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ANTONIO CARLOS TORRES - PROF. BAHIANO LICENCIADO EM COMPUTAÇÃO E TÉCNICO EM QUÍMICA
OPERAÇÕES UNITÁRIAS
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ÍNDICE 1 – CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO .........................................................................5 1.1 – Definição.........................................................................................................5 1.2 – Regras gerais para o cálculo estequiométrico ................................................5 1.3 – Relações auxiliares.........................................................................................5 1.4 – Exemplo básico ..............................................................................................5 1.5 – Pureza ............................................................................................................5 1.6 – Rendimento ....................................................................................................6 2 – TITULOMETRIA ....................................................................................................6 2.1 – Análise quantitativa.........................................................................................6 2.2 – Princípio da titulometria ..................................................................................6 2.3 – Esquema de uma titulação .............................................................................7 3 – CÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA....................................7 3.1 – Processo usual ...............................................................................................7 4 – FÓRMULAS DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES ..........................................7 4.1 – Concentração comum.....................................................................................7 4.2 – Molaridade ou concentração molar.................................................................7 4.3 – Título em massa .............................................................................................8 4.4 – Fração molar...................................................................................................8 4.5 – Molalidade ......................................................................................................8 4.6 – Normalidade ...................................................................................................8 4.7 – Fórmula geral..................................................................................................8 4.8 – Diluição das soluções .....................................................................................8 4.9 – Mistura de soluções que não reagem entre si ................................................9 5 – IMPRECISÃO DE MEDIDAS.................................................................................9 5.1 – Postulado de Gauss........................................................................................9 5.2 – Desvio absoluto para cada medida.................................................................9 5.3 – Desvio relativo para cada medida...................................................................9 5.4 – Desvio médio absoluto para um conjunto de n medidas.................................9 5.5 – Desvio médio relativo para um conjunto de n medidas...................................9 5.6 – Apresentação de um resultado .....................................................................10 5.7 – Classificação dos erros.................................................................................10 5.7.1 – Classificação dos erros ..........................................................................10 5.7.2 – Erros acidentais ou fortuitos ...................................................................10 5.8 – Índices de precisão e exatidão .....................................................................10 5.9 – Propagação dos desvios...............................................................................11 5.9.1 – Adição ou subtração...............................................................................11 5.9.2 – Produto ou quociente .............................................................................11 5.10 – Algarismos significativos.............................................................................11 6 – PREPARO DE SOLUÇÕES POR % ...................................................................12 6.1 – Preparo de KOH 30% (250 m ou 0,25 )......................................................12 6.2 – Preparo de NaOH 30% (250 m ou 0,25 ) ...................................................12 6.1 – Preparo de KOH 85% (50 m ou 0,05 )........................................................12 7 – PREPARO DE SOLUÇÕES ................................................................................12 7.1 – Preparo de NH4OH (100 m ou 0,1 )............................................................12 7.2 – Preparo do azul de metileno .........................................................................12
