No laboratório, um grupo de estudantes adicionou ao tubo
de ácido butanoico e ao tubo
de ácido fórmico (ácido metanoico). Em seguida, adicionaram em cada tubo
de etanol e aqueceram as misturas a
.
a) Escreva a equação química balanceada da reação que ocorre em cada tubo e dê o nome dos ésteres formados.
b) Com os dados a seguir, indique através de cálculos qual é o reagente limitante na reação de cada tubo. Dados: ácido butanoico (
), ácido fórmico (
), etanol (
). c) O grupo percebeu que, mesmo após um longo tempo de aquecimento, a formação de éster nos tubos foi muito baixa comparada aos demais grupos da prática. Identifique o erro cometido pelo grupo.
a) Escreva a equação química balanceada da reação que ocorre em cada tubo e dê o nome dos ésteres formados.
b) Com os dados a seguir, indique através de cálculos qual é o reagente limitante na reação de cada tubo. Dados: ácido butanoico (
Passo 1
Ok, vamos dar uma olhada no que o exercício está pedindo. Temos uma reação de esterificação acontecendo nos tubos A e B. Vamos precisar entender como funcionam as reações de esterificação, balancear as equações químicas, calcular reagentes limitantes usando as massas e volumes fornecidos, e finalmente, identificar qual pode ter sido o erro que fez a formação de ésteres ser baixa. Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de reação química, estequiometria e entender um pouco sobre como as reações de esterificação acontecem.
Passo 2
Primeiro, vamos escrever as equações químicas balanceadas para as reações que ocorrem em cada tubo e nomear os ésteres formados.
A esterificação é uma reação entre um ácido carboxílico e um álcool para formar um éster e água. A reação geral é:
No tubo A:
O ácido butanoico reage com o etanol.
O éster formado é o butanoato de etila.
No tubo B:
O ácido fórmico reage com o etanol.
O éster formado é o formiato de etila.
Passo 3
Agora, vamos descobrir qual é o reagente limitante em cada reação. Para isso, precisamos converter os volumes fornecidos em mols usando as densidades e massas molares dadas.
Para o tubo A:
-
Ácido butanoico:
- Volume: 5,0 mL
- Densidade: 0,96 g/cm³
- Massa = 5,0 mL × 0,96 g/mL = 4,8 g
- Massa molar: 88,11 g/mol
- Mols = 4,8 g / 88,11 g/mol ≈ 0,0544 mol
-
Ethanol:
- Volume: 4,0 mL
- Densidade: 0,79 g/cm³
- Massa = 4,0 mL × 0,79 g/mL = 3,16 g
- Massa molar: 46,07 g/mol
- Mols = 3,16 g / 46,07 g/mol ≈ 0,0687 mol
A reação balanceada é 1:1, então com 0,0544 mol de ácido e 0,0687 mol de etanol, o ácido butanoico é o reagente limitante.
Para o tubo B:
-
Ácido fórmico:
- Volume: 3,0 mL
- Densidade: 1,22 g/cm³
- Massa = 3,0 mL × 1,22 g/mL = 3,66 g
- Massa molar: 46,03 g/mol
- Mols = 3,66 g / 46,03 g/mol ≈ 0,0795 mol
-
Ethanol:
- Volume: 4,0 mL
- Densidade: 0,79 g/cm³
- Massa = 4,0 mL × 0,79 g/mL = 3,16 g
- Massa molar: 46,07 g/mol
- Mols = 3,16 g / 46,07 g/mol ≈ 0,0687 mol
A reação também é 1:1, então com 0,0795 mol de ácido e 0,0687 mol de etanol, o etanol é o reagente limitante.
Passo 4
Agora, vamos tentar entender por que a formação de ésteres foi baixa. Um possível erro pode ter sido relacionado às condições da reação. A esterificação é uma reação de equilíbrio que geralmente requer um catalisador ácido para acelerar a reação e deslocar o equilíbrio para a formação dos ésteres. Se o grupo não adicionou um catalisador ácido, a reação pode não ter ocorrido eficientemente. Além disso, a remoção da água formada também pode ajudar a aumentar o rendimento do éster, pois isso também desloca o equilíbrio para os produtos. Se essas etapas não foram seguidas, é provável que a formação de éster tenha sido baixa.
Resposta
a) As equações químicas balanceadas são:
-
Tubo A:
Éster formado: Butanoato de etila. -
Tubo B:
Éster formado: Formiato de etila.
b) Reagente limitante:
- Tubo A: Ácido butanoico.
- Tubo B: Etanol.
c) O erro cometido pelo grupo provavelmente foi a ausência de um catalisador ácido ou a não remoção da água formada durante a reação, impedindo o deslocamento do equilíbrio para a formação dos ésteres e resultando em baixo rendimento.