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ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 1 Prof. Guilherme Alves Aula 22 - Gases vestibulares.estrategia.com EXTENSIVO 2024 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 2 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 4 VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS 5 VOLUME 5 TEMPERATURA 6 PRESSÃO 6 TRANSFORMAÇÕES GASOSAS – LEIS DOS GASES 8 TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA - LEI DE BOYLE 8 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA - LEI DE CHARLES 10 TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA OU ISOCÓRICA - LEI DE GAY-LUSSAC 11 EQUAÇÃO GERAL DE UM GÁS 13 TEORIA CINÉTICA DOS GASES 16 EQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS OU EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 17 HIPÓTESE OU LEI DE AVOGADRO 18 MISTURA GASOSA 21 LEI DAS PRESSÕES PARCIAIS OU LEI DE DALTON 23 FRAÇÃO MOLAR (𝜒) 23 VOLUME PARCIAL 24 DENSIDADE GASOSA 27 DENSIDADE ABSOLUTA 27 DENSIDADE RELATIVA 28 EFUSÃO E DIFUSÃO GASOSA 30 QUESTÕES FUNDAMENTAIS 32 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 3 RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES FUNDAMENTAIS 34 QUESTÕES EXTRAS 40 GASES PERFEITOS / TRANSFORMAÇÕES GASOSAS E LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES 40 GASES PERFEITOS / HIPÓTESE DE AVOGADRO 42 GASES PERFEITOS / EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 43 GASES PERFEITOS / MISTURAS GASOSAS 47 GABARITO DAS QUESTÕES EXTRAS 54 GASES PERFEITOS / TRANSFORMAÇÕES GASOSAS E LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES 54 GASES PERFEITOS / HIPÓTESE DE AVOGADRO 58 GASES PERFEITOS / EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 60 GASES PERFEITOS / MISTURAS GASOSAS 67 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 4 INTRODUÇÃO Seja bem-vindo(a) a mais uma aula de Química Geral. Fazia tempo, não é mesmo? Nesta aula falaremos sobre Gases e suas propriedades. Muita atenção e organização pois encontraremos muita matemática pela frente, ok? Mas claro que isso não é uma preocupação pra você, certo? hahaha Qualquer dúvida não deixe de entrar em contato comigo, ok? Bons estudos! Grande abraço! Professor Guilherme Alves t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 5 VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS O estudo dos gases está diretamente ligado às grandezas pressão, volume e temperatura, conhecidas como variáveis de estado. As condições experimentais nas quais um gás se encontra são denominadas “estados”. Cada estado é identificado pelas três grandezas citadas acima. Cada conjunto de valores de P, V e T caracteriza um estado. Dessa forma: Vamos falar um pouco sobre cada uma dessas variáveis de estado. VOLUME Um gás sempre ocupa todo o recipiente em que está contido. Logo, o volume de um gás sempre é igual ao volume do recipiente que o contém. No SI, a unidade usada para medir volume é o m3. No entanto, no estudo dos gases, é bastante comum a utilizar o L como unidade de volume. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 6 TEMPERATURA A temperatura mede o grau de agitação das partículas (energia cinética média das partículas). Quanto maior o grau de agitação, maior será a temperatura do corpo. No SI, a escala de temperatura utilizada no estudo dos gases é a Kelvin, também conhecida como Escala Absoluta. A conversão de graus Celsius para Kelvin obedece à seguinte relação matemática: PRESSÃO Tudo que está à nossa volta, incluindo a atmosfera ao redor da superfície da terra, está sob a ação da força gravitacional da Terra. Logo, a ação dessa gravidade faz com que toda a atmosfera pressione a superfície, originando a pressão atmosférica. Em Física, a pressão é definida pela seguinte relação matemática: 𝑃 = 𝐹 → 𝑒𝑚 𝑁 𝐴 → 𝑒𝑚 𝑚 No SI, a unidade de pressão é o N·m-2. Portanto, entendemos que a pressão atmosférica corresponde à pressão exercida por uma coluna de ar de base transversal de 1 m2 que se eleva até o topo da atmosfera. Como a força exercida por essa coluna é de 105 N, temos: 𝑃 é = 10 𝑁 1 𝑚 = 10 𝑁 𝑚 𝑜𝑢 10 𝑁 · 𝑚 = 10 𝑃𝑎 Pressão exercida pela coluna de ar de secção transversal de 1m21 1 Ciscato, C. A. M. Química 1. 1ª Edição. página 237. Moderna t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 7 Como a pressão atmosférica depende da altura da coluna de ar sobre a superfície, à medida que a altitude aumenta, a pressão atmosférica diminui. Veja o exemplo: Relação entre pressão atmosférica e altitude2 Existem inúmeras unidades de pressão, porém, os vestibulares exigem que você saiba transformar, sem informação preliminar, três unidades: Pa (Pascal), atm (atmosfera) e mmHg (milímetros de mercúrio). Veja a relação entre elas: As outras unidades, quando exigidas pelos vestibulares, informam os critérios de conversão no texto da questão. A caráter de curiosidade, seguem algumas unidades encontradas no cotidiano: 2 Gilbert, T. R. Chemistry – The Science In Context. 