LISTA DE EXERCÍCIOS - MISTURAS GASOSAS

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Lista 8: Misturas gasosas
Giovanna Ciutti – Química I
1.) (Vunesp-SP-mod.) Uma mistura gasosa formada por 14,0 g de N2(g) e 8,0 g de O2(g) ocupa um balão com capacidade igual a 30 L, na temperatura de 27ºC. Dadas as massas molares (g/mol) (N2= 28 e O2= 32) e o valor da constante R = 0,082 atm . L . mol-1 . K-1, determine a pressão em atm de cada gás e a pressão total no balão:
PN2; PO2; PTOTAL
a.) 0,0369; 0,01845; 0,05535.
b.) 0,41; 0,205; 0,615.
c.) 0,82; 0,82; 1,64.
d.) 0,0738; 0,0738; 0,1476.
e.) 0,41; 0,405; 0,815.
2.) Em uma mistura gasosa de N2, CO2 e H2S, as pressões parciais são, respectivamente, 0,60 atm, 0,90 atm e 1,50 atm. Indique as porcentagens em volume de cada gás na mistura.
a.) 30% de N2, 20% de CO2 e 50% de H2S.
b.) 50% de N2, 15% de CO2 e 45% de H2S.
c.) 20% de N2, 30% de CO2 e 50% de H2S.
d.) 80% de N2, 10% de CO2 e 10% de H2S.
e.) 25% de N2, 25% de CO2 e 50% de H2S.
3.) Uma mistura gasosa com 0,3 mol de oxigênio, 0,4 mol de nitrogênio e 0,3 mol de argônio exerce uma pressão de 1,12 atmosferas quando encerrada em um recipiente a 273 K. Admitindo-se um comportamento ideal, qual é o volume aproximado, em litros, do recipiente?
(Dados: R = 0,082 atm . L . mol-1 . K-1, N = 14; O = 16; Ar = 40).
a.) 10 L.
b.) 15 L.
c.) 20 L.
d.) 25 L.
4.) (UFPR) Em um recipiente de volume igual a 10 L, são misturadas massas iguais de H2(g) e He(g), a uma temperatura de 25ºC. Sabendo que as massas molares de H2 e de He são iguais a 2,00 e 4,00 g/mol, respectivamente, é correto afirmar:
a.) A pressão parcial exercida pelo He(g) é igual ao dobro da pressão exercida pelo H2(g).
b.) Se o volume do recipiente fosse aumentado para 30 L, mantendo-se a temperatura constante, a pressão do sistema triplicaria.
c.) As quantidades de partículas H2 e He nessa mistura são iguais.
d.) O número de átomos de hidrogênio é igual a quatro vezes o número de átomos de hélio nessa mistura.
e.) Se o recipiente for aquecido, com o volume mantido constante, a pressão total exercida pelos gases aumentará. 
Gabarito e resoluções
1.) Alternativa B.
Vamos usar a equação de estado dos gases (PV = nRT) para descobrir as pressões parciais de cada gás na mistura, mas precisamos primeiro descobrir a quantidade em matéria (mol). Vamos fazer isso por meio de regras de três:
N2:                                                        O2:
1 mol de N2 ------ 28 g de N2                        1 mol de O2------ 32 g de O2
nN2 --------- 14,0 g de N2                                  nO2 --------- 8,0 g de O2
nN2 = 14,0 g . 1 mol                               nO2 = 8,0 g . 1 mol
 28 g 32 g
nN2 = 0,5 mol de N2                                     nO2 = 0,25 mol de O2
Agora é só aplicar na equação de estado dos gases para descobrir a pressão parcial de cada um. Além disso, é necessário passar a temperatura para kelvin (27 ºC + 273 = 300 K).
