Qual o grau de pureza de uma amostra de 2,0 g de bicarbonato de sódio sabendo-se que, quando em contato com HCl, libera 0,480 L de CO₂ medido a 273 K e 1,0 atm?

Resposta: 90%

Este é um problema clássico de estequiometria envolvendo gases e cálculo de grau de pureza. Para resolvê-lo, precisamos relacionar o volume de gás produzido com a massa da substância reagente.

Passo 1: Escrever a equação química balanceada

A reação entre o bicarbonato de sódio (NaHCO_3) e o ácido clorídrico (HCl) produz cloreto de sódio, água e dióxido de carbono.

Note que a proporção estequiométrica é de 1 mol de NaHCO_3 para 1 mol de $CO_2$. Isso significa que cada mol de bicarbonato puro libera exatamente 1 mol de gás carbônico.

Passo 2: Calcular os mols de CO_2 liberados

Os dados indicam que o gás foi medido a 273 K e 1,0 atm. Estas são as Condições Normais de Temperatura e Pressão (CNTP). Nessas condições, o volume molar de um gás ideal é aproximadamente 22,4 L/mol.

Podemos calcular a quantidade de mols (n) usando a fórmula:
n = \frac{V}{V_m}

Substituindo os valores:
n_{CO2} = \frac{0,480 \text{ L}}{22,4 \text{ L/mol}} \approx 0,0214 \text{ mol}

Passo 3: Determinar a massa do bicarbonato puro

Sabemos que a relação é 1:1. Logo, reagiram 0,0214 mol de NaHCO_3. Agora precisamos converter isso em gramas usando a massa molar (MM) do composto.

• Massa Atômica: Na = 23, H = 1, C = 12, O = 16.
• Massa Molar (NaHCO_3): $23 + 1 + 12 + (3 \times 16) = 84 \text{ g/mol}$.

Calculando a massa pura (m_{pura}):
m_{pura} = n \times MM
m_{pura} = 0,0214 \text{ mol} \times 84 \text{ g/mol} = 1,80 \text{ g}

(Cálculo exato: $0,480 / 22,4 \times 84 = 1,8 \text{ g}$)

Passo 4: Calcular o grau de pureza

O grau de pureza é a razão entre a massa da substância pura e a massa total da amostra impura, multiplicada por 100.

Dados:

• m_{pura} = 1,80 \text{ g}
• m_{amostra} = 2,0 \text{ g}

Resumo da Análise

| **Mols de CO_2$** | ~0,0214 mol | $V / 22,4 |

| Massa Molar (NaHCO_3) | 84 g/mol | Soma das massas atômicas |

| Massa Pura (NaHCO_3) | 1,80 g | Resultado da estequiometria |

| Amostra Total | 2,0 g | Dado do enunciado |

| Grau de Pureza | 90% | Razão entre massa pura e amostra |

Portanto, a amostra possui 90% de pureza.