Enunciado

O estimulante do café e do chá é a cafeína, uma substancia cuja massa molar é 194   g . m o l - 1 .Na queima de 0,376   g   de cafeína formam-se 0,682 g   de dióxido de carbono, 0,174   g   de água e 0,110   g   de nitrogênio. Quais são as formulas empírica e molecular da cafeína e escreva a equação de combustão.

Passo 1

Vamos calcular o número de mols de cada produto e depois fazer a proporção estequimetrica para calcular a quantidade de cada elemento em mol.

n C O 2 = 0,682 g 44   g . m o l - 1 = 0,0155   m o l   ; n H 2 O =   0,174 g 18 g . m o l - 1 = 0,0 096 m o l ;

n N 2 = 0,110   g 28   g . m o l - 1 = 0,0039   m o l

Mas; ( 1 m o l   d e   C O 2 : 1   o l   d e   C ) ,( 1   m o l   d e   H 2 O : 2   m o l   d e   H ), ( 1   m o l   d e   N 2 : 2   m o l   d e   N )

Numero de mols de cada elemento:

n C = 0,0155   m o l   ⟹ m C = 0,186 g

n H = 0,0192   m o l   ⟹ m H = 0,0192 g

n N = 0,0078   m o l   ⟹ m N = 0,110 g  

Somando a massa dos 3 elementos, temos que tem que ser igual a massa da cafeína, certo....

m t o t a l = 0 , 3152   g

Mas essa massa é diferente do que a massa total de cafeína dada,logo amiguinho, deve ter outro componente na fórmula da cafeína em que a massa é a diferença dessas duas, devido a conservação de massa da reação .

Como nesse sistema só há nitrogênio, hidrogênio, carbono e oxigênio, o elemento que falta é justamente o oxigênio, pois o resto dos elementos já foram todos calculados.

m O = 0,376 g - 0,3152 g = 0,061 g

n O =   0,061 g 16 g . m o l - 1 = 0,0038   m o l

Passo 2

A relação molar entre os elementos é:

0,0155   m o l   d e   C : 0,0192   m o l     d e   H : 0,0078   m o l   d e   N : 0,0038   m o l   d e   O

Dividindo pelo menor valor entre eles ( 0,0038   m o l ):

4,1   m o l   d e   C : 5,1   m o l     d e   H : 2,1   m o l   d e   N : 1   m o l   d e   O

Logo a formula empírica é:

C 4 H 5 N 2 O

Passo 3

A massa molar da formula empírica é:

M M C 4 H 5 N 2 O = 97,01   g . m o l - 1

A massa molar da cafeína é 194   g . m o l - 1

Portanto, massa molar da cafeína é o dobro da massa molar da formula empírica

Dessa forma, a formula da cafeína é:

C 8 H 10 N 4 O 2

E a reação de combustão é :

2 C 8 H 10 N 4 O 2 ( s ) + 19 O 2 ( g ) → 16 C O 2 ( g ) + 10 H 2 O ( l ) + 4 N 2 ( g )  

Resposta

a) C 8 H 10 N 4 O 2

b) 2 C 8 H 10 N 4 O 2 ( s ) + 19 O 2 ( g ) → 16 C O 2 ( g ) + 10 H 2 O ( l ) + 4 N 2 ( g )  

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