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7.3 – Preparo de água de cloro .............................................................................13 7.4 – Preparo de Na2S 0,5 M (100 m ou 0,1 ) .....................................................13 7.5 – Preparo de AgNO3 0,1 M (250 m ou 0,25 ).................................................13 7.6 – Preparo de HNO3 5 M (250 m ou 0,25 ) .....................................................13 7.7 – Preparo de K2Cr2O7 0,1 M (250 m ou 0,25 )...............................................13 7.8 – Preparo de HCl 0,25 M (2.500 m ou 2,5 )...................................................14 7.9 – Preparo de NaOH 0,1 N (100 m ou 0,1 ) ....................................................14 7.10 – Preparo de BaCl2 2 M (250 m ou 0,25 )....................................................14 7.11 – Preparo de Na2SO4 0,1 N (100 m ou 0,1 )................................................14 7.12 – Preparo de Na2CO3 0,1 M (250 m ou 0,25 ) .............................................14 7.13 – Preparo de KNO3 0,1 M (100 m ou 0,1 )...................................................15 7.14 – Preparo de KOH 0,1 N (250 m ou 0,25 ) ..................................................15 7.15 – Preparo de HCl 1 M (1.000 m ou 1 ).........................................................15 7.16 – Preparo de NaOH 1 M (1.500 m ou 1,5 ).................................................15 7.17 – Preparo de NaNO3 2 M (100 m ou 0,1 ) ...................................................15 7.18 – Preparo de FeSO4 0,5 M (50 m ou 0,05 ) .................................................16 7.19 – Preparo de CuSO4 1 M (1.500 m ou 1,5 ).................................................16 7.20 – Preparo de H3CCOOH (250 m ou 0,25 ) ..................................................16 7.21 – Preparo de Ca(OH)2 – água de cal – 0,05 M (250 m ou 0,25 )................16 7.22 – Preparo de biftalato de potássio C6H4(COOH)(COOK) (25 m ou 0,025 ) .16 7.23 – Preparo de H3CCOOH 0,04 N (200 m ou 0,2 ).........................................17 7.24 – Preparo de HCl 0,1 M (100 m ou 0,1 )......................................................17 7.25 – Diluição de H2SO4 (236 m ou 0,236 ) .......................................................18 7.26 – Preparo de H2C2O4 0,5 N (200 m ou 0,2 ) ................................................18 7.27 – Preparo do reagente de Schift ....................................................................18 7.28 – Preparo do reagente de Fehling A ..............................................................18 7.29 – Preparo do reagente de Fehling B ..............................................................18 7.30 – Preparo do reagente de Tollens .................................................................19 7.31 – Preparo do H2CO2 1 M (100 m ou 0,1 ) ....................................................19 7.31 – Preparo do Na2SnO2 0,5 M.........................................................................19 7.32 – Preparo do Bi(NO3)3 ...................................................................................19 7.33 – Preparo de biftalato de potássio 0,6 g e 0,7 g (25 m ou 0,025 ) ...............19 7.34 – Preparo de Na2B4O7 • 10 H2O 0,2 N (200 m ou 0,2 ) ...............................20 7.35 – Preparo da solução de amido .....................................................................20 7.36 – Preparo de água sulfídrica..........................................................................20 7.37 – Preparo da solução sulfocrômica para uso em lavagem ............................20 8 – CIMENTO PORTLAND .......................................................................................20 8.1 – Definição de cimento ....................................................................................20 8.2 – Matérias-primas que entram na fabricação do cimento ................................20 8.2.1 – Clínquer Portland ...................................................................................20 8.2.2 – Escória granulada de alto-forno .............................................................21 8.2.3 – Pozolana ................................................................................................21 8.3 – Classificação dos diferentes tipos de cimento ..............................................21 8.3.1 – Cimento Portland....................................................................................21 8.4 – Conceitos dos diferentes tipos de cimento ...................................................21 8.4.1 – Cimento Portland comum.......................................................................21 8.4.2 – Cimento Portland branco........................................................................21 8.4.3 – Cimento Portland de alta resistência inicial............................................21 8.4.4 – Cimento Portland de alto-forno ..............................................................22 8.4.5 – Cimento Portland pozolânico .................................................................22
