Uma etapa importante no refino do metal alumínio é a manufatura da criolita, Na3 AlF6, a partir de fluoreto de amônio, aluminato de sódio e hidróxido de sódio em água:
6 NH4 F(aq)+Na[Al(OH) 4](aq)+2 NaOH(aq) Na3 AlF6 (s) +6 NH3(qq)+6 H2 O(l)
Infelizmente, podem-se formar subprodutos, o que reduz o rendimento. Em uma pesquisa do processo em laboratório, 100,0 g de NH4 F foram misturados com 82,6 g de Na[Al(OH) 4] e 80,0 g de NaOH . A massa de Na3 AlF6 produzida foi igual a 75,0 g. Qual foi o rendimento percentual da reação?

R: 79,4 %

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos uma reação química usada para fabricar criolita, que é importante no refino do alumínio. A pergunta quer saber qual foi o rendimento percentual dessa reação. Para resolver isso, a gente vai precisar entender um pouco sobre estequiometria, que é a parte da química que estuda as relações quantitativas entre reagentes e produtos em uma reação química.

Passo 2

Primeiro, vamos ver quais são os reagentes e o produto na reação:
Os reagentes são:
  • Fluoreto de amônio ( 6 NH4F(aq) + Na[Al(OH)4](aq) + 2 NaOH(aq) Na3AlF6(s) + 6 NH3(aq) + 6 H2O(l))
  • Aluminato de sódio ( )
  • Hidróxido de sódio ( )
O produto principal que nos interessa é a criolita ( ).

Passo 3

Vamos anotar as massas fornecidas:
  • Massa de = 100,0 g
  • Massa de = 82,6 g
  • Massa de = 80,0 g
  • Massa real de produzida = 75,0 g
Para encontrar o rendimento percentual, precisamos calcular a massa teórica de que deveria ser formada com base nos reagentes, e depois comparar com a massa real obtida.

Passo 4

Primeiro, vamos calcular a massa molar de cada composto envolvido na reação:
  • N: 14,01 , g/mol H4: 4 times 1,01 = 4,04 , g/mol F: 19,00 , g/mol Massa molar = 14,01 + 4,04 + 19,00 = 37,05 , g/mol :
    Na: 22,99 , g/mol Al: 26,98 , g/mol 4 times (O + H) = 4 times (16,00 + 1,01) = 4 times 17,01 = 68,04 , g/mol Massa molar = 22,99 + 26,98 + 68,04 = 117,01 , g/mol
  • Na: 22,99 , g/mol O: 16,00 , g/mol H: 1,01 , g/mol Massa molar = 22,99 + 16,00 + 1,01 = 40,00 , g/mol :
    3 times Na = 3 times 22,99 = 68,97 , g/mol Al = 26,98 , g/mol 6 times F = 6 times 19,00 = 114,00 , g/mol Massa molar = 68,97 + 26,98 + 114,00 = 209,95 , g/mol
  • :
  • :

Passo 5

Agora, vamos calcular quantos mols de cada reagente temos:
  • Mols de 100,0 , g37,05 , g/mol approx 2,70 , mol :
    82,6 , g117,01 , g/mol approx 0,706 , mol
  • Mols de 80,0 , g40,00 , g/mol = 2,00 , mol :
  • Mols de :

Passo 6

Agora, vamos identificar o reagente limitante, que é o reagente que vai determinar a quantidade máxima de produto que pode ser formado.
A reação balanceada mostra que:
  • 6 mols de 2,70 , mol6 = 0,45 , mol , Na3AlF6 reagem com 1 mol de 0,706 , mol1 = 0,706 , mol , Na3AlF6 e 2 mols de 2,00 , mol2 = 1,00 , mol , Na3AlF6 para formar 1 mol de .
Vamos ver quantos mols de cada reagente pode produzir:
  • :
  • :
  • :
O menor valor é 0,45 mol, então o reagente limitante é o .

Passo 7

Agora, vamos calcular a massa teórica de 0,45 , mol times 209,95 , g/mol approx 94,48 , g que poderia ser formada a partir do reagente limitante:

Passo 8

Finalmente, vamos calcular o rendimento percentual usando a massa real obtida:
Rendimento percentual = ( 75,0 , g94,48 , g ) times 100% approx 79,4%

Resposta

O rendimento percentual da reação foi de aproximadamente 79,4 %.

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