QUMICA GERAL UNIDADE 7 REAES QUMICAS Prof Cristian

QUÍMICA GERAL UNIDADE 7 – REAÇÕES QUÍMICAS Prof. Cristian Berto da Silveira

Química Geral UNIDADE 7 – REAÇÕES QUÍMICAS O QUE É UMA REAÇÃO QUÍMICA? É processo de mudanças químicas, onde ocorre a conversão de uma substância, ou mais, em outras substâncias. REAGENTES Sódio + Água Hidróxido de Sódio + Hidrogênio Na + H 2 O As reações químicas estão classificadas em: - Normais: Eletrosfera; - Nucleares; PRODUTOS Na. OH + H 2

Química Geral LEI DA CONSERVAÇÃO DAS MASSAS A massa total de uma reação química é constante. Os átomos não são criados nem destruídos em uma reação química, simplesmente eles mudam de parceiro. Como os átomos não são criados nem destruídos em uma reação química, os químicos multiplicaram as fórmulas por fatores para mostrar o mesmo número de átomo de cada elemento em cada lado da reação. Este artifício matemático é conhecido como BALANCEAMENTO. Na + H 2 O Na. OH + H 2 EQUAÇÃO NÃO BALANCEADA EQUAÇÃO BALANCEADA COEFICIENTE ESTEQUIOMÉTRICO

Química Geral Em uma equação química representa-se os estados físicos de cada reagente e produto. (s) – Sólido; (l) – Líquido; (g) – Gasoso; (aq) – Aquoso; Para indicar que a reação requer calor (Temperatura) utiliza-se a letra grega Δ. Para indicar que a reação precisa de um catalisador utiliza-se a fórmula do catalisador sobre a flecha da reação.

Química Geral Uma equação química balanceada simboliza as mudanças qualitativas e quantitativas que ocorrem em uma reação química. Os coeficientes estequiométricos nos dão os números relativos de mols dos reagentes e produtos que fazem parte de uma reação. BALANCEAMENTO Os coeficientes estequiométricos são utilizados para mostrar que os átomos não são criados nem destruídos. As equações químicas podem ser balanceadas por dois métodos: - Ácido base – sem transferência de elétrons. Por tentativa; - Redox – ocorre a transferência de elétrons. Reações de Oxidação e Redução;

Química Geral Balanceamento por Tentativa: Muitas equações podem ser balanceadas por tentativa. Exemplo: O butano (C 4 H 10) é um dos ingrediente do gás natural. Ele queima na presença de oxigênio (O 2) para formar dióxido de carbono (CO 2) e água (H 2 O). Para montarmos a equação balanceada para esta reação, primeiro devemos escrever a equação principal. C 4 H 10(g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O(l) Iniciar com a fórmula que tem o maior número de átomos ou maior número de elementos diferentes. C 4 H 10(g) + O 2(g) 4 CO 2(g) + 5 H 2 O(l) Os átomos de Oxigênio são os únicos que não estão balanceados a esquerda da equação.

Química Geral C 4 H 10(g) + 13/2 O 2(g) 4 CO 2(g) + 5 H 2 O(l) Para remover a fração basta multiplicar todos os coeficientes estequiométricos por 2. 2 C 4 H 10(g) + 13 O 2(g) 8 CO 2(g) + 10 H 2 O(l) Exercício 1: Balancear a equação química que representa a queima do gás hidrogênio (H 2) em presença de (O 2) para formar água. H 2 (g) + O 2(g) H 2 O(l)

Química Geral Exercício 2: Balancear a equação química que representa a queima do gás metano (CH 4) em presença de (O 2) para formar dióxido de carbono e água. CH 4 (g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O(l) Exercício 3: Balancear a equação química abaixo: Al(l) + Ba. O(s) Δ Al 2 O 3(s) + Ba(l)

Química Geral Balanceamento por Oxirredução: Toda equação química balanceada pelo método da oxirredução deve constar a reação de oxidação e a reação de redução. REGRAS PARA A DETERMINAÇÃO DO NÚMERO DE OXIDAÇÃO: 1 - Flúor nos seus compostos apresenta sempre número de oxidação -1; 2 - Oxigênio nos seus compostos possui número de oxidação -2; Exceções: a. Peróxido e Superóxidos: Estes compostos contém ligações O – O. O número de oxidação peróxido é -1 e nos superóxido é ½; b. Fluoreto de Oxigênio: A regra 1 sempre tem preferência. Em OF 2 e O 2 F 2 os números de oxidação de cada oxigênio são +2 e +1, respectivamente; 3 - Hidrogênio: na maioria dos compostos o número de oxidação é +1; Exceções: Nos hidretos metálicos o valor é -1;