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8.5 – Normalização do cimento Portland pela ABNT.............................................22 8.5.1 – Exigências químicas...............................................................................22 8.5.1 – Exigências físicas...................................................................................22 8.6 – Matérias-primas utilizadas na fabricação do CP 320 ....................................23 8.6.1 – Calcário ..................................................................................................23 8.6.2 – Argila ......................................................................................................23 8.7 – Processo de fabricação (etapas) ..................................................................23 8.7.1 – Preparação das matérias-primas ...........................................................23 8.7.2 – Dosagem das matérias-primas (dosagem do cru)..................................23 8.7.3 – Moagem (moagem do cru) .....................................................................24 8.7.4 – Homogeneização ...................................................................................24 8.7.5 – Clinquerização........................................................................................24 8.7.6 – Esfriamento ............................................................................................25 8.7.7 – Moagem de clínquer (moagem do cimento)...........................................25 8.7.8 – Expedição ..............................................................................................25 8.8 – Controle de qualidade...................................................................................25 8.9 – Problema envolvendo consumo de combustível na fabricação do cimento..25
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OPERAÇÕES UNITÁRIAS
1 – CÁLCULO ESTEQUIOMÉTRICO 1.1 – Definição É o cálculo que permite relacionar quantidades de reagentes e produtos que participam de uma reação com auxílio das equações químicas correspondentes. 1.2 – Regras gerais para o cálculo estequiométrico a) Escrever a equação química do processo. Ex: combustão do monóxido de carbono: CO + O2 CO2 b) Acertar os coeficientes estequiométricos da equação. 2 CO + O2 2 CO2 Assim você terá a proporção do número de mols entre os participantes. Esses coeficientes lhe darão uma idéia da relação segundo a qual as substâncias se combinam. Ex: 2 mol de CO : 1 mol de O2 : 2 mol de CO2 (: lê-se está para) c) Montar a proporção baseando-se nos dados e nas perguntas do problema (massa–massa, massa–nº. de mols, massa–volume, etc.); d) Utilizar regra de três para chegar à resposta. 1.3 – Relações auxiliares 1 mol corresponde à massa molecular em gramas 1 mol contém 6,02 • 1023 moléculas 1 mol de gás ocupa 22,4 (CNTP) 1.4 – Exemplo básico 2 mol
2 CO(g) ou 56 g ou 12,04•1023 ou 44,8
1 mol
+ O2 : 32 g : 6,02 • 1023 : 22,4
CNTP
: : :
2 mol
2 CO2 88 g 12,04 • 1023 moléculas 44,8
1.5 – Pureza É o quociente entre a massa da substância pura e a massa total da amostra. Pode ser expressa em porcentagem. massa da substância pura P= • 100 massa da amostra
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Ex: Qual é a massa de CaCO3 presente numa amostra de 200 g de calcário cuja pureza é 80 %? x • 100 Resposta: 80 = x = 160 g de CaCO3 200 1.6 – Rendimento É o quociente entre a quantidade de produto realmente obtida e a quantidade teoricamente calculada. Pode ser expresso em porcentagem. quantidade real R= • 100 quantidade teórica Ex: Qual é a massa de CaCO3 obtida na reação de 2 mol de CaO com 2 mol de CO2, se o rendimento for 60%? Resposta: mol do CaCO3 = 100g CaCO3 (g) Rendimento (%) CaO + CaO2 CaCO3 200 100 mCaCO 3 = 200g 1 mol : 1 mol : 1 mol x 60 2 mol : 2 mol : 2 mol
x = 120 g de CaCO3
2 – TITULOMETRIA 2.1 – Análise quantitativa É o processo pelo qual se determina experimentalmente a concentração das soluções. O processo que nos interessa é a análise volumétrica, onde se determina a concentração de uma solução que reage com outra de concentração conhecida pela leitura dos volumes das soluções gastas na titulação. 2.2 – Princípio da titulometria Quando as substâncias se combinam sempre o fazem na quantidade em n equivalentes-gramas. Lembrando que normalmente é dada por: N = e ne = NV V Numa reação entre as substâncias A e B, pode-se afirmar que: ne A = ne B E, a partir daí, tiramos a equação fundamental da titulometria: “As soluções reagem entre si, sendo seus volumes inversamente proporcionais às suas normalidades”. NA VA = NB VB
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2.3 – Esquema de uma titulação Solução Conhecida NB Lido na bureta VB
como:
NA =
NA VA = NB VB
N B VB VA
Solução Problema VA Contida no Erlenmeyer NA
3 – CÁLCULO DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÃO ÁCIDA 3.1 – Processo usual a) Procurar a massa que deve ser usada, tendo conhecimento do volume que se quer fazer e da concentração da solução; b) Através da densidade, calcular o volume do ácido a 100%; c) Por uma regra de três simples inversa, calcular o volume na concentração real do ácido industrializado. 4 – FÓRMULAS DE CONCENTRAÇÃO DE SOLUÇÕES 4.1 – Concentração comum C=
m1 V
m1 = massa do soluto (gramas) V = Volume da solução (litros)
4.2 – Molaridade ou concentração molar =
n1 V
n1 =
m1 V
=
m1 M 1V
m1 = massa do soluto (gramas) M1 = massa molecular do soluto V = Volume da solução (litros)
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τ
=
m1 m
m = m1 + m2
m1 = massa do soluto (gramas) m2 = massa do solvente (gramas) m = massa da solução (gramas)
4.4 – Fração molar x1 =
n1 n1 + n2
ou x1 =
n1 n
x2 =
n2 n1 + n2
ou x1 + x2 = 1
x1 = fração molar do soluto x2 = fração molar do solvente
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