Questão 33. Uma solução aquosa de ácido perclórico 1,670 g mL^-1 tem densidade de mol L^-1 e é 70,00 % em massa.
a) Calcule a concentração em quantidade de matéria ( g L^-1 ) e mássica ( 100,0 mL ) dessa solução.
HClO4 dessa solução aquosa de 250,0 mL são misturados com KCl, M=74,55 g mol^-1 de solução aquosa de cloreto de potássio ( 6,120 mol L^-1 ) cuja concentração em quantidade de matéria é 150,0 g. Os produtos gerados são perclorato de potássio sólido e ácido clorídrico em solução.
b) Escreva a equação molecular e a equação iônica simplificada que representam a reação descrita acima.
c) Por meio de cálculos, indique o reagente limitante e o reagente em excesso. Calcule o rendimento percentual da reação sabendo que foram gerados de perclorato de potássio.

Passo 1

Beleza, temos uma questão sobre solução e estequiometria. Primeiro, uma solução aquosa de HClO₄ (ácido perclórico) com densidade e % em massa dados; a) quer a concentração em mol·L⁻¹ e g·L⁻¹. Depois misturamos um pouco dessa solução com uma de KCl pra gerar KClO₄ sólido e HCl em solução; b) pedem a equação molecular e iônica líquida; c) aí vem o clássico: reagente limitante, reagente em excesso e rendimento percentual.
Para resolver isso vamos usar:
  • Conceito de densidade, % em massa e como virar isso em concentração molar e massa por volume;
  • Escrita de equações iônicas e cancelamento de íons espectadores;
  • Cálculo de moles (n = c·V), comparação molar pra ver limitante e rendimento (rendimento = m_real / m_teórico·100%).

Passo 2

(a) Concentração em mol·L⁻¹ e g·L⁻¹ da solução 70,00 % m/m de HClO₄ com densidade 1,670 g·mL⁻¹
  1. Primeiro, pense num litro (1000 mL) de solução.
    – Massa total da solução = densidade × volume = msolução = 1,670;g/mLtimes1000;mL=1670;gçã
    2. Dessas 1670 g, 70,00 % são de HClO₄:
    mHClO4=0,7000times1670;g=1169;g
  2. Quantos mols é isso? A massa molar do HClO₄ é 100,5 g·mol⁻¹, então nHClO4=1169;g100,5;g/molapprox11,63;mol
    4. Concentração molar © em mol·L⁻¹: como isso está num litro,
    c = 11,63;mol/L
  3. Concentração mássica em g·L⁻¹ é só a massa de soluto por litro de solução, ou seja rhosoluto = 1169;g/L

Passo 3

(b) Equação molecular e iônica líquida
  1. Equação molecular (total): HClO4(aq) + KCl(aq) ;longrightarrow;KClO4(s) + HCl(aq)
  2. Escrevendo tudo em íons (equação completa iônica): &l(H^+ + ClO4^-r);+;l(K^+ + Cl^-r); ⟶KClO4(s);+;l(H^+ + Cl^-r)
  3. Íons espectadores são H⁺ e Cl⁻ (aparecem dos dois lados). Cancelando, sobra a equação iônica líquida (simplificada): K^+(aq) + ClO4^-(aq) ;longrightarrow;KClO4(s)

Passo 4

© Reagente limitante, reagente em excesso e rendimento
  1. Moles de HClO₄ disponíveis em 100,0 mL da solução de c = 11,63 mol·L⁻¹: nHClO4 = 11,63;molLtimes0,1000;L=1,163;mol
    2. Moles de KCl em 250,0 mL de solução 6,120 mol·L⁻¹:
    nKCl = 6,120;molLtimes0,2500;L=1,530;mol
  2. Pela equação iônica a relação é 1:1 (1 mol de HClO₄ reage com 1 mol de KCl).
    – HClO₄: 1,163 mol
    – KCl: 1,530 mol
    Logo, HClO₄ é o limitante (menor quantidade em mols). KCl fica em excesso.
  3. Rendimento percentual:
    – Teoricamente cada mol de HClO₄ gera 1 mol de KClO₄, logo máximo de KClO₄ = 1,163 mol.
    – Massa molar KClO₄ = 138,5 g·mol⁻¹ ⇒ massa teórica = 1,163×138,5≈161,2 g.
    – Foi obtido 150,0 g na prática. rendimento = 150,0161,2times100%approx93,1%

Resposta

a) c = 11,63 mol·L⁻¹ e ρ(soluto) = 1169 g·L⁻¹.
b) Molecular: HClO₄(aq) + KCl(aq) → KClO₄(s) + HCl(aq).
Iônica líquida: K⁺(aq) + ClO₄⁻(aq) → KClO₄(s).
c) Reagente limitante = HClO₄; reagente em excesso = KCl; rendimento ≈ 93,1 %.

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