QUESTÃO. O fosfato de cálcio,
, é um sólido branco e cristalino usado na agricultura como fertilizante. Ele pode ser obtido pela reação de neutralização entre ácido fosfórico e hidróxido de cálcio, conforme a equação não balanceada fornecida a seguir:
Com base nessa reação, responda aos itens abaixo. Dados:
.
a) Qual é a massa de fosfato de cálcio formada quando 420 gramas de ácido fosfórico concentrado (
puro) reagem com uma quantidade suficiente de hidróxido de cálcio, considerando que o rendimento da reação é de
? Mostre os cálculos.
a) Qual é a massa de fosfato de cálcio formada quando 420 gramas de ácido fosfórico concentrado (
Passo 1
O que o problema pede: calcular a massa de fosfato de cálcio formada quando
de ácido fosfórico concentrado (
puro) reagem com quantidade suficiente de
, sabendo que o rendimento da reação é
. Entregue final em gramas.
Informações fornecidas no enunciado:
- massa do ácido fosfórico comercial:
; - pureza do ácido fosfórico:
(ou seja, apenas da massa é realmente ); - reagente
em excesso (logo não é limitante); - rendimento da reação:
; - fórmulas químicas: ácido fosfórico
e fosfato de cálcio (nomeado como no enunciado inicial); - massas atômicas dadas:
, , , .
Observação (apenas informação): a equação fornecida estava não balanceada; no próximo passo vamos balanceá-la.
Passo 2
Balanceamento da reação (explicação passo a passo): queremos uma equação em que o número de átomos de cada elemento seja igual nos dois lados. A reação ácido/base típica é:
Balanceando por tentativa: para formar
precisamos de
átomos de
e
de
. Colocamos coeficientes que satisfaçam isso:
- usar
mol de dá P. - usar
mol de dá Ca.
Verifica-se o hidrogênio:mol de têm H e mol de têm H, total H à esquerda; à direita, mol de têm H. Oxigênios também conferem. Portanto a equação balanceada é:
Passo 3
Conceito: massa molar (massa molecular) — é a massa de 1 mol de uma substância, obtida somando as massas atômicas dos átomos que a compõem. Usamos as massas atômicas dadas.
Cálculo da massa molar de
:
cada molécula tem H,
P e
O. Logo
cada molécula tem
Substituindo os valores:
Cálculo da massa molar de
:
cada fórmula tem Ca,
P e
O (porque
oxigênios nos dois grupamentos
). Então
cada fórmula tem
Substituindo:
Passo 4
Conceito: pureza (%) — se uma amostra tem
de
, então apenas
da massa total é ácido puro; o resto são impurezas/solventes.
Cálculo da massa de
pura disponível:
Passo 5
Conceito: converter massa em mols usando massa molar:
, onde
é número de mols,
massa em gramas e
massa molar em
.
Número de mols de
disponíveis:
Passo 6
Conceito: estequiometria — os coeficientes da equação balanceada nos dizem as proporções molares entre reagentes e produtos. Da equação balanceada:
Ou seja,
mol de
produzem
mol de
.
Cálculo do número de mols teóricos de
que podem ser formados a partir de
de
:
Passo 7
Conceito: massa teórica = número de mols teórico vezes massa molar do produto.
Cálculo da massa teórica de
:
Passo 8
Conceito: rendimento percentual — se a reação rende apenas
, a massa realmente obtida é
da massa teórica:
Aplicando o rendimento
:
Observação sobre arredondamento: podemos apresentar
ou, se preferir arredondar para 3 algarismos significativos,
. Mantemos
como resultado calculado.