Química Geral 4 - Compostos de elemento do grupo periódico I (metais alcalinos) e II (metais alcalinos terrosos): Este elementos tem seus números de oxidação +1 e +2, respectivamente; Elementos do Grupo III A, quando combinados, geralmente possuem número de oxidação +3; 5 - Na fórmula da substância ou espécie (íon, átomo, molécula), a soma dos números de oxidação de todos os elementos é igual à carga elétrica que aparece com a formula; a. Um átomo de qualquer elemento no estado livre (não combinado) tem número de oxidação igual a zero (0); b. Qualquer íon simples (monoatômico) tem número de oxidação igual a sua carga. c. A soma dos números de oxidação de todos os átomos da fórmula (empírica ou moleculares) para um composto inteiro é igual a zero (0);

Química Geral d. A soma dos números de oxidação de todos os átomos que aparecem na fórmula para um íon poliatômico ou complexo é igual à carga elétrica do íon. Substância Número de oxidação Regra Comentários S 8 S=0 5 a Cada S = 0 Cu Cu = 0 5 a HCl H = +1 e Cl = -1 3 e 5 c Por Subtração CH 4 H = +1 e C = -4 3 e 5 c Cada H é +1 Na. H (hidreto) Na = +1 e H = -1 4, 3, 5 c Ba. O Ba = +2 e O = -2 4, 3, 5 c Ba. O 2 (peróxido) Ba = +2 e O = -1 4, 2 a, 5 c KNO 3 K= +1, O = -2 e N = +5 4, 2, 5 c HSO 3 - H= +1, O = -2 e S = +4 3, 2, 5 d Por Subtração Cr 2 O 72 - O = -2 e Cr = +6 2, 5 d Por Subtração Fe 3 O 4 O = -2 e Fe = 8/3 2, 5 c Por Subtração C 6 H 12 O 6 H = +1, O = -2 e C = 0 3, 2, 5 c Por subtração Cada O é -1

Química Geral REAÇÕES DE OXIRREDUÇÃO Uma reação de Oxirredução é a combinação de uma reação de oxidação e uma reação de redução. Reações como a combustão, a corrosão, a fotossíntese, o metabolismo do alimento e a extração dos metais dos minérios são reações de oxirredução. 2 Mg(s) + O 2 (g) 2 Mg 2+(s) + 2 O 2 -(s) (forma 2 Mg. O(s)) O átomo de magnésio (Mg) sofreu oxidação em presença do oxigênio (O 2), ou seja, dois elétrons do átomo de Mg foram transferidos para o átomo de O. Desta forma, o Mg sofreu oxidação e o O redução. Mg(s) + Cl 2 (g) Mg. Cl 2 (s) Nesta reação o átomo de magnésio (Mg) também sofreu oxidação, porém, em presença do gás cloro (Cl 2). Os dois elétrons do Mg foram transferidos para cada átomo de Cl. Desta forma, o Mg sofreu oxidação e o Cl redução.

Química Geral 2 Na. Br(s) + Cl 2 (g) 2 Na. Cl (s) + Br 2 (l) Na reação acima o átomo de sódio (Na) não apresentou perda ou ganho de elétrons. Entretanto, o átomo de bromo (Br), que é um ânion, sofreu oxidação, ou seja, ele perdeu um elétron para o átomo de cloro (Cl). Já o átomo de Cl, que apresentava carga zero, quando recebeu um elétron do átomo de Br passou para carga -1, sofrendo redução. A reação de redução ocorre, geralmente, em presença de hidrogênio (H), carbono (C) ou monóxido de carbono (CO). Fe 2 O 3 (s) + 3 CO (g) 2 Fe (s) + 3 CO 2 (g)

Química Geral O agente oxidante em uma reação redox é a espécie que sofre redução. O agente redutor em uma reação redox é a espécie que sofre oxidação Zn (s) + Cu 2+ (g) Zn 2+(aq) + Cu (s) O átomo de zinco metálico (Zn) perdeu dois elétrons, sofreu oxidação (Zn 2+), provocou a redução do íon cobre (Cu 2+) para cobre metálico (Cu), portanto é o AGENTE REDUTOR. O íon cobre (Cu 2+) recebeu dois elétrons do átomo de zinco metálico (Zn), sofreu redução (Cu), provocou a oxidação do zinco metálico (Zn) para íon zinco (Zn 2+), portanto é o AGENTE OXIDANTE.

