PRÉ-QUÍMICO
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REAGENTE LIMITANTE E REAGENTE EM EXCESSO
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Introdução
Ainda no âmbito da estequiometria, hoje falaremos acerca do reagente limitante e do reagente em excesso, que aliás é um dos assuntos que muitos acham difícil dentro da estequiometria. Portanto explicarei neste artigo o que é um reagente limitante e o que é um reagente em excesso e mostrarei como descobrir se um reagente é limitante ou se é um reagente em excesso.
Definições
Reagente limitante – é aquele que se esgota primeiro numa reacção, fazendo com que a reacção pare (termine), limitando assim a quantidade do produto formado .
Reagente em excesso – é aquele que não é totalmente consumido na reacção, restando parte dele no fim da reacção, ou seja, quando a reacção pára .
Como descobrir se um reagente é limitante ou se é um reagente em excesso?
Geralmente exercícios que envolvem reagentes limitante e em excesso dão duas massas dos reagentes (uma para cada reagente), para que se calcule a massa de um produto. Este facto por si só já é um forte indício de que há um reagente limitante e há um reagente em excesso.
O mais importante é descobrir que reagente está em excesso e qual é o reagente limitante. E para explicar isso, tomarei co mo exemplo o seguinte exercício:
O ferro e o enxofre reagem formando o sulfureto de ferro (II) numa proporção de massa 7:4 . Tendo 28 gramas de ferro e 32g de enxofre . Haverá uma substância em excesso?
Resolução
O objectivo aqui é verificarmos se há ou não um reagente em excesso. Portanto, o primeiro passo é escrevermos a equação da reacção:
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
A seguir vamos colocar os dados fornecidos pelo exercício:
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
28g 32g
Tendo estes dados já organizados, estamos sim em condições de efectuarmos os nossos cálculos e descobrir que substância está em excesso.
Primeiro vamos verificar se o reagente, Fe , est á ou não em excesso . Mas para isso vamos supor que a massa do enxofre ( S ) dada (32g) não conhecemos . Portanto, no lugar do 32 vamos colocar uma incógnita, neste caso o “X” :
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
28g 32g
Agora é só efe ctuar o cálculo usando a regra de três simples:
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
28g X
X = 16g
Como podem ver obtivemos como massa 16g . Isso significa que 28g de Fe precisam na verdade de 16g de enxofre ( S ) para reagirem completamente. Mas nós temos 32g de S (enxofre) , o que quer dizer que temos uma massa de enxofre ( S ) maior que a massa necessária , porque 28g de Fe (ferro) só precisam de 16g de S para reagirem completamente. Este facto indica-nos que o enxofre (S) é a substância (reagente) em excesso . E o ferr o (Fe) é o reagente limitante .
Isto por um lado diz-nos o seguinte:
- Logo que reagirem 28g de ferro somente 16g de Enxofre (S) terão sido consumidos. E a reacção vai parar. Portanto, o Ferro (F e) limita a quantidade de produto pois se esgota (acaba) primeiro e põe fim a reacção. Por isso o Ferro é o reagente limitante.
- Após reagirem 28g de Ferro com 16g de S , vão restar ainda 16g de enxofre, pois 32 – 16 = 16g.
- Como o ferro terá reagido completamente então a reacção é obrigada a parar.
Mas podemos provar que o enxofre é sim um reagente excesso fazendo outro cálculo usando os 32g de enxofre. E o procedimento que usamos no caso do ferro é o mesmo que usaremos para o enxofre , primeiro vamos supor que não temos a massa do ferro, logo no lugar do 28 colocaremos uma incógnita neste caso o “y” :
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
28g 32g
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
Y 32g
Resolvendo pela regra de três simples:
7 4
Fe (s) + S (s) → FeS (s)
Y 32g
Y = 56g
Como viu obtivemos como massa 56g . Isto significa que 32g de Enxofre (S) para reagirem completamente precisam de 56g de Ferro (Fe), mas acontece que nós só temos apenas 28g de Fe, o que quer dizer que é impossível levar a cabo esta reacção . Logo ,podemos concluir que o Enxofre (S) é o reagente (substância) em excesso , porque a massa de ferro disponível é inferior que a massa que o enxofre precisa para reagir completamente .
Resposta: Sim há uma substância em excesso, que é o enxofre (S).
EXERCÍC I O RESOLVIDO
Termita é uma mistura de alumínio e óxido de ferro (Fe 2 O 3). Quando aquecida a uma temperatura suficientemente alta, reage para formar ferro fundido (líquido) e óxido de alumínio (Al 2 O 3 ) . Se uma mistura de 10g de Al e 50g de Fe2O3 de reagem , quantos gramas de ferro são produzidos? (Massas atómicas: Fe = 55, 8u.; Al = 27,0u. ; O = 16,0u. )
Resolução
Este exercício está enquadrado dentro da estequiometria que envolve reagente limitante e reagente em excesso.
O primeiro passo é escrevermos a equação da reacção e acertá-la:
Fe 2O3 + 2Al → Al 2O3 + 2Fe(l)
Agora vamos organizar os dados fornecidos pelo exercício:
Dados:
10g de Al ;
50g de Fe 2 O 3
Como podemos ver, o exercício fornece-nos dois (2) dados de reagentes (10g de Al e 50g de Fe 2 O 3 ) para calcular a massa do produto ( Fe ) , este facto de termos dois dados de reagen tes para calcularmos a massa do produto ou produtos (em outros casos) , por si só já é um indício de que há aqui um reagente limitante e um reagente em excesso .
Lembrando que nos cálculos da massa do produto ou produtos usamos sempre os dados do reagente limitante e não devemos nunca usar os dados do reagente em excesso .