4ª Edição. Página 261. W.W.Norton t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 8 Existem algumas condições de temperatura e pressão que devem ser memorizadas: TRANSFORMAÇÕES GASOSAS – LEIS DOS GASES A invenção do termômetro (Fahrenheit) e do barômetro (Torricelli), juntamente com o desenvolvimento de balanças mais sensíveis, permitiu a descoberta de interessantes propriedades dos gases (ou do estado gasoso). As relações observadas entre as variações de volume de um gás, quando a temperatura e a pressão variam, pareciam ser as mesmas para todos os gases. Com base em observações experimentais (o povo gosta muito de falar “observações empíricas”), foram criadas três leis físicas, chamadas de Leis dos gases. Essas leis que tratam das transformações gasosas compõem uma das primeiras descobertas do ramo da Química. Seus principais contribuintes foram: Robert Boyle, Jacques Charles e Joseph Louis Gay- Lussac. Eles estudaram a influência das variáveis de estado de um gás (pressão, temperatura e volume) em sistemas gasosos fechados. É importante destacar que essas transformações gasosas são aplicadas para o estudo de sistemas gasosos fechados, ou seja, não ocorre alteração na quantidade de partículas gasosas. TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA - LEI DE BOYLE A transformação isotérmica relaciona a pressão e volume em um sistema gasoso fechado a uma temperatura constante. CNTP - Condições Normais de Temperatura e Pressão nessas condições, o gás exerce pressão de 1 atm (760 mmHg), a 0 oC (273 K) CATP - Condições Ambientes de Temperatura e Pressão nessas condições, o gás exerce pressão de 1 atm (760 mmHg), a 25 oC (298 K) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 9 Após várias medições experimentais, Boyle concluiu que, sob temperatura constante, o volume ocupado por certa massa de gás é inversamente proporcional à sua pressão. Quando duas grandezas são inversamente proporcionais, uma torna-se maior à medida que a outra torna-se menor. Veja o exemplo a seguir3: Matematicamente, a transformação isotérmica é expressa da seguinte maneira: Lei de Boyle: 𝑷 ∝ 𝟏 𝑽 𝑷 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 𝑽 𝑷 · 𝑽 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 Estado 1: 𝑃 · 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Estado 2: 𝑃 · 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Logo, 𝑷𝟏 · 𝑽𝟏 = 𝑷𝟐 · 𝑽𝟐 A cada temperatura, os valores de pressão e volume expressos no gráfico originam uma curva chamada hipérbole. Assim, diferentes temperaturas originam diferentes hipérboles, denominadas isotermas. Veja a seguir4: 3 Gilbert, T. R. Chemistry – The Science In Context. 4ª Edição. Página 261. W.W.Norton 4 Reis, M. Química Vol2, 1ª edição. Ed. Ática t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 10 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA - LEI DE CHARLES A transformação isobárica relaciona o volume e temperatura em um sistemagasoso fechado a uma pressão constante. Depois de realizar vários experimentos, Charles concluiu que, sob pressão constante, o volume ocupado por certa massa de gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Quando duas grandezas são diretamente proporcionais, uma torna-se maior à medida que a outra se torna maior. Por exemplo, se a pressão permanecer constante, o volume quadriplica quando a temperatura absoluta também quadriplica. Variação do volume com a temperatura5 5 https://www.shutterstock.com/image-vector/volumetemperature-relationship-gases-third-gas-law-1413155501 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 11 Matematicamente, a Lei de Charles pode ser expressa em termos da Escala Kelvin, da seguinte forma6: Lei de Charles: 𝑽 ∝ 𝑻 𝑽 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 · 𝑻 𝑽 𝑻 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 Estado 1: 𝑉 𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Estado 2: 𝑉 𝑇 = constante Logo, 𝑉 𝑇 = 𝑉 𝑇 A relação entre o volume e a temperatura de um gás à pressão constante foi observada, primeiramente, por Charles e, posteriormente, comprovada por Gay-Lussac, em 1802. Por isso, esta lei é também atribuída a Gay-Lussac e, em algumas livros e questões de vestibulares, também é encontrado como Lei de Charles e Gay-Lussac. TRANSFORMAÇÃO ISOVOLUMÉTRICA OU ISOCÓRICA - LEI DE GAY-LUSSAC A transformação isovolumétrica relaciona a pressão e temperatura em um sistema gasoso fechado a um volume constante. 6 Gilbert, T. R. Chemistry – The Science In Context. 4ª Edição. Página 261. W.W.Norton t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 12 Depois de realizar vários experimentos com gases, Gay-Lussac concluiu que, sob volume constante, a pressão de certa massa de um gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta. Por exemplo, se o volume permanecer constante, a pressão duplica quando a temperatura absoluta também duplica. Matematicamente, a Lei de Gay-Lussac pode ser expressa em termos da Escala Kelvin da seguinte forma7: Lei de Gay-Lussac: 𝑷 ∝ 𝑻 𝑷 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 · 𝑻 𝑷 𝑻 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 Estado 1: 𝑃 𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 Estado 2: 𝑃 𝑇 = constante Logo, 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑇 7 Gilbert, T. R. Chemistry – The Science In Context. 