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Química Geral As equações químicas podem ser balanceadas através do método da oxirredução utilizando solvente (soluções aquosas) ou sem solvente. Quando balanceamos a equação química através do método da oxirredução, que envolve íons, a carga total de cada lado deve ser balanceada (Balanço de Carga). Cu(s) + Ag+(aq) Cu(s) + 2 Ag+(aq) Cu 2+(aq) + Ag(s) Cu 2+(aq) + 2 Ag(s) Equação não balanceada Equação balanceada

Química Geral Exercício 4: Quando estanho é colocado em contanto com uma solução de íons Fe 3+, reduz o ferro a ferro (II), e é oxidado a íons estanho (II). Escreva a equação iônica para esta reação. Exercício 5: Íons cério (IV) oxidam íons iodeto a iodo enquanto se reduzem a íons cério (III). Escreva a equação iônica para esta reação.

Química Geral Exercício 6: Escrever a equação iônica balanceada para a reação abaixo.

Química Geral Método para o Balanceamento de Equações Químicas sem Solvente: 1. Atribuir o número de oxidação a todos os átomos; 2. Observar quais os átomos que parecem perder e quais os que parecem ganhar elétrons e determine quantos elétrons são perdidos e ganhos; 3. Se há mais de um átomo perdendo ou ganhando elétrons em uma unidade de fórmula, determine o total de elétrons perdidos ou recebidos por unidade de fórmula; 4. Iguale o ganho de elétrons pelo agente oxidante ou da perda pelo agente redutor, colocando o coeficiente apropriado antes da fórmula de cada um, no lado esquerdo da equação; 5. Complete o balanceamento da equação por tentativa. Inicialmente balancei os átomos que ganharam ou perderem elétrons; em segundo lugar, todos os átomos, à exceção de O e H, em terceira, os átomos de O, e por último os átomos de H;

Química Geral Exemplo: Realizar o balanceamento da equação abaixo. H 2 C 2 O 4 + KMn. O 4 CO 2 + Mn. O + K 2 O + H 2 O Etapa 1: H 2 C 2 O 4 +1 +3 -2 + KMn. O 4 +1 +7 -2 CO 2 + Mn. O + K 2 O + H 2 O +2 -2 +4 -2 +1 -2 Etapa 2: H 2 C 2 O 4 + KMn. O 4 CO 2 + Mn. O + K 2 O + H 2 O +3 +7 +4 +2 Redução: cada Mn ganha 5 e. Oxidação: cada C perde 1 e-

Química Geral Etapa 3: H 2 C 2 O 4 + KMn. O 4 +3 +7 CO 2 + Mn. O + K 2 O + H 2 O +2 +4 Cada KMNO 4 ganha 5 e- Como há dois átomos de C por unidade fórmula, cada H 2 C 2 O 4 perde 2 x 1 ou 2 e. Etapa 4: 5 H 2 C 2 O 4 Etapa 5: 5 H 2 C 2 O 4 + 2 KMn. O 4 CO 2 + Mn. O + K 2 O + H 2 O 10 CO 2 + 2 Mn. O + K 2 O + 5 H 2 O

Química Geral Método para o Balanceamento de Equações Químicas em Soluções Aquosas: 1. Atribuir o número de oxidação a todos os átomos; 2. Note quais os átomos que perdem e os que ganham elétrons e determine quantos elétrons são perdidos e ganhos; 3. Se mais de um átomo em uma unidade de fórmula perde ou ganha elétrons, determine a perda ou o ganho total por unidade de fórmula; 4. Igualar o ganho de elétrons pelo agente oxidante com a perda do agente redutor, colocando o coeficiente apropriado antes da fórmula de cada um, no lado esquerdo da equação; 5. Balancear os átomos que ganharam ou perderem elétrons adicionando coeficientes apropriados à direita da equação; 6. Balancear todos os outros átomos, exceto o O e H;

Química Geral 7. Balancear a carga (o somatório de todas as cargas iônicas) de maneira que seja a mesma em ambos os lados da equação, adicionando íons H+ ou OH-; a) Se a reação ocorre em solução ácida, adicionar íons H+ ao lado deficiente em cargas positivas; b) Se a reação ocorre em solução básica, adicionar íons OH- ao lado deficiente em cargas negativas; Exemplo: Realizar o balanceamento da equação abaixo. Etapa 1: Cr 2 O 7 2 - + Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+ Cr 2 O 72+6 -2 + Fe 2+ +2 Cr 3+ + Fe 3+ +3 +3

