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Resolução comentada
FUVEST - QUÍMICA - Estequiometria
1) (2000)Recentemente, na Bélgica, descobriu-se que frangos estavam contaminados com uma dioxina contendo 44%, em massa, do elemento cloro. Esses frangos apresentavam, por kg, 2,0 x 10–¹³ mol desse composto, altamente tóxico. Supondo que um adulto possa ingerir, por dia, sem perigo, no máximo 3,23 x 10-¹¹g desse composto, a massa máxima diária, em kg de frango contaminado, que tal pessoa poderia consumir seria igual a quanto?
Dados: 1 mol da dioxina contém 4 mols de átomos de cloro.
massa molar do cloro: 35,5 g/mol
a)0,2
b) 0,5
c) 1
d) 2
e) 3
Resolução:
1) Cálculo da massa molar da dioxina:
Dados:
-Cada molécula de dioxina tem 4 átomos de cloro
-A massa dos átomos de cloro representa 44% da massa total da molécula de dioxina (exemplos abaixo)
Pode-se aplicar uma regra de 3:
4 mols de cloro --> massa = 4 * 35.5g = 142g
| massa | porcentagem da massa molar da dioxina |
| 142 | 44 |
| x | 100 |
x = 142*100/44 = 322,7 g = massa total da dioxina
2) Conversão de mols de dioxina em gramas de dioxina
Regra de 3:
| mols de dioxina | gramas de dioxina |
| 2,0 * 10-13 | x |
| 1 | 322,7 |
x = 322,7 * 2,0 * 10-13 /1 = 645,4 * 10-13= 6,45 * 10-11 g
Cada kg do frango na Bélgica contem 6,45 * 10-11 g
de dioxina.
Como pode-se consumir sem perigo, no máximo 3,23 x 10-11 g, pode-se consumir 0,5 kg de frango da Bélgica.
3) Conclusão:
Para consumir 3,23 * 10-11g de dioxina no frango, que possui , basta meio kg deste.
Alternativa: b
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Indo além:
As dioxinas são um grupo de substâncias classificadas como "persistent environmental pollutants (POPs)". Algumas versões são extremamente tóxicas e são produzidas tipicamente em queimas. É um problema no uso de incineradores de lixo.
Alguns exemplos de dioxinas são mostrados abaixo. Perceba que uma deles possui 4 cloros como no exercício aqui, enquanto uma possui 5 e outra nenhum...
2) (2002) O aspartame,um adoçante artificial, pode ser utilizado para substituir o açúcar de cana. Bastam 42 miligramas de aspartame para produzir a mesma sensação de doçura que 6,8 gramas de açúcar de açúcar de cana. Sendo assim, quantas vezes, aproximadamente o números de moléculas de açúcar de cana deve ser maior que o de moléculas de aspartame para que se tenha o mesmo efeito sobre o paladar?
Dados: massas molares aproximadas (g/mol)
açúcar de cana: 340
adoçante artificial: 300
a) 30 b) 50 c) 100 d) 140 e) 200
Resolução:
1) Cálculo do número de mols de aspartame
Regra de 3:
| massa de aspartame (g) | número de mols |
| 300 | 1 |
| 42* 10-3 | x |
x = 42 *10-3 /300= 1,4*10-5
2) Cálculo do número de mols de açúcar
| massa de açúcar (g) | número de mols |
| 340 | 1 |
| 6,8 | y |
y = 6,8 / 340 = 0.02
3) Cálculo da razão
y/x = 140
Alternativa: d
3) (2006) O tanque externo do ônibus espacial Discovery carrega, separados, 1,20 x 106 L de hidrogênio líquido a –253 ºC e 0,55 x 106 L de oxigênio líquido a –183 ºC. Nessas temperaturas, a densidade do hidrogênio é 34 mol/L (equivalente a 0,068 g/ml) e a do oxigênio é 37 mol/L (equivalente a 1,18 g/mL).
Massa molar (g/mol)
H........................1,0
O......................16
A) 100% de excesso de hidrogênio.
B) 50% de excesso de hidrogênio.
