ESTEQUIOMETRIA

UNICAMP
Com a intenção de proteger o motorista e o passageiro de lesões corporais mais graves, em muitos países já é obrigatório, em automóveis, o dispositivo chamado de “air bag” . Em caso de acidente um microprocessador desencadeia uma série de reações químicas que liberam uma certa quantidade de nitrogênio, , que infla rapidamente um balão plástico situado à frente dos ocupantes do automóvel. As reações químicas que ocorrem nesse processo estão representadas pelas seguintes equações:



No caso de acionamento do sistema de segurança descrito, supondo que o volume do saco plástico, quando totalmente inflado, seja de 70 litros e que, inicialmente, houvesse 2,0 moles de e 2,0 moles de :

a) Qual será a pressão do gás (em kPa), dentro do balão, quando este estiver totalmente inflado? Considere a temperatura como sendo 27°C.

b) Supondo-se que o processo envolvesse apenas as reações representadas pelas equações 1 e 2, qual seria a massa total de substâncias sólidas restantes no sistema?

Gabarito:
a)113,83 kPa
b) m=242,6 g

Oi Balanar,

são 2 moles de NaNO3 ou de NaN3?

Pergunto isso porque não tem NaNO3 em nenhuma equação.

Você tem razão Luís, eu digitei errado...

Concertei já

Vamos lá,

A) Nós temos que transformar essas três equações em apenas uma. Pra isso temos que ir cancelando compostos que são iguais nos reagentes de uma equação e nos produtos de outra.
Começando pelas duas primeiras (já multipliquei a 1ª por 5 pra cancelar os Na):

10 NaN3 ===> 10 Na + 15 N2
10 Na + 2 KNO3 ===> 5 Na2O + K2O + N2

Cancelando os Na e somando as 2 equações:

10 NaN3 + 2 KNO3 ===> 5 Na2O + K2O + 16 N2

Acrescentando a 3ª equação:

10 NaN3 + 2 KNO3 ===> 5 Na2O + K2O + 16 N2
K2O + Na2O + SiO2 ===> vidro

Cancelando os K2O e multiplicando a seguir esse última equação por 5 para cancelar os Na2O:

10 NaN3 + 2 KNO3 ===> 5 Na2O + 16 N2
5 Na2O + 5 SiO2 ===> 5 vidro

Cancelando os Na2O e somando as equações:

10 NaN3 + 2 KNO3 + 5 SiO2 ===> 5 vidro + 16 N2

Usando a fórmula n = m / MM para 2 mols de NaN3:

2 = m / 65
m = 130 g de NaN3 que reagiram

Fazendo a relação com o N2:

10*65 g de NaN3 --------- 16*28 g de N2
130 g de NaN3 ------------ X
X = 89,6 g de N2

n = 89,6 / 28
n = 3,2 mols de N2

Usando a equação de Clapeyron: p*V = n*R*T (temperatura em kelvin):

p*70 = 3,2*8,3*300
===> p = 113,83 kPa <===

Dava pra fazer com KNO3 também. Como a estequiometria é de 10 mols de NaN3 para 2 mols de KNO3, deve haver excesso de KNO3:

10 mols de NaN3 ----- 2 mols de KNO3
2 mols de NaN3 ------ X
X = 0,4 mol de KNO3

0,4 = m / 101
m = 40,4 g de KNO3

Fazendo a relação com o N2:

2*101 g de KNO3 -------- 16*28 g de N2
40,4 g de KNO3 ---------- X
X = 89,6 g de N2 (a mesma massa e consequentemente o mesmo número de mol)

B) A minha resposta deu um pouco diferente do gabarito. Não sei se foi algum arredondamento que eu fiz ou se errei em alguma parte.
Vamos pegar a equação simplificada das duas primeiras:

10 NaN3 + 2 KNO3 ===> 5 Na2O + K2O + 16 N2

10*65 g de NaN3 ---------- 5*62 g de Na2O
130 g de NaN3 ------------ Y
Y = 62 g de Na2O

10*65 g de NaN3 ----------- 1*94 g de K2O
130 g de NaN3 ------------- Z
Z = 18,8 g de K2O

Somando as massas dos compostos sólidos (todos com exceção de N2):

130 g de NaN3 + 40,4 g de KNO3 + 62 g de Na2O + 18,8 g de K2O = 251,2 g

Abraço!

Oi Luís,eu entendi assim.........

2NaN3--->2Na+3N2 -------Eq 1
10Na+2KNO3--->5Na2O+K20+N2 -------Eq 2
K2O+Na2O+SiO2--->vidro -------Eq 3

Multiplicando a Eq 1 por 5 e somando com a Eq2 e simplificando vem:

10NaN3+2KNO3--->5Na2O+K2O+16N2 ------Eq 4

Temos 2 moles de NaN3 e 2 moles de KNO3

Então da Eq 4 vem:
n(NaN3)/10 = n(N2)/16 --->Para NaN3=2

n(NaN3)=3,2 mol de N2

Fazendo para o KNO3, vem:
n(KNO3)/2 = n(N2)/16 --->Para KNO3=2

n(KNO3)=16 mol de N2

Como o NaN3 possui menor quantidade de moles de N2 ele é o reagente limitante.