Química Geral Etapa 2: Cr 2 O 72 - + +6 Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+ +2 +3 +3 Oxidação: Perda de 1 e- pelo Fe Redução: Ganho de 3 epelo Cr Etapa 3: Cr 2 O 72+6 + Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+ +2 +3 +3 Perde 1 e- por Fe 2+ Ganho total 2 x 3 ou 6 epor Cr 2 O 72 Etapa 4: Cr 2 O 72 - + 6 Fe 2+ Cr 3+ + Fe 3+

Química Geral Etapa 5: Cr 2 O 72 - + 6 Fe 2+ 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ Etapa 6: Feita. . . Etapa 7: Carga total a esquerda = -2 +6(+2) = + 10 Carga total na direita = 2(+3) + 6(+3) = + 24 Carga positiva necessária adicionada a esquerda = + 14 14 H+ + Cr 2 O 72 Etapa 8: 14 H+ + Cr 2 O 72 - + 6 Fe 2+ 2 Cr 3+ + 6 Fe 3+ + 7 H 2 O

Química Geral ELETROQUÍMICA * Trabalho sobre eletroquímica: Sobre cada tópico abaixo descrever a definição e citar dois exemplos. a) Semi-reações; b) Células galvânicas; c) Exemplos de células galvânicas; d) Potencial de célula; e) Corrosão; f) Células eletrolíticas; g) Potencial necessário para eletrólise. * Prazo para entrega: 22 de junho de 2011.

Química Geral Tabela de Semi-Reações

Química Geral ESTEQUIOMETRIA DAS REAÇÕES Qualitativamente uma equação química descreve quais os reagentes e produtos que participam de uma reação. 4 Fe(s) Átomo de Ferro + 3 O 2(g) Molécula de Oxigênio 2 Fe 2 O 3(s) Fórmula Unitária do Óxido Férrico Na reação acima, o átomo de ferro reage com a molécula de oxigênio para formar o óxido férrico. Quantitativamente uma equação química balanceada descreve a relação numérica entre átomos ou moléculas consumidas ou formadas em uma reação. 4 mols de átomos de Fe reagem com 3 mols de moléculas de O para formar 2 mols de moléculas de óxido férrico.

Química Geral Exercício 7: Na reação da amônia (NH 3) com o (O 2) para formar óxido nítrico (NO) e água. Quantas moléculas de NO podem ser formadas a partir de 3, 60 x 1021 moléculas de O 2? NH 3 (g) + O 2(g) NO(g) + H 2 O(l)

Química Geral Exercício 8: Na reação abaixo, quando 1, 38 mols de N 2 reagem, (a) quantos mols de H 2 são consumidos? (b) e quantos mols de NH 3 são formados? N 2 (g) + H 2(g) NH 3(g)

Química Geral Exercício 9: Determine quantas moléculas de NO podem ser formadas quando 6, 98 mols de O 2 são consumidos na reação: 4 NH 3 (g) + 5 O 2(g) 4 NO(g) + 6 H 2 O(l) Exercício 10: Quando o sulfeto de chumbo (Pb. S) e o óxido de chumbo (Pb. O) são aquecidos juntamente os produtos dessa reação são o chumbo metálico (Pb) e o dióxido de enxofre (SO 2). Se 14 g de Pb. O reagem de acordo com a reação abaixo, determine: Pb. S(s) + 2 Pb. O(s) 3 Pb(l) + SO 2(g)

Química Geral a) Quantos mols de átomos de chumbo são formados? b) Quantos gramas de chumbo são formados? c) Quantos átomos de chumbo são formados? d) Quantos gramas de dióxido de enxofre são formados? NÚMERO DE MOLS (no mol) = m (g) MM g. mol-1 1. Determinar o número de mols de Pb. O: a. Na equação balanceada temos:

Química Geral b. Quantos gramas de chumbo? c. Quantos átomos de chumbo?

Química Geral d. Quantos gramas de dióxido de enxofre são formados?

Química Geral Exercício 11: O Xileno é um composto constituído somente de átomos de carbono e hidrogênio. Sua análise elementar (CHN) e a sua fórmula empírica pode ser determinada por uma técnica conhecida como análise de combustão, na qual, a amostra é queimada com excesso de oxigênio e os produtos formados, dióxido de carbono e vapor de água, são separados e pesados. Se a combustão da amostra de xileno produz 33, 4 g de CO 2 e 8, 55 g de H 2 O determine a composição percentual e a formula mínima para o xileno. MM CO 2 = 44 g. mol-1 MM H 2 O = 18 g. mol-1