C) proporção estequiométrica entre os dois.
D) 25% de excesso de oxigênio.
E) 75% de excesso de oxigênio.
Resolução:
Trata-se da reação de oxigênio e hidrogênio, formando água. Esta, balanceada, é:
2 H2 + O2 --> 2 H2 O
Uma proporção estequiométrica entre os dois (O e H) seria a condição para que tudo reagisse e não sobrasse nada. Pela equação vemos que para que isso aconteça a quantidade (número de moléculas) de H deve ser o dobro da de O, pois o coeficiente do hidrogênio é 2 e o do oxigênio é 1 (ver reação acima).
A equação, portanto, define que 2 moléculas de hidrogênio reagem com 1 de oxigênio. Usando a lei das proporções definidas (Lei de Proust) sabemos também que 20 de H reagem com 10 de O, 2 mols de H reagem com 1 mol de O e assim por diante.
A questão fornece o número de litros de cada combustível, mas não a quantidade de moléculas. Isso é o que teremos que calcular.
1) Cálculo do número de mols de hidrogênio e oxigênio
(basta multiplicar densidade por volume)
A planilha pode ser vista e baixada aqui:
https://docs.google.com/spreadsheets/d/15UbVSET0sHD3U1tR1c69Z2LPTcsJyKIT8g-aHhI9iQI/edit?usp=sharing
Conclusão:
O número de moles de hidrogênio é o dobro do de oxigênio, portanto temos proporção estequiométrica:
alternativa :
c) proporção estequiométrica entre os dois.
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Indo além:
A reação estudada nesta questão é altamente exotérmica e por isso usada como combustível de foguetes ou ônibus espacial. Veja na foto a quantidade de vapor de água liberada na decolagem do Discovery. Imensa quantidade de energia é liberada quimicamente, sem produzir gás carbônico!
Decolagem do ônibus especial (crédito NASA)
Poderíamos ir além e calcular a quantidade de energia total liberada ao reagir todo o hidrogênio (combustível) com todo o oxigênio (oxidante) levados nos tanques. Para isso necessitamos um outro dado, que é a entalpia de combustão do hidrogênio, que é de -286 kJ/mol (o sinal de menos indica que a reação é exotérmica).
Multiplicando-se o número de mols de hidrogênio (calculado acima) por -286 kJ/mol obtemos uma energia total de 1,17*1010 kJ.
Para comparação, podemos usar a energia total liberada pela queima de um tanque cheio de um avião tipo jumbo 747, que é de cerca de 2,79*109 kJ (valor calculado aqui).
Portanto o tanque de hidrogênio do Discovery é capaz de produzir 4,18 vezes mais energia que um tanque de 747 cheio.
4) (2015) Amônia e gás carbônico podem reagir formando ureia e água. O gráfico a seguir mostra a massa de ureia e de água que são produzidas em função da massa de amônia, considerando as reações completas.
A partir dos dados do gráfico e dispondo-se de 270 g de amônia, a massa aproximada, em gramas, de gás carbônico minimamente necessária para reação completa com essa quantidade de amônia é
a) 120 b) 270 c) 350 d) 630 e) 700
Resolução
Introdução
É uma questão fácil, apesar de poder assustar um pouco inicialmente por parecer necessitar um conhecimento das fórmulas da amônia ou da ureia. Memorização de fórmulas, mesmo de substâncias simples como estas, não é algo que costuma ser cobrado. O fato de as massas molares de C ou N não serem fornecidas na questão já sugere que as fórmulas não serão usadas.
O fato de as reações descritas serem completas é um dado essencial, pois significa que não há sobra de reagentes, ou seja, que a massa de gás carbônico (que é o objeto da questão) pode ser calculada simplesmente usando a Lei da Conservação das Massas (Lavoisier). Quer dizer, a massa da soma dos reagentes (amônia e gás carbônico) deve ser igual à massa dos produtos (ureia e água).
