Cálculos estequiométricos e rendimento químico

Estequiometria é um ramo da química que lida com as quantidades relativas de reagentes e produtos em uma reação química. Envolve cálculos que estimam as quantidades de substâncias consumidas e produzidas em uma reação. Uma das principais partes da estequiometria é entender como os cálculos estequiométricos são realizados e como eles se relacionam com o rendimento químico, que é a quantidade de produto obtida em uma reação química.

Conceitos básicos de estequiometria

A estequiometria é baseada na conservação da massa, onde a massa total dos reagentes é igual à massa total dos produtos. A chave é adicionar os reagentes e produtos quantitativamente usando uma equação química balanceada. Isso inclui:

• Compreender o conceito de mol e o número de Avogadro.
• Usar a massa molar para converter entre gramas e mols.
• Utilizar os coeficientes em equações balanceadas para determinar as relações molares.

Exemplo 1: Balanceamento de uma equação química

Considere a reação de combustão do propano:

C3H8 + O2 → CO2 + H2O

Primeiro, balanceie a equação:

1. Balanceie os átomos de carbono:
   C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + H₂O
2. Balanceie os átomos de hidrogênio:
   C₃H₈ + O₂ → 3CO₂ + 4H₂O
3. Balanceie os átomos de oxigênio:
   C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O

A equação balanceada é:

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O

Cálculos estequiométricos

Os cálculos estequiométricos geralmente envolvem a determinação da massa de uma substância em uma equação química, dada a massa de outra substância. Veja como fazê-lo:

Passos muito básicos de estequiometria

1. Converta uma massa dada de uma substância em mols usando sua massa molar.
2. Use os coeficientes estequiométricos (relações molares) da equação balanceada para converter mols de uma substância em mols de outra.
3. Converta mols de volta para gramas, se necessário.

Exemplo 2: Cálculo estequiométrico simples

Suponha que você queime 11,0 g de propano (C₃H₈). Encontre a massa de dióxido de carbono produzida.

1. Calcule os mols de C₃H₈:

Massa molar de C3H8 = 44,1 g/mol
Mols de C3H8 = 11,0 g / 44,1 g/mol = 0,249 mols

2. Use a equação balanceada para encontrar os mols de CO₂:

C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O
0,249 mol C3H8 × (3 mol CO2 / 1 mol C3H8) = 0,747 mol CO2

3. Converta mols de CO₂ para gramas:

Massa molar de CO2 = 44,0 g/mol
Massa de CO2 = 0,747 mol × 44,0 g/mol = 32,868 g

A massa de CO₂ produzida é de cerca de 32,87 gramas.

Subprodutos químicos

O rendimento químico é a quantidade de produto obtida em uma reação química. É dividido em dois tipos:

• Rendimento teórico: A quantidade de produto prevista pela estequiometria, com base em uma equação química balanceada, onde a reação ocorre completamente até o final.
• Rendimento real: A quantidade de produto realmente obtida a partir de uma reação.

O rendimento percentual é então calculado para ver quão eficiente foi a reação.

Rendimento percentual = (rendimento real / rendimento teórico) × 100

Exemplo 3: Cálculo de rendimento químico

Considere uma reação onde o rendimento teórico de um produto é de 20,0 g, mas apenas 15,0 g de produto são obtidos experimentalmente.

Calcule o rendimento percentual:

Rendimento percentual = (15,0 g / 20,0 g) × 100 = 75%

O rendimento percentual é de 75%, o que mostra a eficiência do processo.

Visualização da estequiometria através de reações

Vamos imaginar uma reação simples:

A água é formada pela reação de hidrogênio e oxigênio:

2H2 + O2 → 2H2O

Visualize a quebra e formação de ligações:

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