ESTEQUIOMETRIA ENVOLVENDO REACÇÕES SUCESSIVAS OU CONSECUTIVAS

ESTEQUIOMETRIA ENVOLVENDO REACÇÕES SUCESSIVAS OU CONSECUTIVAS

Na indústria química é prática comum a obtenção de substâncias por meio de processos químicos que ocorrem em várias etapas. Assim, as reacções químicas que ocorrem em mais de uma etapa são designadas de reacções sucessivas ou consecutivas.

Estas reacções são assim chamadas pois os processos que ocorrem são consecutivos, ou seja, um processo tem lugar depois do processo anterior ter ocorrido. Os processos sucessivos têm como principal consequência a existência nas diferentes etapas de substâncias em comum, isto porque para que o processo seguinte ocorra é necessário ter ocorrido um processo anterior de tal forma que o (s) produto (s) formado (s) na etapa anterior reage (m) na etapa seguinte e assim sucessivamente.

Um exemplo típico de reacções sucessivas é o processo industrial de obtenção do ácido sulfúrico (Método de Contacto) que envolve os seguintes processos:

1^a etapa: S + O₂ → SO₂

2^a etapa: 2SO₂ + O₂ →  2SO₃

3^a etapa: SO₃ + H₂O →  H₂SO₄

Como se vê, para a obtenção do ácido sulfúrico (H₂SO₄) partiu-se do enxofre e oxigénio gerando-se o dióxido de enxofre (SO₂) e esta foi a primeira etapa. Neste caso percebe-se claramente que a etapa seguinte tem lugar depois de ter ocorrido a etapa anterior, portanto, na segunda etapa o SO₂ produzido na etapa anterior reage com o oxigénio produzindo-se o SO₃ e só depois do SO₃ ter sido formado é que este (SO₃) reage com a água (H₂O) gerando o ácido sulfúrico o que acontece na terceira etapa.

Assim, cálculos estequiométricos envolvendo este tipo de reacções tem-se mostrado um pouco trabalhosos por uma razão simples: Se se pretende saber a quantidade de H₂SO₄ que será produzida a partir de certa quantidade de enxofre (S) deve-se determinar primeiramente a quantidade de SO₂ que se forma na primeira etapa e com base na quantidade de SO₂ formada na etapa anterior deve-se determinar a quantidade de SO₃ e finalmente, partindo-se da quantidade de SO₃ produzida na etapa anterior determina-se a quantidade de H₂SO₄. Portanto, temos mais ou menos o seguinte esquema:

Deste modo, este processo mostra-se complicado, entretanto, existe uma maneira bem simples de contornar todo este trajecto, que consiste basicamente em obtermos uma equação global do processo com base nas diferentes etapas. A equação global pode ser obtida simplificando-se as fórmulas das substâncias em comum e que encontram-se nos dois membros das equações químicas. Em alguns casos, será necessário multiplicar ou dividir as equações por números convenientes e por fim será necessário efectuar a soma de todas as equações.

Voltemos ao exemplo da obtenção industrial do ácido sulfúrico que ocorre de acordo com as seguintes etapas:

1^a etapa: S + O₂ → SO₂

2^a etapa: 2SO₂ + O₂ →  2SO₃

3^a etapa: SO₃ + H₂O →  H₂SO₄

Nestes processos para pudermos obter a equação global será necessário primeiramente multiplicarmos a primeira equação por 2 de modo a pudermos ter 2 mol de SO₂ tal como na segunda equação (segunda etapa) de modo a facilitarmos a simplificação. Do mesmo modo a equação 3 (terceira etapa) será multiplicada por 2 de forma a termos 2 mol de SO₃ tal como acontece na segunda etapa, assim fica:

 1^a etapa:  2 S + 2 O₂ → 2 SO₂

2^a etapa: 2SO₂ + O₂ →  2SO₃

3^a etapa:  2 SO₃ +  2H₂O →   2H₂SO₄

Assim, a equação global fica:

Deste modo, com base na equação global pode-se calcular a quantidade de H₂SO₄ com muita facilidade.

EXEMPLO

Um dos efeitos da chamada “chuva ácida” causada pelo SO_2(g) lançado na atmosfera é a transformação do mármore, CaCO_3(s), em gesso, CaSO_4(s), que pode ser representado pelas seguintes equações:

2SO_2(g) + O_{2 (g)} →  2 SO_3(g)

SO_3(g) + H₂O_(l) → H₂SO_4(aq)

H₂SO_4(aq) + CaCO_3(s) → CaSO_4(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

A quantidade de gesso que pode ser formada, no máximo, pela reacção de 44,8 litros de SO₂ (g) lançado na atmosfera, nas CNPT, é:

a) 34 g

b) 68 g        

c) 136 g           

d) 272 g           

e) 340 g

RESOLUÇÃO 1

1^o passo: Escrever as equações das reacções e acertar:

1^a etapa: 2SO_2(g) + O_{2 (g)} →  2 SO_3(g)

2^a etapa: SO_3(g) + H₂O_(l) → H₂SO_4(aq)

3^a etapa: H₂SO_4(aq) + CaCO_3(s) → CaSO_4(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

Para continuarmos com a resolução deste problema o que faremos será determinar a quantidade de SO₃ que forma na primeira etapa e a partir da quantidade de SO₃ obtida na etapa anterior vamos determinar a quantidade de H₂SO₄ na segunda etapa e por fim com base na quantidade de H₂SO₄ formada na segunda etapa vamos determinar a quantidade de CaSO₄:

1^a etapa:

2SO_2(g)      +    O_{2 (g)} →   2 SO_3(g)

2 mol              1 mol       2 mol

2 ∙ 22,4 L ____________ 2 ∙ 80 g

44,8 L _______________ x       ⇒     x = 160 g SO₃

2^a etapa:

SO_3(g)   +   H₂O_(l) →   H₂SO_4(aq)

1 mol       1 mol         1 mol

80 g ______________ 98 g

160 g ______________ y     ⇒   y = 196 g H₂SO₄

3^a etapa:

H₂SO_4(aq) + CaCO_3(s) → CaSO_4(s) + H₂O_(l) + CO_2(g)

1 mol          1 mol          1 mol        1 mol     1 mol

98 g _______________ 136 g

196 g ________________ z    ⇒   z = 272 g

 

RESOLUÇÃO 2

Vamos escrever a equação global:

Vamos efectuar os cálculos:

2SO_2(g) +    O_2(g)    +  2CaCO_3(s) →  2CaSO_4(s) +  2CO_2(g)

2 mol           1 mol       2 mol              2 mol            2 mol

2 ∙ 22,4 L ___________________ 2 ∙ 136 g

44,8 L _______________________ x    ⇒   x = 272 g

Resposta: d

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