O hidróxido de sódio, NaOH , é o álcali mais importante empregado na indústria. É fabricado em grande escala pela eletrólise de uma solução aquosa de cloreto de sódio, NaCl , conhecida também como salmoura, numa célula de diafragma ou de cátodo de mercúrio. O NaOH é também conhecido como soda cáustica devido às suas propriedades corrosivas, por exemplo, sobre o vidro ou a pele. Em um laboratório, foi utilizado o NaOH para realizar uma titulação a fim de se conhecer a concentração do ácido sulfúrico,
. A reação está representada abaixo:
a) Calcule a concentração em quantidade de matéria,
, do
considerando uma amostra de
neutralizada com
de solução de
.
Em outro experimento foram colocados para reagir
de NaOH com
de uma solução aquosa de
em massa e densidade igual a
.
b) Calcule a quantidade de matéria, em mol , de todas as espécies após o término da reação, considerando
de rendimento.
c) Calcule a massa, em g, de
que será formada.
d) Calcule o rendimento percentual caso fossem obtidos
de
e comente sobre este rendimento.
b) Calcule a quantidade de matéria, em mol , de todas as espécies após o término da reação, considerando
c) Calcule a massa, em g, de
d) Calcule o rendimento percentual caso fossem obtidos
Passo 1
O enunciado dá a reação entre hidróxido de sódio e ácido sulfúrico e pede várias coisas. Vou listar claramente o que foi dado e o que precisa ser calculado.
Dados e o que se pede:
- Reação (a equilibrar):
. - Parte (a): uma amostra de
de foi titulada com de solução de de concentração . Pedem a concentração molar (em ) do . - Parte (b), (c) e (d): em outro experimento reagiram
de NaOH com de solução aquosa de , sendo a solução em massa e densidade . Pedem:
(b) quantidade de matéria (mol) de todas as espécies após o término da reação (assumirde rendimento para a este cálculo estequiométrico);
(c) massa deformada (em g) teoricamente;
(d) rendimento percentual se foram realmente obtidosde e comentário sobre esse rendimento.
Observações iniciais que usarei depois:
- Primeiro passo útil: balancear a equação química corretamente.
- Explicarei passo a passo conceitos necessários (molaridade, mol, massa molar, reagente limitante, rendimento).
Passo 2
Balanceamento e conceitos básicos (aulas rápidas antes de calcular).
- Balancear a reação. A equação dada não estava com coeficientes explícitos; balanceando:
Isso significa que
mol de
reagem com
mol de
.
- Molaridade e relação mol/volume:
- Definição: a molaridade (concentração em quantidade de matéria)
é dada por
onde
é a quantidade de matéria em mol e
é o volume em litros. Daí
.
- Para converter volumes em mL para L: dividir por
. Ex.: .
- Reagente limitante:
- Para uma reação balanceada, as quantidades molares reagem conforme os coeficientes estequiométricos. O reagente que se esgota primeiro é o reagente limitante; o outro fica em excesso. Determinar o limitante é necessário para saber quantos mols de produtos se formam.
- Conversão massa ↔ mol:
- Quantidade de matéria
em mol a partir da massa em g usa a massa molar em :
Agora aplico esses conceitos aos dados.
Passo 3
Resolução da parte (a) — titulação: achar a concentração do
.
- Calcular a quantidade de matéria de
usada na titulação:
Faço a multiplicação:
- Usar a estequiometria para achar
de . Da equação balanceada, mol de reagem com mol de . Portanto:
- Calcular a concentração do
na amostra: o volume da amostra é , então
- Arredondamento: considerando os dados (concentração
com 3 algarismos significativos e volumes com 4 algarismos), um resultado com três algarismos significativos é adequado:
Passo 4
Preparação para a parte (b): dados numéricos e cálculos iniciais do segundo experimento.
- Massa e mols de
utilizados:
- Massa dada:
. - Massa molar de
: (valor padrão: arredondado). - Quantidade de matéria:
Podemos usar
.
- Massa e mols de
na solução:
- Volume da solução:
. - Densidade
→ massa da solução:
- A solução é
em massa de , logo massa de :
- Massa molar de
: . - Quantidade de matéria:
Podemos usar
.
Passo 5
Determinar o reagente limitante e as quantidades estequiométricas (parte b).
- Relembrando a estequiometria:
produtos. Para consumir todo o de seria preciso:
Como
, há
em excesso e o
é o reagente limitante.
- Quantidades após a reação (assumindo reação completa do limitante):
-
consumido totalmente → quantidade final:
-
formado: a cada mol de forma-se mol de , então
-
formado: a cada mol de formam-se mol de , logo
-
restante (excesso): diminui na proporção estequiométrica (2 mol NaOH consumidos por 1 mol H2SO4):
Resumo numérico (antes do arredondamento final):
-
. -
. -
. -
.
Passo 6
Parte (c) — calcular a massa teórica de
formada.
-
Massa molar de
: (soma das massas atômicas: ). -
Massa formada teoricamente:
Arredondando de forma razoável (três algarismos significativos):
.
Passo 7
Parte (d) — rendimento percentual e comentário.
- Rendimento percentual: é a razão entre a massa experimental obtida e a massa teórica possibilitada pelos cálculos estequiométricos, multiplicada por
:
Substituindo
e
:
Arredondando para três algarismos significativos:
.
- Comentário breve e prático sobre esse rendimento:
- Um rendimento de cerca de
indica perda considerável em relação ao rendimento teórico . Possíveis causas práticas: perdas durante a manipulação (transferências, filtração, secagem), impurezas no reagente, formação de subprodutos, ou erro experimental na pesagem ou purificação. Em sínteses e precipitações laboratoriais, rendimentos entre e não são incomuns; é moderado — aceitável dependendo do procedimento, mas sugere que há espaço para melhorar a técnica ou recuperação do produto.
Resposta
(a)
(b)
(restante),
(consumido),
,
(c)
(d)
. Comentário: rendimento moderado — indica perdas experimentais ou perda de produto durante a manipulação; aceitável em muitos procedimentos, mas há espaço para otimização.