Rendimento das reações e cálculo estequiométrico

O cálculo estequiométrico é um conteúdo de Química bastante cobrado nos vestibulares e no Exame Nacional do Ensino Médio (Enem). A estequiometria estuda as relações de massa, mol, partículas e volume entre reagentes e produtos nas reações químicas. Dessa forma, como as reações químicas acontecem em proporções definidas, é fácil trabalhar com o cálculo estequiométrico normal, que não considera o rendimento da reação.

O rendimento de uma reação é uma proporção entre a quantidade real de produto formada e a quantidade máxima possível. Por isso, na realidade, nenhuma reação tem rendimento de 100%.

Cálculo estequiométrico passo a passo

Dessa forma, para entendermos melhor os casos de estequiometria envolvendo rendimento, vamos relembrar os principais passos para desenvolver o cálculo estequiométrico.

1. Escreva a equação química balanceada.

2. Identifique as proporções entre reagentes e produtos.

3. Converta as unidades para mol, massa ou volume, conforme pede a questão.

4. Monte uma regra de três com as informações necessárias, onde a incógnita é o que a questão está pedindo.

5. Quando o rendimento da reação não é total, multiplique a massa de produto formado pelo rendimento percentual.

Cálculo estequiométrico com rendimento parcial

O rendimento das reações, na prática, nunca é total. Por isso, é comum que as provas tragam cálculos estequiométricos em que a situação é exatamente essa.

O rendimento de uma reação mostra o quanto de produto foi formado em relação à quantidade máxima que poderia ser formada, caso a reação fosse perfeita e todos os reagentes fossem convertidos em produtos.

Podemos usar a seguinte fórmula:

Ou simplesmente uma regra de três:

Quantidade esperada ------------ 100% de rendimento
Quantidade obtida ------------ x % de rendimento

Veja os exemplos abaixo.

Caso 1: Rendimento ao final da reação

Determine o número de mols de CuO formado a partir de 5 mols de cobre metálico, sabendo que o rendimento foi de 80%.

2 Cu + O₂ → 2 CuO

Como a proporção de Cu:CuO é 1:1 (2 mols de Cu formam 2 mols de CuO), poderíamos dizer que 5 mols de Cu formariam exatamente 5 mols de CuO, se o rendimento fosse 100%. Porém, ele é só de 80%.

5 mols de CuO ------------- 100%
x mols de CuO ------------- 80%
x = 4 mols de CuO

Assim, descobrimos que nessa reação são formados 4 mols de CuO.

Por isso, se quisermos saber a quantidade de CuO em massa, multiplicamos 4 mols pela massa molar de CuO (79,5 g/mol).

4 mol x 79,5 g/mol = 318 g de CuO

Caso 2: Determinando o rendimento

A partir de 12 g de de cobre, foram obtidos 9,6 g de CuO. Determine o rendimento da reação.

2 Cu + O₂ → 2 CuO

Para determinar o rendimento de uma reação, precisamos primeiro saber qual é a quantidade de produto esperada nas condições estequiométricas ideais.

Dada a equação balanceada, vemos que 2 mols de Cu formam 2 mols de CuO. Porém, o exercício fornece os dados em massa. Por isso, vamos converter de mol para massa.

Massa de 2 mols de Cu = 127 g.

Massa de 2 mols de CuO= 159 g.

Assim, 127 g de Cu formariam 159 g de CuO, nas quantidades estequiométricas reais. Enfim, temos que:

127 g de Cu ----------- 159 g de CuO

Mas o exercício diz que temos 12 g de Cu. Precisamos, então, descobrir a massa de CuO que seria formada a partir de 12 g para o rendimento de 100%.

127 g de Cu ----------- 159 g de CuO
12 g de Cu ------------ x g de CuO
x = 15,0 g de CuO

Então, 15 g é a quantidade de produto esperada. Porém, a quantidade de produto obtida foi de 9,6 g, segundo os dados da questão. Então:

Assim, o rendimento da reação foi de 64%.

Caso 3: Determinando a quantidade de reagente a partir do rendimento

Sabendo que o rendimento da reação foi de 80%, foram obtidos 19 g de CuO. Determine a massa de Cu utilizada nessa reação.

2 Cu + O₂ → 2 CuO

Dessa forma, nesses casos, podemos utilizar a fórmula do rendimento:

Temos os dados de rendimento e da quantidade obtida, então, podemos estimar a quantidade esperada de produto. E, a partir dela, relacionar com as proporções estequiométricas ente Cu e CuO para obter a massa de Cu gasta na reação.

127 g de Cu ----------- 159 g de CuO
x g de Cu ----------- 23,7 g de CuO
x = 18,9 g de Cu

Assim, sabemos que foram necessários 18,9 g de Cu para obtermos 19 g de CuO.

Mas qual a quantidade de cobre que realmente foi consumida? Basta fazermos uma regra de três do cálculo estequiométrico normal para obtermos essa informação.

127 g de Cu ----------- 159 g de CuO
x g de Cu ----------- 19 g de CuO
x = 15,2 g de Cu

Assim, isso significa que, das 18,9 g de Cu utilizadas, somente 15,2 g reagiram para formar CuO.

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