4ª Edição. Página 261. W.W.Norton t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 13 Transformação Pressão Volume Temperatura Fórmula Isotérmica Varia Varia Constante 𝑷𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 · 𝑽𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 = 𝑷𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 · 𝑽𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 Isobárica Constante Varia Varia 𝑽𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑻𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 = 𝑽𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝑻𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 Isovolumétrica Varia Constante Varia 𝑷𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 𝑻𝒊𝒏𝒊𝒄𝒊𝒂𝒍 = 𝑷𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 𝑻𝒇𝒊𝒏𝒂𝒍 EQUAÇÃO GERAL DE UM GÁS Até agora, vimos as transformações gasosas em que somente duas variáveis sofriam alterações, enquanto a terceira permanecia constante. Mas me responde aqui: e se uma transformação gasosa ocorrer com variação de volume, pressão e temperatura, simultaneamente? Pois bem, existe uma equação que mostra o que acontece quando as três variáveis de estado variam ao mesmo tempo. Vou explicar isso a seguir, acompanhe comigo. Imagine a seguinte situação demonstrada abaixo: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 14 Observe que, do Estado Inicial do gás (i) para o Estado Intermediário do gás (x), ocorreu uma transformação isotérmica (transformação do gás a temperatura constante): • o volume variou de Vi para Vx ; • a pressão variou de Pi para Px; sendo que Px = Pf • a temperatura permaneceu constante. Desse modo, podemos escrever: 𝑷𝒊 ∙ 𝑽𝒊 = 𝑷𝒇 ∙ 𝑽𝒙 Observe também que, do Estado Intermediário do gás (x) para o Estado Final do gás (f), ocorreu no sistema uma transformação isobárica (transformação do sistema a pressão constante): • o volume variou de Vx para Vf; • a temperatura variou de Tx para Tf (sendo Tx = Ti); • a pressão permaneceu constante. Desse modo, podemos escrever: 𝑽𝒙 𝑻𝒊 = 𝑽𝒇 𝑻𝒇 Multiplicando as duas equações anteriores membro a membro, obtemos: (𝑷𝒊 ∙ 𝑽𝒊) · 𝑽𝒙 𝑻𝒊 = 𝑷𝒇 ∙ 𝑽𝒙 · 𝑽𝒇 𝑻𝒇 De onde vem a relação conhecida como Equação Geral dos Gases: 𝑷𝒊 ∙ 𝑽𝒊 𝑻𝒊 = 𝑷𝒇 · 𝑽𝒇 𝑻𝒇 Sendo i o Estado Inicial do gás ideal (antes da transformação de estado) e, f, seu Estado Final. Também podemos escrever: 𝑷𝒊 ∙ 𝑽𝒊 𝑻𝒊 = 𝑷𝒏 · 𝑽𝒏 𝑻𝒏 = ⋯ = 𝑷𝒇 · 𝑽𝒇 𝑻𝒇 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 15 A equação geral dos gases mantém a relação de proporcionalidade entre as variáveis de estado (pressão, volume e temperatura) já estudadas nas transformações isotérmica, isobárica e isocórica (isovolumétrica). Além disso, se fizermos um gráfico da transformação de estado que ocorre ao mesmo tempo com as três variáveis – pressão, volume e temperatura –, assim como o mostrado acima, obtemos o seguinte: O ponto i indica o Estado Inicial, o ponto x indica o Estado Intermediário, e o ponto f indica o Estado Final da transformação do gás ideal. (Mackenzie SP/2018) Certa massa fixa de um gás ideal, sob temperatura de 30 °C e pressão de 2 atm, foi submetida a uma transformação isocórica, em que sua temperatura foi aumentada em 150 unidades. Dessa forma, é correto afirmar que, durante a transformação, a) além do volume, a pressão manteve-se constante. b) apenas o volume permaneceu constante, e no final, a pressão exercida por essa massa gasosa, foi aumentada para aproximadamente 12 atm. c) apenas o volume permaneceu constante, e no final, a pressão exercida por essa massa gasosa, foi aumentada para aproximadamente 3 atm. d) apenas o volume permaneceu constante, e no final, a pressão exercida por essa massa gasosa, foi diminuída para aproximadamente 1 atm. e) apenas o volume permaneceu constante, e no final, a pressão exercida por essa massa gasosa, foi diminuída para aproximadamente 0,33 atm. Comentários: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 16 A transformação é isocórica, logo, o volume permanece constante e a temperatura aumenta em 150 unidades na escala Kelvin. O volume inicial é igual ao volume final, assim: Gabarito: C TEORIA CINÉTICA DOS GASES Não é novidade que os conteúdos científicos sofrem simplificações quando aplicados ao ensino médio. As leis de Boyle, Charles e Gay-Lussac descrevem como os gases se comportam, mas não explica por que eles se comportam de determinada forma. Por isso, foi necessária a elaboração de um modelo que representasse a estrutura interna de um gás. Os principais postulados dessa teoria e as explicações em nível microscópico das propriedades dos gases são: 𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 · 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 · 𝑉𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑇𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 2 𝑎𝑡𝑚 (30 + 273)𝐾 = 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 (30 + 273 + 150) 𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 = 2,99 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 17 Os gases que não cumprem o comportamento dos gases ideais são chamados de gases reais. Esses apresentam pequena, e não desprezível, força de interação entre as partículas gasosas. EQUAÇÃO DE ESTADO DE UM GÁS OU EQUAÇÃO DE CLAPEYRON Já foi falado aqui que certa massa fixa de um determinado gás sempre obedece à seguinte relação: 𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝒄𝒐𝒏𝒔𝒕𝒂𝒏𝒕𝒆 Se chamarmos a constante de proporcionalidade de R, temos: 𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝑹 O valor de R é constante para 1 mol de qualquer gás, a qualquer temperatura e pressão. Portanto, podemos fazer a seguinte generalização: ■ Para 1 mol de gás, temos: 𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝑹 ■ Para 2 mol de gás, temos:𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝟐 · 𝑹 ■ Para 3 mol de gás, temos: 𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝟑 · 𝑹 ■ Para n mol de gás, temos: 𝑷 · 𝑽 𝑻 = 𝒏 · 𝑹 Rearranjando todas as variáveis da equação acima, obtemos uma equação que regula o comportamento de um gás ideal, conhecida como Equação de Clapeyron. Observe: 𝑷 · 𝑽 = 𝒏 · 𝑹 · 𝑻 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 18 Lembrando que 𝑛 = 𝑚 → 𝑒𝑚 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑠 𝑀𝑀 → 𝑒𝑚 𝑔𝑟𝑎𝑚𝑎𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑚𝑜𝑙 Assim, podemos reescrever a equação como: 𝑷 · 𝑽 = 𝒎 𝑴𝑴 · 𝑹 · 𝑻 A constante de proporcionalidade R é chamada de constante universal dos gases. O valor numérico de R é o mesmo para todos os gases. Porém, o valor depende das demais variáveis da equação. 𝑅 = 𝑃 · 𝑉 𝑛 · 𝑇 = 𝑎𝑡𝑚 · 𝐿 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 = 0,082 𝑎𝑡𝑚 · 𝐿 · 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 𝑅 = 𝑃 · 𝑉 𝑛 · 𝑇 = 𝑚𝑚𝐻𝑔 · 𝐿 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 = 62,3 𝑚𝑚𝐻𝑔 · 𝐿 · 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 𝑅 = 𝑃 · 𝑉 𝑛 · 𝑇 = 𝑃𝑎 · 𝑚 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 = 8,314 𝑃𝑎 · 𝑚 · 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 Muita atenção às unidades, são elas que determinam qual valor de R será usado. Mas, calma, eu tenho uma pequena boa notícia: em geral o valor de R é fornecido na questão. Mas não custa nada você se acostumar com os valores. HIPÓTESE OU LEI DE AVOGADRO O volume molar dos gases (volume ocupado por 1 mol de qualquer gás), quando medido nas mesmas condições de pressão e temperatura, é sempre o mesmo. Esta característica dos gases é consequência da hipótese de Avogadro, discutida na aula sobre Teoria Atômico Molecular. Tal hipótese afirma que volumes iguais de gases têm o mesmo número de moléculas nas mesmas condições de temperatura e pressão. Matematicamente falando, tem-se que, de acordo com a Equação de Clapeyron, o volume molar de um gás ideal nas CNTP e nas CATP é: Condições Normais de Temperatura e Pressão 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝑃 𝑉 = (1 𝑚𝑜𝑙) · (0,082 𝑎𝑡𝑚 · 𝐿 · 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 ) · (273 𝐾) (1 𝑎𝑡𝑚) = 𝟐𝟐, 𝟒 𝑳 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 19 Condições Ambiente de Temperatura e Pressão 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝑃 𝑉 = (1 𝑚𝑜𝑙) · (0,082 𝑎𝑡𝑚 · 𝐿 · 𝑚𝑜𝑙 · 𝐾 ) · (298 𝐾) (1 𝑎𝑡𝑚) = 𝟐𝟒, 𝟒 𝑳 Para calcular o volume molar em outras condições de temperatura e pressão, basta utilizar a Equação de Clapeyron ou a equação geral dos gases. (UECE/2019) Um certo gás, medido a 40 °C e 0,83 atm, ocupa um volume de 691 mL e tem uma massa de 1,43 g. Efetuados os cálculos adequados, com as devidas aproximações, pode-se afirmar corretamente que esse composto é a) dióxido de carbono. b) dióxido de enxofre. c) gás cloro. d) trióxido de enxofre. Comentários: A partir dos dados aplicados a equação de estado de um gás (equação de Clapeyron) é possível determinar a massa molar do gás e, assim, comparar com as massas molares das alternativas. Sabendo que a massa molar dos átomos são: C=12, O = 16, S= 32 e C = 35,5, determina-se as massas molares das alternativas: a) dióxido de carbono – CO2 – 44 g/mol. b) dióxido de enxofre – SO2 – 64 g/mol. 