O detalhe é que as massas dos produtos são dadas apenas até 120 g de amônio e a questão é sobre 270 g de amônio. Usaremos então uma regra de 3 (pois os gráficos são lineares ), partindo de valores extraídos de quaisquer posições dos gráficos(água e ureia) para uma certa massa de amônia. Escolha aqui o ponto de massa de amônia=70:
Cálculo das massa de água e ureia produzidas a partir de 270 g de amônia
| massa de amônia (g) | massa de água(g) | massa de ureia(g) |
| 70 | 40 | 130 |
| 270 | x | y |
x= 40*270/70 = 154
y = 270*130/70 = 501
Massa total produtos = 655
Massa total reagentes = 270 + mgás carbônico
mgás carbônico = 385
Resposta: c)350
(a questão fala em valor aproximado devido à imprecisão na extração de valores deste gráfico).
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Indo além:
A ureia é um composto hidrogenado usado por certos animais (como os humanos) para eliminar nitrogênio, proveniente de proteínas digeridas. A eliminação se dá nos rins, por meio da urina (daí veio o nome urina). Por isso pessoas com problemas nos rins são aconselhadas a consumir pouca proteína). a eliminação do nitrogênio por meio de ureia requer a perda de água. Por isso pássaros (que não podem carregar muita água por razões de peso) eliminam nitrogênio na forma de ácido úrico.
A síntese da ureia ocorreu pela primeira vez em 1828 pelo químico alemão Fredrich Wohler (com reagentes diferentes destes aqui). Isto foi um grande fato na história da ciência pois derrubou o vitalismo, que é a crença que a química dos seres vivos é essencialmente diferente do resto, e que portanto apenas seres vivos podem produzir substâncias orgânicas. Wohler produziu uma substância orgânica a partir de outras inorgânicas, derrubando o vitalismo e iniciando a química orgânica. No entanto, vitalistas não se deram por vencidos e passaram a exigir que se produzissem substâncias orgânicas mais complexas, como proteínas por exemplo.
Leia mais sobre ureia, amônia e o ciclo do nitrogênio>>
5) (2004) Com a finalidade de determinar a fórmula de certo carbonato de um metal Me, seis amostras, cada uma de 0,0100 mol desse carbonato, foram tratadas, separadamente, com volumes diferentes de ácido clorídrico de concentração 0,500 mol/L. Mediu-se o volume de gás carbônico produzido em cada experiência, à mesma pressão e temperatura.
volume molar do CO2 = 24,8 l/mol
Então, a fórmula do carbonato deve ser:
a) Me2CO3 b) MeCO3 c) Me2(CO3)3 d) Me(CO3)2 e) Me2(CO3)5
Resolução
Observa-se na tabela que o volume de CO2estabiliza-se em 744ml, o que significa que aí todo o carbonato já reagiu e não adianta por mais ácido que não vai fazer diferença. Quando o volume liberado era abaixo de 744ml não havia ácido suficiente para completar a reação. Interessa estudar a reação completa e por isso usaremos o valor 744.
Podemos assumir que o carbonato transforma-se em gás carbônico, sendo que o oxigênio que sobra deverá formar água, provavelmente, o que não nos importa aqui. Cada carbonato produz uma molécula de gás carbônico. Comparando as quantidades dessas duas substâncias , podemos inferir quantos carbonatos devem haver na fórmula do composto metal+ carbonato(s).
Já sabemos que há 0,01 mols do composto metal+ carbonato(s).
Devemos calcular quantos mols de CO2 correspondem aos 774 ml:
Regra de 3:
| volume de CO2 (l) | número de mols |
| 24,8 | 1 |
| 0,774 | x |
x = 0,03 mols de CO2
Portanto, 0,01 mols do composto metal+ carbonato(s) produz 0,03 mols de CO2.
Como cada carbonato produz um CO2, devemos ter 3 carbonatos no composto.
Portanto resposta c) Me2(CO3)3
OBS. : Perceba que os detalhes sobre o ácido não foram utilizados e portanto houve um excesso de informação no enunciado, o que poderia confundir e dificultar o trabalho do estudante nesta questão.
Relacionado: Questões sobre razões, proporções e porcentagens
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