Questão 10

IME 2019

Química

(IME - 2019/2020 - 2ª FASE)

Em um experimento em laboratório, tomaram-se duas amostras de 0,177 g de um composto de fórmula C_aH_bO_cN_d. Uma das amostras foi completamente consumida por combustão, gerando 0,264 g de CO₂ e 0,135 g de vapor de água. A outra reagiu totalmente com compostos não nitrogenados, gerando amônia como único produto nitrogenado, a qual necessitou de 3 cm³ de uma solução 0,5 mol/L de ácido sulfúrico para sua completa neutralização. Determine a fórmula empírica do composto.

Informações de Tabela Periódica:

Elemento	H	C	N	O	F	Mg	Al	S	Cl	K	Ca	Fe	Cu
Massa atômica (u)	1,00	12,00	14,00	16,00	19,00	24,00	27,00	32,00	35,5	39,00	40,00	56,00	63,5
Número atômico	1	6	7	8	9	12	13	16	17	19	20	26	29

Gabarito:

Resolução:

A equação de combustão do composto C_aH_bO_cN_d:

$C_aH_bO_cN_d + z;O_2 ightarrow a; CO_2 + frac{b}{2};H_2O +frac{d}{2};N_2$

$0,177g$ $x$ $0,264g$ $0,135g$ $y$

Outra amostra reagiu formando como único produto nitrogenado a amônia, NH₃, que foi neutralizada com 3 mL de uma solução de ácido sulfúrico 0,5 mol/L. Calcula-se a quantidade de matéria de N utilizando a equação da reação de neutralização com o ácido sulfúrico.

$2NH_3+H_2SO_4 ightarrow (NH_4)_2SO_4$

$n_{NH_3}=2cdot n_{H_2SO_4}=2cdot 0,003;Lcdot 0,5;molcdot L^{-1}$

$n_{NH_3}=3cdot 10^{-3};mol$

Logo, a massa de N é

$m_{N}= n_{NH_3}cdot M_{N}=3cdot 10^{-3};molcdot 14;gcdot mol^{-1}= 0,042g$

Esta massa é o valor de y da equação de combustão. Pode-se calcular a massa de oxigênio (x) a partir da conservação de massa:

$0,177g + x = 0,264g + 0,135g + 0,042g$

$x = 0,264;g;de;O_{2}$

Para definir os coeficientes estequiométricos divide-se as massas pelas massas molares de cada composto:

$n_{O_2}=frac{0,264;g}{32; gcdot mol^{-1}} = 0,00825mol$

$n_{CO_2}=frac{0,264;g}{44gcdot mol^{-1}} =0,0060mol$

$n_{H_2O}=frac{0,135;g}{18gcdot mol^{-1}} =0,0075mol$

$n_{N_2}=frac{0,042;g}{28gcdot mol^{-1}}=0,0015mol$

Divisão desses valores calculados anteriormente pelo menor deles:

$n_{O_2}=frac{0,00825mol}{0,0015} = 5,5mol$

$n_{CO_2}=frac{0,0060mol}{0,0015} = 4mol$

$n_{H_2O}=frac{0,0075mol}{0,0015} = 5mol$

$n_{N_2}=frac{0,0015mol}{0,0015} = 1$

Portanto, a reação de combustão será

$C_aH_bO_cN_d +frac{11}{2} O_2 ightarrow 4CO_2 + 5H_2O +N_2$

Comparando esta equação com a do início da resolução

$C_aH_bO_cN_d + z;O_2 ightarrow a; CO_2 + frac{b}{2};H_2O +frac{d}{2};N_2$

Conclui-se que

$a = 4$

$b = 10$

$d = 2$

Utilizando a conservação de massa, pode-se escrever a seguinte equação para calcular c (a atomicidade de oxigênio):

$c+ 2cdot z = 2cdot a + 1cdot frac{b}{2}$

$c + 2cdot frac{11}{2} = 2cdot 4 + 1cdot 5$

$c = 8 + 5 - 11$

$c = 2$

A fórmula molecular do composto é $C_4H_{10}O_2N_2$ , mas como é pedido a fórmula empírica, deve-se calcular a menor proporção entre os átomos. Logo, a fórmula empírica é $C_2H_{5}ON$ .

Questão 10

IME 2019

Questões relacionadas

Questão 1

Questão 2

Questão 3

Questão 9