
m = n x MM
m = 0,1754 x 78
m = 13,68g de hidróxido de alumínio
Gabarito: 13,7g de Al(OH)3
Leia mais em:
O tratamento da água
Tratamento de água e esgoto
04. (PUC-SP) A pirolusita é um minério do qual se obtém o metal manganês (Mn), muito utilizado em diversos tipos de aços resistentes. O principal componente da pirolusita é o dióxido de manganês (MnO2). Para se obter o manganês metálico com elevada pureza, utiliza-se a aluminotermia, processo no qual o óxido reage com alumínio metálico, segundo a equação:
3 MnO2(s) + 4 Al(s) → 2 Al2O3(s) + 3 Mn(s)
Considerando que determinado lote de pirolusita apresenta teor de 80% de dióxido de manganês (MnO2), a massa mínima de pirolusita necessária para se obter 1,10 toneladas de manganês metálico é:
a) 1,09 toneladas
b) 1,39 toneladas
c) 1,74 toneladas
d) 2,18 toneladas
e) 2,61 toneladas
Resolução
Gás Nobre, este é um tipo de reação envolvendo pureza de um dos reagentes envolvidos, também bastante comum em questões deste assunto.
O exercício já nos fornece a equação balanceada e com a proporção entre o dióxido de manganês e o manganês metálico de 3:3, ou seja, 1:1, pois a cada 1 mol de dióxido do metal se obtém 1 mol do manganês metálico.
Temos que saber a massa molar das espécies químicas de interesse:
Mn = 54,95 g/mol
MnO2 = 86,95 g/mol
Se:
1 mol de MnO2 – 1 mol de Mn
86,95g de MnO2 – 54,95g de Mn
x toneladas de MnO2 – 1,10 toneladas de Mn
x = 1,74 toneladas de MnO2
No entanto, essas 1,74 toneladas de MnO2 representam apenas 80% da massa de pirulosita utilizada no processo, ou seja:
1,74 toneladas – 80%
X toneladas – 100%
X = 2,18 toneladas de pirulosita
Logo, a alternativa correta é a letra d.
Gabarito: d) 2,18 toneladas.
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Ferro
Terras raras
05. (ENEM) Atualmente, sistemas de purificação de emissões poluidoras estão sendo exigidos por lei em um número cada vez maior de países. O controle das emissões de dióxido de enxofre gasoso, provenientes da queima de carvão que contém enxofre, pode ser feito pela reação desse gás com uma suspensão de hidróxido de cálcio em água, sendo formado um produto não poluidor do ar. A queima do enxofre e a reação do dióxido de enxofre com o hidróxido de cálcio, bem como as massas de algumas das substâncias envolvidas nessas reações, podem ser assim representadas:
Enxofre (32g) + Oxigênio (32g) → Dióxido de enxofre (64g)
Dióxido de enxofre (64g) + Hidróxido de Cálcio (74g) → Produto não poluidor
Dessa forma, para absorver todo o dióxido de enxofre produzido pela queima de uma tonelada de carvão (contendo 1% de enxofre), é suficiente a utilização de uma massa de hidróxido de cálcio de, aproximadamente,
a) 23kg b) 43 kg c) 64 kg d) 74 kg e) 138 kg
Resolução
Gás Nobre, por fim, temos uma reação com reações sucessivas. De forma geral, para resolver essas questões basta multiplicar por um número inteiro pequeno (2, 3…) os coeficientes de uma das equações e têm-se o balanceamento global. No entanto, nesse exercício em questão temos que as reações sucessivas possuem proporção estequiométrica de 1:1, o que já facilita muito os nossos cálculos.
De acordo com a proporção estequiométrica temos que 32g de enxofre reagem com 74g de hidróxido de cálcio para formar um produto não poluidor. Logo, para saber a massa de hidróxido de cálcio necessária para reagir com o enxofre liberado na queima de 1 tonelada de carvão (1% de enxofre), basta fazermos algumas regras de 3.
1000 kg – 100%
X kg – 1%
X = 10kg de enxofre
32g de enxofre – 74g de hidróxido de cálcio
10000g de enxofre – x g de hidróxido de cálcio
X = 23125g
X = 23,125kg de hidróxido de cálcio
Logo, a alternativa correta é a letra a.
Gabarito: a) 23 kg
Leia mais em:
Enxofre
Gestão de Resíduos: O que é e qual sua importância
Beleza Gás Nobre, lembre-se SEMPRE de BALANCEAR a equação química. De forma geral vamos ter exercícios envolvendo balanceamento químico, determinação de coeficientes estequiométricos, pureza, rendimento de reação, reagente limitante e em excesso. A estequiometria e o cálculo estequiométrico são os responsáveis pela brincadeira de que a química é basicamente regra de 3, ou seja, use e abuse de cálculos com regras de 3 simples para encontrar o que o exercício pede e preste sempre bastante atenção aos dados fornecidos. Beleza Gás Nobre? Reage!
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