Considerar a seguinte equação química: CaCO3 (s) + 2 HCl (aq) → CaCl2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l). 1) Qual é a massa de CO2 que deverá formar-se quando se junta 4,50 g de HCl a 15,0 g de CaCO3? 2) Que massa de reagente em excesso sobra no fim da reação? 3) Tendo-se obtido, numa experiência, 2,01 g de CO2, determinar o rendimento do processo.

Equação balanceada: $\mathrm{CaCO_3 + 2\,HCl \to CaCl_2 + CO_2 + H_2O}$

Massas molares (aprox.):

• $M(\mathrm{HCl})=1{,}0+35{,}5=36{,}5\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
• $M(\mathrm{CaCO_3})=40{,}0+12{,}0+3\cdot 16{,}0=100{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$
• $M(\mathrm{CO_2})=12{,}0+2\cdot 16{,}0=44{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$

1) Massa teórica de $\mathrm{CO_2}$ formada

Mols iniciais: $n(\mathrm{HCl})=\frac{4{,}50}{36{,}5}=0{,}1233\,\mathrm{mol}$ $n(\mathrm{CaCO_3})=\frac{15{,}0}{100{,}0}=0{,}150\,\mathrm{mol}$

Pela estequiometria, são necessários $2$ mol de HCl para $1$ mol de $\mathrm{CaCO_3}$.

• Para consumir todo o $\mathrm{CaCO_3}$: precisaria $2\cdot 0{,}150=0{,}300\,\mathrm{mol}$ de HCl, mas há apenas $0{,}1233\,\mathrm{mol}$. Logo, HCl é o reagente limitante.

Como $2\,\mathrm{mol\ HCl} \to 1\,\mathrm{mol\ CO_2}$: $n(\mathrm{CO_2})=\frac{n(\mathrm{HCl})}{2}=\frac{0{,}1233}{2}=0{,}06164\,\mathrm{mol}$

Massa de $\mathrm{CO_2}$: $m(\mathrm{CO_2})=n\cdot M=0{,}06164\cdot 44{,}0\approx 2{,}71\,\mathrm{g}$ (Arredondando: $\approx 2{,}72\,\mathrm{g}$.)

2) Massa do reagente em excesso que sobra

Mols de $\mathrm{CaCO_3}$ que reagem (1:2 com HCl): $n(\mathrm{CaCO_3\ reagido})=\frac{n(\mathrm{HCl})}{2}=0{,}06164\,\mathrm{mol}$

Massa de $\mathrm{CaCO_3}$ consumida: $m=0{,}06164\cdot 100{,}0=6{,}164\,\mathrm{g}$

Massa de $\mathrm{CaCO_3}$ que sobra: $m(\mathrm{sobra})=15{,}0-6{,}164\approx 8{,}84\,\mathrm{g}$

Atenção: isso é a sobra após a reação completa do reagente limitante.

3) Rendimento do processo

Rendimento: $\eta=\frac{m_{\text{real}}}{m_{\text{teorica}}}\times 100\%$ Com $m_{\text{real}}=2{,}01\,\mathrm{g}$ e $m_{\text{teorica}}\approx 2{,}71\,\mathrm{g}$: $\eta\approx \frac{2{,}01}{2{,}71}\times 100\%\approx 74{,}1\%$

Conclusões:

• $m(\mathrm{CO_2})\approx 2{,}72\,\mathrm{g}$.
• Reagente em excesso: $\mathrm{CaCO_3}$; sobra $\approx 8{,}84\,\mathrm{g}$.
• Rendimento $\approx 74\%$.