Cálculo estequiométrico com massa

O principal objetivo do cálculo estequiométrico com massa é fornecer uma ideia sobre a massa de produto que será formada ou a massa de reagentes necessária para formar uma quantidade predeterminada de produtos. Esse cálculo também pode ser relacionado com as seguintes variáveis:

Quantidade de matéria (número de mol);
Quantidade de moléculas;
Volume.

Em todos os casos, é imprescindível que alguns padrões sejam sempre verificados, a saber:

Verificar se a equação química está balanceada; se não estiver, balancear;
Realizar os cálculos com regra de três simples;
A primeira linha da regra de três deve estar sempre relacionada com os coeficientes estequiométricos do balanceamento;
A segunda linha da regra de três deve estar relacionada com os dados do exercício.

Veja alguns exemplos:

a) Exemplo de cálculo estequiométrico com massa e mol

(PUC-RJ) A hidrazina, N₂H₄, e o peróxido de hidrogênio, H₂O₂, são utilizados como propelentes de foguetes. Eles reagem de acordo com a equação:

7H₂O₂ + N₂H₄ → 2HNO₃ + 8H₂O

Quando forem consumidos 3,5 moles de peróxido de hidrogênio, a massa, em gramas, de HNO₃ formada será de:

a) 3,5

b) 6,3

c) 35,0

d) 63,0

e) 126,0

O enunciado trabalha com mol em relação ao H₂O₂ e pede a massa de HNO₃. Para isso, devemos fazer o seguinte:

OBS.: Como a equação química apresenta os coeficientes 7, 2 e 8, ela está balanceada, ou seja, temos a relação 7 mol: 1 mol: 2 mol: 8 mol.

1º Passo: calcular a massa molar do HNO₃. Para isso, devemos multiplicar a quantidade de cada átomo pela sua respectiva massa e, em seguida, somar os resultados:

HNO₃ = 1.1 + 1.14 + 3.16

HNO₃ = 1 + 14 + 48

HNO₃ = 63 g/mol

2º Passo: montar a regra de três que relaciona massa e mol, como o enunciado pede. Nessa relação, vamos utilizar apenas as substâncias H₂O₂ e HNO_3.

7H₂O₂ → 2HNO₃

7 mol----------------2 mol

7 mol-------- 2. 63

3,5 mol-------- x g

7.x = 3,5.126

7x = 441

x = 441
7

x = 63 g

b) Exemplo de cálculo estequiométrico com massa e moléculas

(Unifor-CE) Para eliminar o dióxido de carbono, CO₂, da atmosfera das naves espaciais, são utilizados recipientes com hidróxido de lítio, LiOH, adaptados à ventilação. A equação da reação entre essas substâncias está representada a seguir:

CO_2(g) + 2LiOH_(s) → Li₂CO_3(s) + H₂O_(l)

Considerando uma massa de LiOH de 100,0 g, o número de moléculas de CO_2(g) que pode ser eliminado da atmosfera das naves é de, aproximadamente,

Dado: Constante de Avogadro = 6,0x10²³ mol^–1

a) 1,3x10²⁴.

b) 6,2x10²⁴.

c) 3,0x10²³.

d) 1,5x10²².

e) 4,3x10²¹.

Solução: O enunciado trabalha com a massa do LiOH e pede o número de moléculas relacionado com essa massa. Para isso, devemos:

OBS.: Como a equação apresenta o coeficiente 2, ela está balanceada, ou seja, temos a relação 1 mol: 2 mol: 1 mol: 1 mol.

1º Passo: calcular a massa molar de LiOH. Para isso, devemos multiplicar a quantidade de cada átomo pela sua respectiva massa e, em seguida, somar os resultados:

LiOH = 1.7 + 1.16 + 1.1

LiOH = 7 + 16+ 1

LiOH = 24 g/mol

2º Passo: Montar a regra de três que relaciona massa e moléculas, como o enunciado pede. Nessa relação, vamos utilizar apenas as substâncias LiOH e CO_2.

CO_2(g) + 2LiOH_(s)

1 mol----------------2mol

6.10²³ moléculas-------- 2. 24

x moléculas-------- 100 g

48.x = 100.6.10²³

48x = 600.10²³

x = 600.10²³
48

x = 12,5.10²³

x = 1,25.10²⁴ moléculas

c) Exemplo de cálculo estequiométrico apenas com massa

(Unimep-SP) O cromo é obtido por aluminotermia, que usa o óxido de cromo-III (Cr₂O₃), proveniente do minério cromita (FeO. Cr₂O₃):

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Cr₂O₃ + 2Al → 2Cr + Al₂O₃.

