Aula 06 - Material de apoio - balanceamento de equações químicas - PNLD 2018 (3 Páginas)

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Balanceamento de equações químicas

o que significa balancear uma equação química? Por que é importante aprender a fazer isso? sabemos que as reações químicas são rearranjos de átomos; quando os reagentes se transformam em produtos, as substâncias mudam, mas os átomos dos elementos químicos que estavam nos reagentes permanecem os mesmos – em tipo e quantidade – nos produtos. Balancear uma equação química é tornar essa igualdade verdadeira. todos os processos químicos – obtenção de matéria-prima, fabricação de produtos, análise de emissão de poluentes – levam em conta o cálculo de reagentes necessários e de produtos obtidos e, portanto, dependem do balanceamento da equação química envolvida. E então? Vamos aprender a balancear equações químicas? Vamos começar utilizando o modelo atômico de Dalton para ilustrar como uma reação química deve ocorrer. Considere, por exemplo, a reação de combustão do gás metano: 1 CH4(g)

1

2 o2(g)

*(

1 Co2(g)

1

Notações utilizadas para indicar o estado de agregação das substâncias participantes de uma reação química: (s) *( sólido (,) *( líquido (g) *( gasoso (v) *( vapor (aq) *( aquoso (ppe) *( precipitado

2 H2o(v) As ilustrações estão fora de escala. Cores fantasia.

observe, por exemplo, que os mesmos átomos de hidrogênio que formavam a molécula de metano junto ao carbono, antes da queima, passaram a formar as moléculas de água com o oxigênio, depois da queima. A água e o gás carbônico possuem propriedades totalmente diferentes das do metano e do oxigênio, portanto houve transformação química, mas os átomos de cada elemento permaneceram inalterados durante esse processo de transformação, o que está de acordo com a lei de conservação das massas de Lavoisier. Com base nessa lei, podemos calcular teoricamente a proporção (por exemplo, em número de moléculas) das substâncias que reagem e das que são produzidas em qualquer reação química. os menores números inteiros que indicam essa proporção de reagentes e produtos são chamados coeficientes da reação. Acompanhe os passos que devem ser seguidos para encontrar os coeficientes na reação de combustão do gás butano, C4H10(g), um dos componentes do gás de cozinha, pelo “método das tentativas”. 1

o2(g)

*(

Co2(g)

1

H2o(v) Ilustrações: Banco de imagens/ Arquivo da editora

C4H10(g)

1o passo) Como o número de átomos sempre se conserva dos reagentes para os produtos, percebemos imediatamente que a equação não está balanceada, pois há 4 átomos de carbono nos reagentes e apenas 1 átomo de carbono nos produtos. Notações químicas

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Uma sugestão para iniciar o balanceamento é atribuirmos o coeficiente 1 para a substância que apresenta o maior número de elementos ou o maior número de átomos, no caso, o gás butano. Com base nesse coeficiente, acertamos os das outras substâncias. Para igualarmos o número de átomos de carbono nos reagentes e nos produtos, colocamos o coeficiente 4 para o gás carbônico: 1 C4H10(g) 1 o2(g) *( 4 Co2(g) 1 H2o(v) 2o passo) Fixado o coeficiente 1 para o gás butano, o número de átomos de hidrogênio nos reagentes fica determinado e igual a 10. Concluímos, então, que o coeficiente da água deve ser 5, pois o resultado de 5 vezes 2 (índice do hidrogênio na molécula de água) é 10: 1 C4H10(g) + o2(g) *( 4 Co2(g) + 5 H2o(v)

3o passo) Com esses passos, determinamos o número de átomos de oxigênio que há nos produtos: 4 ? 2 1 5 ? 1 5 13 átomos de oxigênio nos produtos se há 13 átomos de oxigênio nos produtos, é porque havia 13 átomos de oxigênio nos reagentes. Como o índice do gás oxigênio é 2, surge a pergunta: que número, ao ser multiplicado por 2, dá resultado igual a 13? A resposta é 13/2:

1 C4H10(g) 1 13/2 o2(g) *( 4 Co2(g) + 5 H2o(v) 4o passo) Embora os números encontrados tornem verdadeira a igualdade entre as quantidades de átomos nos reagentes e nos produtos, sabemos que os coeficientes são necessariamente os menores números inteiros. Assim, para eliminar a fração, sem alterar a proporção, multiplicamos todos os coeficientes da equação por 2. A equação química corretamente balanceada é: 2 C4H10(g) + 13 o2(g) *( 8 Co2(g) + 10 H2o(v) Dessa forma, cada 2 moléculas de butano reagem com 13 moléculas de oxigênio, produzindo 8 moléculas de gás carbônico e 10 moléculas de água. Essa proporção de reagentes e produtos, que calculamos teoricamente, é a mesma que encontraríamos na prática se fizéssemos essa reação em condições controladas e com medidas precisas. É importante observar que todo esse cálculo foi sustentado pela teoria atômica de Dalton, que está de acordo com as leis ponderais (experimentais) de Lavoisier e Proust, e foi muito facilitado pela notação química (símbolos e fórmulas), introduzida por Berzelius. Com isso, provamos um aspecto importante do conhecimento científico:

A teoria elaborada para explicar um fenômeno deve ser capaz de prever o que ocorrerá em situações diversas das que foram experimentadas.

