Questão 6

ESPCEX 2016

Química

(EsPCEx - 2016)

Um mineral muito famoso, pertencente ao grupo dos carbonatos, e que dá origem a uma pedra semipreciosa é a malaquita, cuja a fórmula é: Cu₂(OH)₂CO₃ (ou CuCO₃ • Cu(OH)₂).

Experimentalmente pode-se obter malaquita pela reação de precipitação que ocorre entre soluções aquosas de sulfato de cobre II e carbonato de sódio, formando um carbonato básico de cobre II hidratado, conforme a equação da reação:

2 CuSO_4(aq) + 2 Na₂CO_3(aq) + H₂O_(l) → CuCO₃ • Cu(OH)_2(s) + 2 Na₂SO_4(aq) + CO_2(g)

Na reação de síntese da malaquita, partindo-se de 1.060 g de carbonato de sódio e considerando-se um rendimento de reação de 90%, o volume de CO₂ (a 25 °C e 1 atm) e a massa de malaquita obtida serão, respectivamente, de

Dados:
- massas atômicas Cu = 64 u; S = 32 u; O = 16 u; Na = 23 u; C = 12 u; H = 1u.
- volume molar 24,5 L mol, no estado padrão.

20,15 L e 114 g

42,65 L e 272 g

87,35 L e 584 g

110,25 L e 999 g

217,65 L e 1.480 g

Gabarito:

110,25 L e 999 g

Resolução:

• Cálculo da massa molar do carbonato de sódio:

$MM_{Na_2CO_3 } = 2cdot MM_{Na} + MM_{C}+3cdot MM_{O}$

$MM_{Na_2CO_3 } = 2cdot 23+12+3cdot 16 = 106;g/mol$

• Cálculo da quantidade de matérial (em mol) correspondente a 1060 g de carbonato de sódio:

1 mol de Na₂CO₃	_________	106 gramas
n_Na2CO3	_________	1060 gramas

$n_{Na_{2}CO_{3}} = frac{1molcdot 1060g}{106g}$

$n_{Na_{2}CO_{3}} = 10;mol$

A partir da equação da reação

2 CuSO_4(aq) + 2 Na₂CO_3(aq) + H₂O_(l) → CuCO₃ • Cu(OH)_2(s) + 2 Na₂SO_4(aq) + CO_2(g)

Conclui-se que a proporção estequiométrica entre carbonato de sódio e dióxido de carbono é de 2:1. Se a quantidade de Na₂CO₃ que reage é 10 mol, pode-se calcular a quantidade de matéria de CO₂ formado:

• Cálculo da quantidade de CO₂ formado a partir de 10 mol de Na₂CO₃:

2 mol de Na₂CO₃	_________	1 mol de CO₂
10 mol de Na₂CO₃	_________	n_CO2

$n_{CO_{2}} = frac{1molcdot 10mol}{2mol}$

$n_{CO_{2}} = 5;mol$

• Cálculo do volume ocupado por 5 mol de CO₂ a partir do dado de volume molar:

1 mol de CO₂	_________	24,5 L
5 mol de CO₂	_________	V_CO2

$V_{CO_{2}} = frac{5molcdot 24,5L}{1mol}$

$V_{CO_{2}} = 122,5;L$

• Cálculo do volume de CO₂ formado considerando um rendimento de 90%:

$V_{CO_{2}} = V_{CO_{2}}cdot 0,9$

$V_{CO_2} = 122,5cdot 0,9$

$V_{CO_2} = 110,25 L$

O mesmo pode ser feito para a malaquita (CuCO₃ • Cu(OH)₂). Para calcular o valor da massa, utiliza-se a proporção estequiométrica com o carbonato de sódio, que é de 2:1.

2 CuSO_4(aq) + 2 Na₂CO_3(aq) + H₂O_(l) → CuCO₃ • Cu(OH)_2(s) + 2 Na₂SO_4(aq) + CO_2(g)