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝑃 · 𝑉 = 𝑚 𝑀 · 𝑅 · 𝑇 0,83 𝑎𝑡𝑚 · 0,691 𝑚𝐿 = 1,43 𝑔 𝑀 · 0,082 𝑎𝑡𝑚 · 𝐿 · 𝑚𝑜𝑙−1 · 𝐾−1 · 313 𝐾 𝑀 = 64𝑔/𝑚𝑜𝑙 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 20 c) gás cloro – C2 – 71 g/mol. d) trióxido de enxofre – SO3 – 80 g/mol. Logo, o composto utilizado é o SO2, porque apresenta massa molar igual a 64 g/mol. Gabarito: B (FPS PE/2017) O método utilizado por Joseph Priestley, para obter o gás oxigênio, empregava a decomposição térmica de óxido de mercúrio, como mostra a equação química: 2 HgO (s) 2 Hg () + O2 (g) Considerando o oxigênio como gás ideal, calcule o volume desse gás, medido a 27 °C e 760 mmHg, produzido pela decomposição completa de 40,0 g de óxido de mercúrio. Dados: Massas molares em g·mol–1: Hg = 200,6; O = 16. R = 0,082 atm·L·mol–1 · K–1 0 °C = 273K a) 1,4 L b) 2,3 L c) 4,0 L d) 5,1 L e) 6,7 L Comentários: Primeiramente, é necessário calcular a quantidade de oxigênio, em gramas ou mol, produzido pelo consumo de 40,0 g de óxido de mercúrio. Calcula-se o volume do gás oxigênio, a partir dos dados: 0,092 mol, 27 °C (300K) e 760 mmHg (1 atm). Gabarito: B 2 · 216,6 𝑔 𝐻𝑔𝑂 − − − − 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 40,0 𝑔 𝐻𝑔𝑂 − − − − 𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑂2 x = 0,092 mol de O2 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 1 · 𝑉 = 0,092 · 0,082 · 300 𝑉 = 2,26 𝐿 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 21 MISTURA GASOSA Todos os cálculos apresentados até agora foram aplicados para um sistema gasoso puro, porém, as mesmas fórmulas serão essenciais para calcular as variáveis de estado de uma mistura gasosa. A maioria dos gases que encontramos na natureza são misturas, como por exemplo: Uma mistura gasosa formada por gases que não reagem entre si se comporta como se fosse um único gás e obedece às mesmas relações que valem para um único gás ideal. Ao ser colocado em um frasco fechado certa quantidade de um determinado gás, ele se difunde e ocupa todo o volume do frasco. Em determinada temperatura, a pressão exercida contra as paredes do frasco depende do número de moléculas desse gás: quanto maior esse número de moléculas do gás, maior e mais frequente são o número de choques contra as paredes do frasco e maior a pressão. O mesmo acontece com qualquer outro gás que for adicionado a esse sistema, independentemente do número de componentes dessa mistura gasosa. Cada um dos gases componentes dessa mistura exercerá contra as paredes do frasco uma pressão, a chamada pressão parcial. Assim, a pressão parcial de um gás em uma mistura é a pressão que ele exerceria se ocupasse sozinho o volume ocupado pela mistura a dada temperatura. Consequentemente, a pressão total da mistura na qual os gases não reagem entre si é a soma das pressões parciais dos componentes da mistura. Vamos dar um exemplo: para calcular a pressão de uma mistura gasosa com n mols de um gás A e n mols de um gás B, a uma dada temperatura e pressão, em um mesmo sistema, utilizamos a Equação de Clapeyron, escrita da seguinte forma: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 22 𝑷 · 𝑉 = 𝒏𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 · 𝑅 · 𝑇 𝑷 · 𝑉 = (𝒏𝑨 + 𝒏𝑩) · 𝑅 · 𝑇 Portanto, nas misturas de gases que não reagem entre si, a Equação de Clapeyron deve ser escrita da seguinte forma: 𝑷 · 𝑉 = 𝒏 · 𝑅 · 𝑇 Uma outra abordagem que podemos fazer é imaginar um sistema formado por dois recipientes fechados. Um dos recipientes contém certa massa de um gás ideal A e, no outro, certa massa de um gás ideal B. Considerando o sistema antes e depois da mistura, temos: Para o gás A, antes da mistura, temos: 𝑃 , 𝑉 𝑒 𝑇 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Sendo 𝑛 = 𝑃 · 𝑉 𝑅 · 𝑇 Para o gás B, antes da mistura, temos: 𝑃 , 𝑉 𝑒 𝑇 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Sendo 𝑛 = 𝑃 · 𝑉 𝑅 · 𝑇 Após a mistura de A e B: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 23 Como os gases não reagem, no sistema final teremos: 𝑛 + 𝑛 = 𝑃 · 𝑉 𝑅 · 𝑇 + 𝑃 · 𝑉 𝑅 · 𝑇 Logo, 𝑃 · 𝑉 𝑇 + 𝑃 · 𝑉 𝑇 = 𝑃 · 𝑉 𝑇 Observando que esse raciocínio pode ser generalizado para uma mistura de n gases. LEI DAS PRESSÕES PARCIAIS OU LEI DE DALTON Como vimos acima, a pressão parcial corresponde à pressão que o gás exerceria se estivesse sozinho no recipiente, nas mesmas condições de temperatura e pressão. A pressão de cada componente de uma mistura gasosa pode ser calculada por: 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑷𝑨 + 𝑷𝑩 + ⋯ + 𝑷𝒏 FRAÇÃO MOLAR (𝜒) A Lei das Pressões Parciais também pode ser escrita em função da fração molar de cada gás. Entende-se por fração molar a razão entre o número de mols deuma determinada substância e o número de mols total na mistura gasosa: 𝐹𝑟𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 (𝜒) = 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑎 𝑠𝑢𝑏𝑠𝑡â𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑙𝑠 𝑑𝑎 𝑚𝑖𝑠𝑡𝑢𝑟𝑎 Vamos aplicar isso: Consideremos a mistura genérica de gases A, B e C: 𝑃 = 𝑃 + 𝑃 + 𝑃 Partindo da Equação de Clapeyron Gás A: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Gás B: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Gás C: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Mistura de gases A + B + C: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 24 (𝑃 + 𝑃 + 𝑃 ) · 𝑉 = (𝑛 + 𝑛 + 𝑛 ) · 𝑅 · 𝑇 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 · 𝑉 = 𝒏𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 · 𝑅 · 𝑇 Se