Qual é a massa de cloro (Cl2) necessária para reagir completamente com 2,54 g de fósforo (P4) para produzir tricloreto de fósforo (PCl3)? Dados de massa molar:P = 30,97 g/ mol Cl = 35,45 g/mol PCl3 = 137,25 g/mol Reação química não balanceada:P4(s) + Cl2(g) → PCl3(l)
Passo 1
Beleza! Vamos resolver esse exercício juntos. A questão pede para descobrir qual a massa de cloro (Cl₂) necessária para reagir completamente com 2,54 g de fósforo (P₄) e assim produzir tricloreto de fósforo (PCl₃). Vamos usar conceitos de estequiometria, que é a parte da química que estuda as relações entre as quantidades de reagentes e produtos em uma reação química. Para isso, vamos precisar balancear a equação química, calcular as massas molares e usar proporções molar.
Passo 2
Primeiro, vamos balancear a equação química fornecida. A equação inicial é:
P₄(s) + Cl₂(g) → PCl₃(l)
Para balancear, precisamos igualar o número de cada tipo de átomo nos reagentes e nos produtos.
- No reagente, temos 4 átomos de fósforo § e 2 átomos de cloro (Cl).
- No produto, cada molécula de PCl₃ tem 1 átomo de fósforo e 3 de cloro.
Vamos balancear os fósforos primeiro. Para balancear 4 átomos de P no reagente, precisamos de 4 PCl₃ no produto:
P₄ + Cl₂ → 4 PCl₃
Agora, temos 4 átomos de fósforo no produto, mas vamos ver os cloros:
- Reagentes: Cl₂ tem 2 átomos de Cl.
- Produtos: 4 PCl₃ têm 4 × 3 = 12 átomos de Cl.
Para igualar, precisamos de 6 moléculas de Cl₂, já que 6 Cl₂ = 12 Cl:
P₄ + 6 Cl₂ → 4 PCl₃
Prontinho, a equação está balanceada!
Passo 3
Agora, vamos calcular a massa molar das substâncias envolvidas para converter as massas dadas em mols.
- Massa molar do fósforo § = 30,97 g/mol
- Massa molar do cloro (Cl) = 35,45 g/mol
- Massa molar do PCl₃ = 137,25 g/mol
Primeiro, vamos encontrar a massa molar de P₄:
Massa molar de P₄ = 4 × 30,97 g/mol = 123,88 g/mol
Passo 4
Agora, vamos determinar quantos mols de P₄ temos nos 2,54 g fornecidos.
Usamos a fórmula:
n = m / M
Onde:
- n é o número de mols
- m é a massa
- M é a massa molar
n(P₄) = 2,54 g / 123,88 g/mol ≈ 0,0205 mol
Passo 5
Segundo a equação balanceada, 1 mol de P₄ reage com 6 mols de Cl₂ para formar 4 mols de PCl₃. Vamos usar essa proporção para encontrar os mols de Cl₂ necessários.
n(Cl₂) = 0,0205 mol P₄ × (6 mol Cl₂ / 1 mol P₄) = 0,123 mol Cl₂
Passo 6
Finalmente, vamos converter os mols de Cl₂ de volta para massa usando sua massa molar.
m(Cl₂) = n(Cl₂) × M(Cl₂)
Sabendo que Cl₂ é uma molécula diatômica:
M(Cl₂) = 2 × 35,45 g/mol = 70,90 g/mol
m(Cl₂) = 0,123 mol × 70,90 g/mol ≈ 8,73 g
Resposta
É necessária uma massa de aproximadamente 8,73 g de Cl₂ para reagir completamente com 2,54 g de P₄ e formar PCl₃.