Usando a equação de Clapeyron: p*V = n*R*T (temperatura em kelvin):

p*70 = 3,2*8,3*300
===> p = 113,83 kPa <===

b)
Partindo da equação 4 vem:

10NaN3+2KNO3--->5Na2O+K2O+16N2 ------Eq 4

O NaN3 por ser o reagente limitante foi totalmente consumido na reação restando assim a massa do KNO3 e do produto formado que são:
Na2O e K2O. (N2 é gas).

Então vamos relacionar os 3,2 moles de N2 (o que efetivamente reagiu do N2 com as demais quantidades), logo:

n(KNO3)/2 = n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(KNO3)=0,4 moles de KNO3 -->Ou seja dos 2 moles iniciais de KNO3 apenas 0,4 reagiram, ou seja (2-,0,4)=1,6 moles não reagiram

n(KNO3)=1,6 moles não reagiram
Agora para o Na2O vem:

n(Na2O)/5 = n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(Na2O)=1 mol

Finalmente para o K2O vem:

n( K2O)/1= n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(K2O)=0,2 mol

Juntando temos:

n(KNO3)=1,6 mol
n(Na2O)=1 mol
n(K2O)=0,2 mol

Lembrando que n=m/MM vem:

m=(1,6.101,1+62.1+0,2.94,2)=242,6 g

Esse exercício estava resolvido no livro porém eu não tinha entendido a resolução dele, agora ficou claro.
É isso a letra "b" né Luís?

balanar escreveu:Oi Luís,eu entendi assim.........

2NaN3--->2Na+3N2 -------Eq 1
10Na+2KNO3--->5Na2O+K20+N2 -------Eq 2
K2O+Na2O+SiO2--->vidro -------Eq 3

Multiplicando a Eq 1 por 5 e somando com a Eq2 e simplificando vem:

10NaN3+2KNO3--->5Na2O+K2O+16N2 ------Eq 4

Temos 2 moles de NaN3 e 2 moles de KNO3

Então da Eq 4 vem:
n(NaN3)/10 = n(N2)/16 --->Para NaN3=2

n(NaN3)=3,2 mol de N2

Fazendo para o KNO3, vem:
n(KNO3)/2 = n(N2)/16 --->Para KNO3=2

n(KNO3)=16 mol de N2

Como o NaN3 possui menor quantidade de moles de N2 ele é o reagente limitante.

Usando a equação de Clapeyron: p*V = n*R*T (temperatura em kelvin):

p*70 = 3,2*8,3*300
===> p = 113,83 kPa <===

b)
Partindo da equação 4 vem:

10NaN3+2KNO3--->5Na2O+K2O+16N2 ------Eq 4

O NaN3 por ser o reagente limitante foi totalmente consumido na reação restando assim a massa do KNO3 e do produto formado que são:
Na2O e K2O. (N2 é gas).

Então vamos relacionar os 3,2 moles de N2 (o que efetivamente reagiu do N2 com as demais quantidades), logo:

n(KNO3)/2 = n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(KNO3)=0,4 moles de KNO3 -->Ou seja dos 2 moles iniciais de KNO3 apenas 0,4 reagiram, ou seja (2-,0,4)=1,6 moles não reagiram

n(KNO3)=1,6 moles não reagiram
Agora para o Na2O vem:

n(Na2O)/5 = n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(Na2O)=1 mol

Finalmente para o K2O vem:

n( K2O)/1= n(N2)/16 ---> Para N2=3,2 moles (o que efetivamente reagiu)

n(K2O)=0,2 mol

Juntando temos:

n(KNO3)=1,6 mol
n(Na2O)=1 mol
n(K2O)=0,2 mol

Lembrando que n=m/MM vem:

m=(1,6.101,1+62.1+0,2.94,2)=242,6 g

Esse exercício estava resolvido no livro porém eu não tinha entendido a resolução dele, agora ficou claro.
É isso a letra "b" né Luís?

Corrigindo a parte em vermelho....

O NaN3 gera 3,2 moles de N2
Enquanto que....
O KNO3 gera 16 moles então o NaN3 é o reagente limitante.

Perfeito Balanar!
Ele pede a massa total de substâncias sólidas restantes no sistema.
Como o NaN3 reagiu completamente, não sobra nada dele. Para o KNO3 tem que diminuir pois ele é o reagente em excesso. Quanto ao Na2O e K2O nenhum problema.

Eu vi que eu tinha errado em alguma coisa. Não podia dar uma diferença de quase 10 g só por arredondamento.

Abraço! Desculpe pelo engano!

Vlw pela ajuda Luís

Adam Zunoeta escreveu:Temos 2 moles de NaN3 e 2 moles de KNO3

Então da Eq 4 vem:
n(NaN3)/10 = n(N2)/16 --->Para NaN3=2

n(NaN3)=3,2 mol de N2

Adam, por favor você poderia me explicar essa parte?