PN2V = nN2RT
PN2 = nN2RT
             V
PN2 = (0,5 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (300 K)
                                          30 L
PN2 = 0,41 atm
PO2V = nO2RT
PO2 = nO2RT
           V
PO2 = (0,25 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (300 K)
                                         30 L
PO2 = 0,205 atm
Agora vamos descobrir a pressão total da mistura, que é igual à soma das pressões parciais:
PTOTAL = PN2 + PO2
PTOTAL = 0,41 + 0,205
PTOTAL = 0,615 atm
2.) Alternativa C.
Podemos calcular as frações em quantidade de matéria (X) de cada gás e depois fazer uma regra de três para descobrir as porcentagens em volume:
Xgás =  Pgás
           PTOTAL
PTOTAL = PN2 + PCO2 + PH2S
PTOTAL = 0,6 + 0,9 + 1,5
PTOTAL = 3,0 atm
XN2 = 0,6 atm  XCO2 = 0,9 atm  XH2S = 1,5 atm
         3,0 atm           3,0 atm            3,0 atm
 XN2 = 0,2            XCO2 = 0,3       XH2S = 0,5
   1 --- 100%                 1 --- 100%                   1 --- 100%
 0,2 --- %VN2                 0,3 --- %VCO2                   0,5 --- %VH2S
 %VN2 = 0,2 .100%    %VCO2= 0,3 .100%     %VH2S= 0,5 . 100%
 %VN2 = 20%            %VCO2 = 30%            %VH2S = 50%
3.) Alternativa C.
Precisamos descobrir o volume de cada gás na mistura e depois somá-los para conseguir o valor aproximado do volume total do recipiente. Vamos fazer isso através da equação de estado dos gases:
VO2 = nO2RT
           P
VO2 = (0,3 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (273 K)
                           1,12 atm
VO2 ≈ 6 L
VN2 = nN2RT
           P
VN2 = (0,4 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (273 K)
                           1,12 atm
VN2 ≈ 8 L
VAr = nArRT
         P
VAr = (0,3 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (273 K)
                         1,12 atm
VAr ≈ 6 L
VTOTAL = VO2 + VN2 + Var
VTOTAL = 6 + 8 + 6
VTOTAL = 20 L
4.) Alternativas D e E.
a.) Se considerarmos que foram colocados 4 g dos dois gases, o número de mol de cada um na amostra será:
1 mol de H2 --- 2 g                            1 mol de He --- 4 g
           nH2 --- 4 g                             nHe = 1 mol de He
nH2 = 2 mol de H2
Aplicando esses valores na equação de estado dos gases, descobrimos os valores das pressões parciais:
PH2V = nH2RT
PH2 = nH2RT
            V
PH2 = (2,0 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (298 K)
                               10 L
PH2 = 4,8872 atm
PHeV = nHeRT
PHe = nH2RT
           V
PHe = (1,0 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (298 K)
                                   10 L
PHe = 2,4436 atm
Dessa forma, percebemos que a pressão parcial exercida pelo He na mistura é a metade da pressão parcial exercida pelo H2, e não o dobro como foi dito no enunciado.
b.) A pressão total do sistema com os dados da letra “a” é dada por:
PTOTAL = 4,8872 + 2,4436
PTOTAL = 7,3308 atm
Agora vamos fazer os cálculos para descobrir qual será a pressão se o volume do recipiente for aumentado para 30 L:
PH2V = nH2RT
PH2 = nH2RT
             V
PH2 = (2,0 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (298 K)
                                     30 L
PH2 = 1,629 atm
PHeV = nHeRT
PHe = nH2RT
           V
PHe = (1,0 mol) . (0,082 atm . L . mol-1 . K-1) . (298 K)
                                      30 L
PHe = 0,814 atm
Pressão total:
PTOTAL = 1,629 + 0,814
PTOTAL = 2,443 atm
Observe que, na realidade, a pressão diminuiu cerca de 1/3 da inicial, e não triplicou como disse o enunciado.
c.) As quantidades de partículas H2 e He na mistura não são iguais, pois temos o dobro de partículas de H2, como mostrado na letra “a”.