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Capítulo 5

Exercício resolvido 2 (PUC-MG) Quando se “limpa” o mármore (carbonato de cálcio, CaCo3) com ácido muriático (ácido clorídrico, HC,), observa-se uma “fervura”, que é o desprendimento de gás carbônico, Co2, um dos produtos da reação, juntamente com a água, H2o, e o cloreto de cálcio, CaC,2. Forneça a equação balanceada da reação química descrita acima. Resolução Como todas as fórmulas das substâncias foram fornecidas, fica fácil montar a equação da reação: CaCo3(s) 1 HC,(aq) *( Co2(g) 1 H2o(,) 1 CaC,2(s) Feito isso, precisamos verificar se a quantidade de cada elemento químico é igual nos reagentes e produtos. Facilmente verificamos que falta apenas balancear as quantidades de hidrogênio e de cloro. temos então a equação corretamente balanceada: 1 CaCo3(s) 1 2 HC,(aq) *( 1 Co2(g) 1 1 H2o(,) 1 1 CaC,2(s) atenção! Não escreva no seu livro!

Exercícios 10 toda substância formada pelos elementos químicos carbono e hidrogênio ou carbono, hidrogênio e oxigênio, ao sofrer combustão completa (queima total), produz apenas gás carbônico e água. Encontre os coeficientes que tornam as seguintes equações químicas corretamente balanceadas. a) Combustão do propano: C3H8(g) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) b) Combustão do etanol (álcool etílico): C2H6o(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) c) Combustão do metanol (álcool metílico): CH4o(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) d) Combustão da butanona: C4H8o(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) e) Combustão do gás etano: C2H6(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) f) Combustão do isoctano: C8H18(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) g) Combustão do propanotriol (glicerina): C3H8o3(v) 1 o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) 11 Encontre os coeficientes que tornam as equações químicas relacionadas a seguir corretamente balanceadas. observação: ppt indica precipitado, ou seja, a substância formada é insolúvel no meio em que se encontra e se deposita no fundo do recipiente onde ocorre a reação. a) H2(g) 1 I2(s) *( HI(g) b) so2(g) 1 o2(g) *( so3(g) c) Co(g) 1 o2(g) *( Co2(g) d) Fe(s) 1 o2(g) *( Fe2o3(s) e) Pb(s) 1 HC,(aq) *( PbC,2(ppt) 1 H2(g) f) Hgso4(aq) 1 A,(s) *( A,2(so4)3(aq) 1 Hg(s) g) Fe2o3(s) 1 A,(s) *( A,2o3(s) 1 Fe(s)

12 Indique os coeficientes que tornam balanceadas as equações químicas relacionadas a seguir. a) C5H12(,) + o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) b) C4H8o2(,) + o2(g) *(

Co2(g) 1 H2o(v)

c) C6H6(,) + o2(g) *( Co2(g) 1 H2o(v) d) Mn3o4(s) + A,(s) *( A,2o3(s) 1 Mn(s) e) Ca(oH)2(aq) + H3Po4(aq) *( Ca3(Po4)2(ppt) 1 H2o(,) f) (NH4)2so4(aq) + CaC,2(aq) *( *( Caso4(ppt) 1 NH4C,(aq) g) Mno2(s) 1 HC,(aq) *( *( MnC,2(aq) 1 H2o(,) 1 C,2(g) h) NaoH(aq) 1 Co2(g) *( Na2Co3(aq) 1 H2o(,) i) H2so4(aq) 1 CaCo3(s) *( Caso4(s) 1 H2o(,) 1 Co2(g)

13 (UPM-sP) Mais uma vez, a Cetesb (Agência Ambiental Paulista) registrou uma alta concentração de ozônio na atmosfera neste inverno, o que levou o bairro do Ibirapuera ao estado de atenção. A formação do ozônio na atmosfera da cidade dá-se segundo a reação abaixo equacionada: No2(g) 1 o2(g) *( No(g) 1 o3(g) É incorreto afirmar que: a) a soma dos menores coeficientes inteiros do balanceamento da equação é igual a 4. b) o acúmulo de ozônio na atmosfera provoca dor de cabeça, vermelhidão nos olhos e tontura nas pessoas. X c) o ozônio presente na estratosfera não tem função alguma para a vida na terra. d) o ozônio é usado na descontaminação do ar nos hospitais e velórios. e) o ozônio é alótropo do gás oxigênio. Notações químicas

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