dividirmos, por exemplo, a equação do gás A pela equação de Clapeyron do Sistema Misturado, teremos o seguinte: 𝑃 · 𝑉 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 𝒏𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 · 𝑅 · 𝑇 𝑃 𝑷𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑛 𝒏𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝜒 Obviamente, isso pode ser aplicado a qualquer componente gasoso da mistura. Tomando como exemplo a fração molar para a mistura gasosa existente no ar, tem-se: Fração molar do Nitrogênio Fração molar do Oxigênio Fração molar do Argônio 𝝌𝑵𝟐 = 𝒏𝑵𝟐 𝒏𝑻 𝜒 = 𝑛 𝑛 𝜒 = 𝑛 𝑛 Aplicando a equação de estado dos gases, como demonstrado acima, pode-se afirmar que: Fração molar do Nitrogênio Fração molar do Oxigênio Fração molar do Argônio 𝝌𝑵𝟐 = 𝒏𝑵𝟐 𝒏𝑻 = 𝑷𝑵𝟐 𝑷𝑻 𝜒 = 𝑛 𝑛 = 𝑃 𝑃 𝜒 = 𝑛 𝑛 = 𝑃 𝑃 VOLUME PARCIAL O volume parcial pode ser entendido como o volume que um gás ocuparia se estivesse sozinho no recipiente, submetido às mesmas condições de temperatura pressão total do sistema. O volume parcial de um gás da mistura é entendido por um volume abstrato, pois, o volume de um gás é sempre igual ao volume de um recipiente. Dessa forma, tem-se: Fração molar do Nitrogênio Fração molar do Oxigênio Fração molar do Argônio 𝝌𝑵𝟐 = 𝒏𝑵𝟐 𝒏𝑻 = 𝑷𝑵𝟐 𝑷𝑻 = 𝑽𝑵𝟐 𝑽𝑻 𝜒 = 𝑛 𝑛 = 𝑃 𝑃 = 𝑉 𝑉 𝜒 = 𝑛 𝑛 = 𝑃 𝑃 = 𝑉 𝑉 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 25 (Mackenzie SP/2019) Uma mistura gasosa ideal contendo 24 g de gás hidrogênio e 84 g de gás nitrogênio, ocupa volume de 16,4 L, sob temperatura de 27 °C. Considerando que não haja reação entre esses gases, são feitas as seguintes proposições. I. O gás nitrogênio apresenta a maior fração em mols nessa mistura. II. A pressão total da mistura gasosa é de 22,5 atm. III. O volume parcial ocupado pelo gás hidrogênio é de 13,12 L. Dados: constante universal dos gases ideais (atm L mol–1 K–1) 0,082 e massas molares (g·mol–1) H = 1 e N = 14. Desse modo, podemos afirmar que a) são corretas todas as proposições. b) são corretas apenas as proposições I e II. c) são corretas apenas as proposições I e III. d) são corretas apenas as proposições II e III. e) nenhuma proposição é correta. Comentários: Julgando os itens, tem-se: I. Errado. Determina-se o número de mols de cada componente e, posteriormente, calcula-se a fração molar de cada um dos componentes. II. Certo. A pressão total da mistura é calculada por: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 26 III. Certo. Calcula-se o volume parcial do gás hidrogênio: Gabarito: D (UECE/2017) No laboratório de química, onde é comum recolher-se um gás pelo deslocamento de água, foram coletados 400 mL de gás oxigênio a 25 °C e 1 atm de pressão. Sabendo-se que a pressão de vapor da água na mesma temperatura é 0,03 atm, é correto afirmar que o volume de oxigênio seco obtido nas mesmas condições de temperatura e pressão é a) 328,0 mL. b) 388,0 mL. c) 368,0 mL. d) 354,0 mL. Comentários: Sabe-se que a pressão final do experimento é resultado do somatório da pressão do gás e do vapor de água, logo: Ptotal = Pvapor de água + Pgás oxigênio 1 atm = 0,03 atm + Pgás oxigênio Pgás oxigênio = 0,97 atm A partir das pressões parciais, calcula-se o volume parcial de oxigênio: Gabarito: B 𝑃𝑜𝑥𝑖𝑔 ê𝑛𝑖𝑜 𝑃𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑉𝑜𝑥𝑖𝑔 ê𝑛𝑖𝑜 𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 0,97 𝑎𝑡𝑚 1 𝑎𝑡𝑚 = 𝑉𝑜𝑥𝑖𝑔 ê𝑛𝑖𝑜 400 𝑚𝐿 𝑉𝑜𝑥𝑖𝑔 ê𝑛𝑖𝑜 = 388 𝑚𝐿 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 27 DENSIDADE GASOSA A densidade é calculada pela razão entre massa e volume, porém, existem outras maneiras de calcular a densidade de um gás ou de uma mistura gasosa: DENSIDADE ABSOLUTA A densidade de um gás pode ser determinada a partir da equação de Clapeyron (equação de estado de um gás: 𝑃 · 𝑉 = 𝑛 · 𝑅 · 𝑇 Sabendo que n é calculado pela razão de massa e massa molar, tem-se: 𝑃 · 𝑉 = 𝑚 𝑀 · 𝑅 · 𝑇 → 𝑚 𝑉 = 𝑃 · 𝑀 𝑅 · 𝑇 → 𝑑 = 𝑃 · 𝑀 𝑅 · 𝑇 Para sistemas gasosos que são misturas gasosos, é necessário calcular o valor da massa molar da mistura por massa molar aparente de uma mistura. A massa molar aparente de uma mistura gasosa é determinada pela média ponderada das massas molares de seus constituintes. Por exemplo, calcula-se a massa molar aparente da seguinte mistura: 70% de N2 (massa molar: 28 g/mol), 20% de O2 (massa molar: 32 g/mol) e 10% de Argônio (massa molar: 28 g/mol): 𝑀 = 𝑋 · 𝑀 + 𝑋 · 𝑀 + 𝑋 · 𝑀 1 𝑀 = 0,7 · 28 𝑔/𝑚𝑜𝑙 + 0,2 · 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙 + 0,1 · 40 𝑔/𝑚𝑜𝑙 1 = 30 𝑔/𝑚𝑜𝑙 Logo, a massa molar que representa a mistura é 30 g/mol. Lembre-se que, em uma média ponderada, a massa da média se aproxima da massa do componente mais abundante. Densidade Gasosa Densidade Absoluta Calculada a partir das quantidade das variáveis de estado Densidade Relativa Calculada a partir da densidade de um gás nas mesmas condições de temperatura e pressão t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 28 DENSIDADE RELATIVA A densidade relativa de um gás é determinada pela razão