Voltemos à nossa equação da reacção:
Fe 2 O3 + 2Al → Al 2O3 + 2Fe(l)
Vamos a seguir colocar os dados fornecidos pelo exercício por baixo de cada substância:
Fe 2 O3 + 2Al → Al 2O3 + 2Fe(l)
50g 10g
Agora temos que calcular as massas molares dos dois reagentes usando as massas atómicas j á fornecidas no exercício:
Massa molar do Fe 2 O 3
M(Fe 2 O 3 ) = 2 x Ar( Fe ) + 3 x Ar(O)
M(Fe 2 O 3 ) = 2 x 55,8 + 3 x 16
M(Fe 2 O 3 ) = 111,6 + 48
M(Fe 2 O 3 ) = 159,6g/ mol
Massa molar Al
M( Al ) = Ar( Al )
M( Al ) = 27g/ mol
Conforme vemos na equação temos duas moles de átomos de Alumínio (2Al), logo a sua massa vai ver multiplicada por 2: Assim: 2 x 27 = 54g.
Coloquemos então estes dados na nossa equação:
159,6g 54g
Fe 2 O3 + 2Al → Al 2O3 + 2Fe(l)
50g 10g
Agora sim já estamos em condições de identificar qual é o reagente limitante e qual é o reagente em excesso.
Primeiro vamos verificar se o óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) é o reagente limit ante ou é o reagente em excesso, para isso, vamos supor q ue não conhecemos o valor da massa doAlumínio ( Al ) , logo, no lugar de 10g vamos colocar uma incógnita, n este caso o X:
159, 6g 54g
Fe 2O 3+ 2Al → Al2O3+ 2 Fe (l)
50g X
Resolver pela regra de três de simples:
X = 16,91g
Como podemos ver obtivemos 16,9g . Isto significa que :
- 50g de Fe 2 O 3 para reagirem completamente precisam de16,91g de Alumínio ( Al ) , porém nós só temos 10g de Alumínio disponíveis. Logo o Óxido de ferro (Fe 2 O 3 ) é o reagente em excesso , isto porque para reagir completamente o Fe 2 O 3 precisa de uma massa de Alumínio superior que a massa que nó s temos que são 10g.Portanto, assim sendo, é imposs í vel ocorrer esta reacção.
Se o Fe 2 O 3 ( óxido de ferro) é o reagente em excesso , logo o Alumínio é o reagente limitante .
Porém podemos provar por meio de outros cálculos que o Al é o reagente limitante e o Fe 2 O 3 é o reagente em excesso. O procedimento que usamos no caso do Fe 2 O 3(óxido de fer ro) é mesmo que iremos usar para o alumínio, primeiro vamos supor que não conhecemos a massa do Fe2 O 3 dada pelo exercício, então no lugar de 50g vamos colocar uma incógnita, neste caso, o “y” :
159, 6g 54g
Fe2O3 + 2Al → Al 2O3(s) + 2 Fe (l)
50g 10g
Colocando o “Y” n o lugar do 50:
159, 6g 54g
Fe 2O3 + 2Al → Al2O3+ 2 Fe (l)
Y 10g
Y = 29,56g
Como podem ver, obtivemos 29,56g . Isto significa que :
- 10g de Alumínio para reagirem completamente precisam de 29,56g de Fe 2 O 3 (óxido de ferro) . Logo o Alumínio ( Al ) é o reagente limitante , porque só precisa de 29,56g de Fe 2 O 3enquanto temos mais que isso. E fica claramente evidente que o Fe 2 O 3 é de facto o reagente em excesso.
Uma vez que já identificamos qual é o reagente limitante e qual é o reagente em excesso, podemos sim calcular a massa do alumínio formada.
- Lembrando mais uma vez, só usamos os dados do reagente limitante, neste caso só vamos usar os dados do Alumínio porque é o nosso reagente limitante, e não os dados do Fe 2 O 3 porque é o reagente em excesso:
Voltemos à nossa equação da reacção:
54g
Fe 2 O3 + 2Al → Al 2O3 + 2Fe(l)
10g
Agora vamos calcular a massa molar do ferro:
M( Fe ) = Ar( Fe )
M( Fe ) = 55,8g/ mol
Uma vez que temos 2 mol de átomos de ferro, então a sua massa molar vai ser multiplicada por 2: Assim:
2 x 55,8 = 111,6g.
54g ______________ 111,6g
Fe2O3+ 2Al → Al2O3 + 2Fe (l)
10g ________________ M
M = 20,67g
Resposta: São produzidos 20,67g de ferro.
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EXERCÍCIOS PARA RESOLVER
1 . ( UEM – 2016: Q.6 ) O metanol (CH3OH) é um combustível limpo para o ambiente. Pode ser obtido pela reacção directa de monóxido de carbono (CO) e hidrogénio (H2). Partindo de 12.0 g de hidrogénio e 74.5 g de monóxido quantos gramas de metanol podem ser obtidos? (massas atómicas (g/mole): H – 1.01; C - 12.01; O - 16.00)
A 85 ,25 gramas
B 0 ,16 gramas
C 0 ,14 gramas
D 32 ,05 gramas
E 95 ,20 gramas
2 . ( UEM-2016: Q.8 ) Faz-se reagir 45 g de hidróxido de sódio com igual massa de ácido sulfúrico. Quer se saber qual é a massa de sulfato de sódio obtida? ( Massasatómicas (g/mole): S – 32.07; H – 1.01; Na – 22.99; O – 16.00)
A 45.0 gramas C 0,82 gramas E 32,59 gramas
B 65,17 gramas D 142,05 gramas
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Autoria : O PRÉ-QUÍMICO
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