Química Aplicada à Engenharia Ambiental

1. Química Aplicada à Engenharia Ambiental Profa Ana Cláudia Mendes de Seixas Cálculo Estequiométrico

2. Exemplo (massa x massa) • Seja a reação de obtenção de SO2 a partir do enxofre e oxigênio. Sabe-se que 32g de enxofre reage completamente com 32g de oxigênio, para formar 64g de SO2. Calcule a massa de enxofre que reage com 0,97g de oxigênio. Resolução: S + O2→ SO2 32g reage 32g produzindo 64g x g 0,97g x = 0,97 g

3. Exemplo (mol x mol) • Calcule quantos mols de H2SO4 são necessários para reagir com 18 mols de NaOH? Resolução: H2SO4 + 2NaOH → Na2SO4 + 2H2O 1 mol 2 mols → 1 mol 2 mols x 18 mols x = 9 mols

4. Exercícios 01) Em uma das etapas do tratamento de água, ocorre a adsorção de partículas sólidas em uma massa gelatinosa constituída de hidróxido de alumínio. Estas substância é preparada pela adição de Ca(OH)2 e Al2(SO4)3, à água contida nos tanques de tratamento. Calcule o número de mols de Al2(SO4)3 que devem reagir com suficiente Ca(OH)2 para formar 10 mols de hidróxido de alumínio? 02) Na reação de óxido de alumínio com ácido sulfúrico forma-se sulfato de alumínio. Qtos mols de ácido são necessários para obter 3 mols de sulfato? 03) Considere a informação: Cal viva + água → cal hidratada (hidróxido de cálcio). Qual a quantidade de cal hidratada formada pela reação de água com 2 mols de cal viva?

5. Exemplo (massa x mol) • Calcule a massa de CO2 necessária para reagir com 4 mols de CaO. CaO + CO2→ CaCO3 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 44 g 4 mols x = 176 g de CO2

6. Exemplo (massa x massa) • Calcule a massa de CaO necessária para neutralizar completamente 9,8g de H2SO4. Dados: CaO = 56 g/mol; H2SO4 = 98 g/mol CaO + H2SO4→ CaSO4 + H20 1 mol 1 mol 1 mol 1 mol 56 g 98 g x 9,8 g x = 5,6 de CaO

7. Exercícios 04) Uma das maneiras de impedir que o SO2, um dos responsáveis pela chuva ácida, seja liberado para atmosfera é tratá-lo previamente com óxido de magnésio em presença de ar, como equacionado a seguir: MgO(s) + SO2(g) + 1/2 O2(g) → MgSO4(s). Quantas toneladas de óxido de magnésio são consumidas no tratamento de 9,6x103 toneladas de SO2? 05) Nas estações de tratamento de água eliminam-se impurezas sólidas em suspensão através do arraste dos flóculos de hidróxido de alumínio, produzidos na reação representada por: Al2(SO4)3 + 3 Ca(OH)2→ 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 Para tratar 1,0x106 m3 de água foram adicionados 17 toneladas de Al2(SO4)3. Qual a massa de Ca(OH)2 necessária para reagir completamente com esse sal?

8. Exercícios • 06) Coletou-se água do rio Tietê, na cidade de São Paulo. Para oxidar completamente toda matéria orgânica contida em 1,00 L dessa amostra, microrganismos consumiram 48 mg de oxigênio (02). Admitindo-se que a matéria orgânica possa ser representada por C6H10O5 e sabendo-se que sua oxidação completa produz CO2 e H2O, qual a massa de matéria orgânica por litro de água do rio?

