Exercícios Resolvidos de Balanceamento e Relações Estequiométricas

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Enunciado

Inflamou-se uma amostra de 0,5000 g de ácido cítrico, que contém apenas C ,   H   e   O . Produziram-se 0,6871 g de C O 2 e 0,1874 g de H 2 O . O peso molecular do composto é 192 g/mol. Qual a fórmula molecular do ácido cítrico?

Passo 1

Voltamos para fórmulas químicas né?

Mas antes disso, precisamos pensar no ácido cítrico se inflamando, formando C O 2 e H 2 O .

Ao “inflamar” o ácido cítrico, estamos queimando ele. Então se trata de uma reação de oxidação que ocorre entre o ácido cítrico e o gás oxigênio, formando, quando completa, C O 2 e H 2 O .

Então a reação será algo como (não balanceada):

á c i d o   c í t r i c o + O 2 → C O 2 + H 2 O

Considerando que o ácido cítrico é formado exclusivamente por H , C e O , podemos representá-lo assim:

C x H y O z + O 2 → C O 2 + H 2 O   ( n ã o   b a l a n c e a d a )

Passo 2

Como foi dada a massa de C O 2 e H 2 O formados, e podemos descobrir a massa de O 2 consumida (por diferença entre a massa de produtos e reagentes), assim como a massa molar dessa galera, vamos descobrir o número de mols envolvidos na reação.

M M H 2 O = 2 x 1,0 08 + 1 x 16,0 0 = 18,0 2   g / m o l

M M C O 2 = 1 x 12,0 1 + 2 x 16,0 0 = 44,0 1   g / m o l

M M O 2 = 2 x 16,0 0 = 32,0 0   g / m o l

m H 2 O = 0,1874   g

m C O 2 = 0,6871   g

m O 2 = 0,1874 + 0,6871 ) - ( 0,5000 = 0,3745   g

Assim, a massa dos reagentes é igual a massa dos produtos!

n H 2 O = 0,1874 18,0 2 = 0,01 04   m o l

n C O 2 = 0,6871 44,0 1 = 0,0156   m o l

n O 2 = 0,3745 32,0 0 = 0,0117   m o l

Passo 3

Assim, nossa equação química “semi-balanceada” fica igual a:

C x H y O z + 0,0117   O 2 → 0,0156   C O 2 + 0,0104   H 2 O

Para transformar os coeficientes em números inteiros, vamos fixar o menor coeficiente ( 0,0104 ) como 1. Para isso, usamos um fator de conversão igual a: 1 0,0104 = 96,15 .

Multiplicando esse fator pelos demais coeficientes, chegamos a:

C x H y O z + 1,125   O 2 → 1,500   C O 2 + 1,000   H 2 O

Ainda não estamos com números inteiros.

Para que o 1,125 vira um número inteiro, ele precisa ser multiplicado por 8 . Aplicando o fator 8 a todos os coeficientes, temos:

C x H y O z + 9   O 2 → 12   C O 2 + 8   H 2 O

Passo 4

Vamos fazer o balanceamento elemento por elemento.

Como temos 12 carbonos do lado direito da equação, precisamos ter 12 carbonos no lado esquerdo, e ele só pode vir do ácido cítrico.

C 1 2 H y O z + 9   O 2 → 12   C O 2 + 8   H 2 O

Contando os hidrogênios e os oxigênios:

C 1 2 H 1 6 O 1 4 + 9   O 2 → 1 2   C O 2 + 8   H 2 O

Mas perceba que estamos considerando um único mol de ácido cítrico contendo todos esses átomos. Talvez ao invés de C 12 H 16 O 14 , tenhamos 2 C 6 H 8 O 7 .

Portanto, dividindo os índices por dois, chegamos a fórmula mínima do ácido cítrico:   C 6 H 8 O 7 .

Passo 5

Agora vamos calcular a massa molar da fórmula mínima:

M M m í n i m a = 6 x M M C + 8 x M M H + ( 7 x M M O )

M M m í n i m a = 6 x 12,01 + 8 x 1,008 + 7 x 16,00 = 192,1   g / m o l

Como a massa molar do ácido cítrico foi fornecida como 192 g/mol, concluímos que a fórmula mínima é, na verdade, a fórmula molecular!

Resposta

C 6 H 8 O 7

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