A massa de cromo obtida a partir de uma tonelada de óxido de cromo-III é aproximadamente igual a: Dados: M.A. de Cr = 52; M.A. de O = 16; M.A. de Al= 27)

a) 684,21 kg;

b) 177,63 kg;

c) 485,34 kg;

d) 275,76 kg;

e) 127,87 kg.

Solução: O enunciado trabalha com a massa do óxido de cromo III e pede a massa de cromo. Para isso, devemos:

OBS.: Como a equação apresenta o coeficiente 2, ela está balanceada, ou seja, temos a relação 1 mol: 2 mol: 2 mol: 1 mol.

1º Passo: calcular a massa molar do Cr₂O₃ (óxido de cromo III). Para isso, devemos multiplicar a quantidade de cada átomo pela sua respectiva massa e, em seguida, somar os resultados:

Cr₂O₃ = 2.52 + 3.16

Cr₂O₃ = 104 + 48

Cr₂O₃ = 152 g/mol

2º Passo: calcular a massa molar do Cr (cromo). Para isso, devemos multiplicar a quantidade de cada átomo pela sua respectiva massa e, em seguida, somar os resultados:

Cr = 1.52

Cr = 52 g/mol

3º Passo: transformar a massa do Cr₂O₃ fornecida pelo enunciado em Kg, já que a resposta deve ser em Kg. Para isso, basta multiplicar por 1000.

Massa do Cr₂O₃ = 1. 1000

Massa do Cr₂O₃ = 1000Kg

4º Passo: montar a regra de três que relaciona massa e moléculas, como o enunciado pede. Nessa relação, vamos utilizar apenas as substâncias Cr₂O₃ e Cr;

OBS.: As massas da 1ª linha podem permanecer em gramas porque se trata de uma regra de três. Assim, ao multiplicarmos cruzado, essas unidades anulam-se, sobrando o Kg da 2ª linha.

Cr₂O₃ → 2Cr

1 mol----------------2mol

152g -------- 2. 52g

1000Kg-------- x g

152.x = 1000.104

152x = 104000

x = 104000
152

x = 684,21Kg

d) Exemplo de cálculo estequiométrico com massa e volume

(Unirio-RJ) Jaques A. A. Charles, químico famoso por seus experimentos com balões, foi o responsável pelo segundo voo tripulado. Para gerar o gás hidrogênio, com o qual o balão foi cheio, ele utilizou ferro metálico e ácido, conforme a seguinte reação: Dados: H = 1; Fe = 56.

Fe_(s) + H₂SO_4(aq) → FeSO_4(aq) + H_2(g)

Supondo-se que tenham sido utilizados 448 kg de ferro metálico; o volume, em litros, de gás hidrogênio obtido nas CNTP foi de:

a) 89,6

b) 179,2

c) 268,8

d) 89.600

e) 179.200

Solução: O enunciado trabalha com a massa do ferro metálico e pede o volume de gás hidrogênio. Para isso, devemos:

1º Passo: verificar o balanceamento da equação. Como ela está balanceada, temos a relação 1 mol: 2 mol: 1 mol: 1 mol.

2º Passo: calcular a massa molar do ferro metálico. Para isso, devemos multiplicar a quantidade de cada átomo pela sua respectiva massa e, em seguida, somar os resultados:

Fe = 1.56

Fe = 56 g/mol

3º Passo: passar a massa do ferro fornecida pelo enunciado para gramas, já que a massa molar foi calculada no 2º passo em gramas. Para isso, basta multiplicar por 1000.

Massa do Fe = 448. 1000

Massa do Fe = 448000 g

4º Passo: montar a regra de três que relaciona massa e moléculas, como o enunciado pede. Nessa relação, vamos utilizar apenas as substâncias Fe e H_2.

OBS.: O volume molar utilizado na CNTP, como pede o enunciado, é de 22,4 L.

Fe_(s) → H_2(g)

1 mol----------------1mol

56g -------- 1. 22,4L

448000 g-------- x L

56.x = 448000.22,4

56x = 10035200

x = 10035200
56

x = 179200 L

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