9. Exemplo (massa x molécula) • Calcule a massa de oxigênio necessária para reagir com 2,4x1024 moléculas de hidrogênio na obtenção de água? 2H2 + O2→ 2H20 2 mols 1 mol 2 mols 2(6,02x1023 ) moléculas 32 g 2,4x1024 moléculas x X = 64,0g de O2

10. Exemplo (massa x volume) • Calcule o volume de CO2 nas CNTP, produzidos pela decomposição de 250g de CaCO3. Dados volume molar (CNTP) 22,4L CaCO3→ CaO + CO2 1 mol 1 mol 1 mol 100g 22,4L 250g x X= 56L

11. Exercícios 07) A chuva ácida que cai em certas regiões danifica as estátuas de mármore (CaCO3). Considerando-se que a chuva ácida tem ácido sulfúrico (H2SO4), a reação é: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 +H2O + CO2 . Considerando-se que a chuva ataca por dia 1g de mármore, quantos litros de CO2 são desprendido diariamente? 08) Dada a equação: C3H6O + 4O2 → 3CO2 +3H2O. Qual o volume de gás carbônico liberado, na combustão total de 12x1023 moléculas de propanona, a 27oC e a 1 atmosfera de pressão?

12. Exemplo (reagente contendo impurezas) • Retiram-se 200g de NaOH sólido com 80% de pureza. Qual a massa de H2SO4 necessária para neutralizar o NaOH presente na amostra? Se fosse isenta impurezas (amostra) 200g → 100% pura x → 80% pureza (rótulo) x = 160g Logo: Há 40% de impurezas e 160g é a massa de NaOH Assim: 1H2SO4 + 2NaOH → 1Na2SO4 + 2H2O 1 mol 2 mol 98g 80g x 160g x = 196g

13. Exercícios • 09) Um fermento químico utilizado para fazer bolo é o sal bicarbonato de amônio, também chamado de carbonato ácido de amônio. Quando aquecido esse sal se decompõe em gás carbônico,água e amônia. Partindo de 25,0g de fermento que apresenta 80% de pureza em carbonato ácido de amônio, responda: a) A reação do processo b) O volume de gás carbônico obtido nas CNTP c) o número de mols de moléculas de amônia d) Explique como essa reação favorece o crescimento do bolo.

14. Unidades de Concentração Densidade: é o quociente entre a massa (g) e o volume (mL) Concentração comum: É a massa em gramas do soluto por litro de solução

15. Unidades de Concentração Título em massa “T”: é a relação entre a massa de soluto e a massa de solução Título em volume “Tv”: é a relação entre o volume do soluto e o volume da solução multiplicado por 100

16. Unidades de Concentração • Parte por milhão “ppm”: para soluções muito diluídas, a concentração em massa costuma ser expressa em partes por milhão (ppm)

17. Exercícios 10) Dissolveu-se 30g de NaNO3 em água e completou-se o volume para 400 mL de solução. Qual a concentração em g/L? 11) Uma água contaminada com mercúrio encerra 0,02% em massa de mercúrio. Qual é a quantidade de mercúrio nessa água, em ppm? 12) Misturou-se 120g de álcool etílico com 280g de água. Determinar a porcentagem em volume do álcool sabendo-se que a densidade do álcool e da solução são respectivamente 0,8 e 0,95g/mL. 13) O limite máximo de “ingestão diária aceitável” (IDA) de ácido fosfórico, aditivo em alimentos, é de 5 mg/Kg de peso corporal. Calcule o volume de refrigerante, contendo ácido fosfórico na concentração de 0,6 g/L, que uma pessoa de 60Kg deve ingerir para atingir limite máximo de IDA?

18. Exercícios 14) Qual é a massa de NaOH necessária para preparar 200 mL de solução aquosa 0,1 molar? 15) Em relação à solução 0,25M de Li2CO3, uma droga muito usada no tratamento de depressão, pode-se afirmar: a) Em 200 mL dessa solução há 36,9g de Li2CO3 b) Em 200 mL dessa solução estão presentes 5,8x10-2 mols de Li2CO3 c) Para que haja 2,0x103 mols de Li2CO3, são necessários 8 mL de solução d) Para uma dosagem de 6,0x10-2 de Li2CO3 , são necessários 32,5mL de solução e) Em 0,5L dessa solução, existem, aproximadamente 9,23g de Li2CO3

19. Exercícios 16) A concentração de íons fluoreto em uma água de uso doméstico é de 5,0x10-5mol/L. Se uma pessoa tomar 3,0L dessa água por dia, qual a massa em quilograma de fluoreto é consumida em um dia?