entre as densidades de gases ou misturas desde que se encontrem nas mesmas condições de temperatura e pressão. Por exemplo, deseja-se comparar a densidade entre o gás nitrogênio e o oxigênio nas mesmas condições de temperatura e pressão. Nitrogênio Oxigênio 𝑑 = 𝑃 · 𝑀 𝑅 · 𝑇 𝑑 = 𝑃 · 𝑀 𝑅 · 𝑇 𝑑 𝑀 = 𝑃 𝑅 · 𝑇 𝑑 𝑀 = 𝑃 𝑅 · 𝑇 Sabendo que os dois gases apresentam os mesmos valores de P, R e T, tem-se 𝑑 𝑀 = 𝑑 𝑀 𝒅𝑵𝟐 𝒅𝑶𝟐 = 𝑴𝑵𝟐 𝑴𝑶𝟐 A densidade relativa é o procedimento mais rápido e prático de determinar a densidade de um material gasoso, porém, é necessário saber a densidade de um gás nas condições em que se encontra. Análise qualitativa das densidades relativas Vamos supor que um indivíduo tenha preenchido diversos balões com diferentes gases (O2, CO2, He, CH4 e H2) e colocados dentro de uma caixa. Após um tempo, esse indivíduo abre a caixa. Considerando que a massa molar aparente do ar é, aproximadamente, igual a 29 g/mol, quais balões sobem e quais permanecem na caixa aberta? A fim de determinar quais balões sobem ou descem, é necessário comparar as densidades: 𝑑 á = 𝑃 · 𝑀 á 𝑅 · 𝑇 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 29 Sabendo que os gases se encontram nas mesmas condições de temperatura e pressão, conclui-se que o único fator que diferenciará numericamente a densidade do gás será sua massa molar. Portanto, aqueles que apresentarem massa molar superior a 29 g/mol (massa molar do ar), permanecerá na caixa, enquanto os gases que apresentam massa molar inferior a 29 g/mol, subirão. Logo, conclui-se que: Quanto maior a massa molar de um gás, maior a sua densidade. (FGV SP/2018) Uma substância gasosa X, massa molar 32 g/mol, apresenta densidade igual a 2,0 g/L a uma certa condição de temperatura e pressão. Nessas mesmas condições de temperatura e pressão, uma outra substância gasosa Y tem densidade igual a 3,0 g/L. A massa molar da substância Yem g/mol é a) 72. b) 48. c) 36. d) 24. e) 10. Comentários: Utilizando a equação de densidade relativa, tem-se: 𝑑𝑋 𝑑𝑌 = 𝑀𝑋 𝑀𝑌 2,0 𝑔/𝐿 3,0 𝑔/𝐿 = 32 𝑔/𝑚𝑜𝑙 𝑀𝑌 𝑀𝑌 = 48 𝑔/𝑚𝑜𝑙 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 30 Gabarito: B EFUSÃO E DIFUSÃO GASOSA Os gases apresentam elevada mobilidade e baixa interação entre suas partículas. Esse movimento cinético justifica dois comportamentos cinéticos dos gases: efusão e difusão gasosa. Compara-se a energia cinética dos gases nitrogênio e oxigênio, ambos nas mesmas condições de temperatura e pressão: 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 = 𝑇𝑒𝑚𝑝𝑒𝑟𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 = 𝐸𝑛𝑒𝑟𝑔𝑖𝑎 𝑐𝑖𝑛é𝑡𝑖𝑐𝑎 𝑚 · 𝑣 2 = 𝑚 · 𝑣 2 Sabendo que massa é igual a massa molar vezes o número de mols, tem-se: 𝑛 · 𝑀 · 𝑣 = 𝑛 · 𝑀 · 𝑣 Para comparar o movimento de partículas gasosas de diferentes substâncias, adota-se a mesma quantidade de partículas de cada um dos gases: 𝑀 · 𝑣 = 𝑀 · 𝑣 𝑣 𝑣 = 𝑀 𝑀 𝑣 𝑣 = 𝑀 𝑀 Comportamento Cinético Efusão Gasosa Vazamento de um gás por um orifício Difusão Gasosa Espalhamento de um gás em um recipiente t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 31 Logo, conclui-se que: Quanto maior a massa molar de um gás, menor a velocidade de propagação de suas partículas. Ao encher dois balões, um com gás carbônico e outro com gás hélio, qual balão esvazia mais rapidamente? A massa molar do gás carbônico é igual a 44 g/mol, enquanto a massa molar do gás hélio é igual a 4g/mol. Esses dois gases, quando encontrados nas mesmas condições de temperatura e pressão, apresentam velocidades de propagações diferentes. O hélio, por ser mais leve, apresenta suas partículas se movimentando com velocidade superior, logo, apresentará maior taxa de efusão. O balão preenchido de gás hélio sofrerá mais efusão, ou seja, esvaziará primeiro que o balão de gás carbônico. (Unimontes MG/2015) Em geral, as moléculas de um gás movimentam-se em grande velocidade no ambiente. Quando um frasco de perfume é aberto, percebe-se logo o odor da essência no ar. Essa percepção depende da composição e difusão do gás emitido pelo perfume. Considere que, quando Paula utiliza diferentes perfumes, Maria, que está na outra extremidade da sala, perceberá, em tempos diferentes e alguns segundos depois, o odor do perfume. Assim é CORRETO afirmar que a) a percepção ocorre porque o gás com maior densidade difunde-se mais rapidamente. b) a percepção dos odores demora porque ocorrem colisões aleatórias entre o ar e o gás emitido. c) o perfume contendo gases com menor massa molar terá menor velocidade de difusão. d) a ordem em que Maria sentirá os odores é igual à ordem decrescente da massa molar dos gases emitidos. Comentários: Julgando os itens, tem-se: a) Errado. Quanto maior a densidade de um gás, maior a sua massa molar e, assim, menor a velocidade de propagação se espelhando mais lentamente. b) Certo. Durante o processo de difusão gasosa ocorrem choques aleatório que aumentam o tempo de percepção devido ao movimento aleatório. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 32 c) Errado. Quanto menor a densidade de um gás, menor a sua massa molar e, assim, mais a velocidade de propagação se espelhando mais rapidamente. d) Errado. A ordem de sensação dos aromas equivale a ordem crescente das massas molares dos gases, porque quanto menor a massa maior a velocidade de propagação das partículas. Gabarito: B QUESTÕES FUNDAMENTAIS8 Considerações: Utilize os valores das massas molares de uma tabela periódica quando achar necessário. Adote o valor da constante universal dos gases igual a 0,082 atm · L · mol-1 · K-1. Condições Normais de Temperatura e Pressão: 0 °C e 1 atm. Condições Ambientes de Temperatura e Pressão: 25 °C e 1 atm. Questão Fundamental 01 Complete o quadro com os valores das variáveis de estado para as devidas transformações. Sendo: Pi = pressão inicial, Vi = volume inicial, Ti = temperatura inicial, Pf = pressão inicial, Vf = volume inicial e Tf = temperatura inicial. Transformação Pi (atm) Vi (L) Ti (° c) Pf (atm) Vf(L) Tf (°C) Isotérmica 1 6 25 2 Isovolumétrica 10 27 3 37 Isobárica -3 1 5 25 Isotérmica 3 15 5 3 Isocórica 1 27 1,5 1 Questão Fundamental 02 Inicialmente, um recipiente apresenta 50 mL, 1 atm a 25 °C. Calcule a pressão, em atm, quando, esse mesmo recipiente de volume fixo, estiver a 50 °C. Questão Fundamental 03 Calcule o número de moléculas do gás hidrogênio quando se encontra em um recipiente de 500 mL, 2 atm e 27 °C. Questão Fundamental 04 8 Questões criadas pelo Professor Prazeres t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 33 Classifique as transformações gasosas abaixo em: isotérmica, isovolumétrica, isobárica e ‘não é uma transformação gasosa’. a) O milho de pipoca é aquecido até o instante em que um grão de pipoca quase estoura. b) Um balão cheio de ar é colocado dentro do freezer e murcha. c) Calibração de um pneu de bicicleta. d) Uma lata de desodorante com gás dentro é amassada. e) Uma panela de pressão é aquecida até o momento anterior de ‘pegar pressão’. f) O murchar de um balão com o tempo. g) Quando a válvula da panela de pressão sobe e igual a sua pressão com a pressão atmosférica. Questão Fundamental 05 Momento inicial de um gás: 1L, 25 °C e 2 atm. Calcule a pressão desse mesmo gás quando atingir o dobro do volume e aquecido a 100 °C. Questão Fundamental 06 Ao realizar a reação abaixo, o gás obtido foi coletado e colocado em um balão. Calcule a massa, em gramas, necessária de bicarbonato de sódio para produzir um balão de 250 mL de CO2, nas condições ambientes de temperatura e pressão. NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 (equação não balanceada) Questão Fundamental 07 Ao realizar a reação abaixo, o gás obtido foi coletado e colocado em um balão. Calcule o volume, em mL, do balão quando 1 grama de azida de sódio (NaN3) é, completamente, decomposto nas condições ambientes de temperatura e pressão. 2 NaN3 (s) → 2 Na (s) + 3 N2 (g) Questão Fundamental 08 Calcule a pressão total, em atm, de uma mistura que apresente 0,3 mols de gás carbônico e 0,2 mols de gás metano em um recipiente de 500 mL a 0 °C. Questão Fundamental 09 Um sistema gasoso é composto por 100 gramas de gás metano e 100 gramas de gás etano a 10 atm. Calcule, em atm, a pressão parcial de gás metano. Questão Fundamental 10 Em determinadas condições, a densidade gasosa do metano é igual a 2 g/L. Calcule a densidade gasosa do butano, nas mesmas condições do gás metano. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 34 RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES FUNDAMENTAIS Questão Fundamental 01 Complete o quadro com os valores das variáveis de estado para as devidas transformações. Sendo: Pi = pressão inicial, Vi = volume inicial, Ti = temperatura inicial, Pf = pressão inicial, Vf = volume inicial e Tf = temperatura inicial. Transformação Pi (atm) Vi (L) Ti (° c) Pf (atm) Vf(L) Tf (°C) Isotérmica 1 6 25 2 Isovolumétrica 10 27 3 37 Isobárica -3 1 5 25 Isotérmica 3 15 5 3 Isocórica 1 27 1,5 1 Resolução Aplica-se a equação geral dos gases: 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 = 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 Lembre-se que as temperaturas devem estar em Kelvin. Isotérmica Temperaturas iguais Ti = Tf = 25 °C 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑃 ∙ 𝑉 1 𝑎𝑡𝑚 ∙ 6 𝐿 = 2 𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑉 𝑉 = 3𝐿 Isovolumétrica Volumes iguais Vi = Vf = 10 L 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑇 𝑃 300 𝐾 = 3 𝑎𝑡𝑚 310 𝐾 𝑃 = 2,9 𝑎𝑡𝑚 Isobárica Pressões iguais Pi = Pf = 1 atm 𝑉 𝑇 = 𝑉 𝑇 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 35 𝑉 270 𝐾 =5 𝐿 298 𝐾 𝑉 = 4,5 𝐿 Isotérmica Temperaturas iguais Ti = Tf = 5 °C 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑃 ∙ 𝑉 3 𝑎𝑡𝑚 ∙ 15 𝐿 = 𝑃 ∙ 3 𝐿 𝑃 = 15 𝑎𝑡𝑚 Isocórica Volumes iguais Vi = Vf = 1 L 𝑃 𝑇 = 𝑃 𝑇 1 𝑎𝑡𝑚 300 𝐾 = 1,5 𝑎𝑡𝑚 𝑇 𝑇 = 450 𝐾 𝑇 = 177 °𝐶 Transformação Pi (atm) Vi (L) Ti (° c) Pf (atm) Vf(L) Tf (°C) Isotérmica 1 6 25 2 3 25 Isovolumétrica 2,9 10 27 3 10 37 Isobárica 1 4,5 -3 1 5 25 Isotérmica 3 15 5 15 3 5 Isocórica 1 1 27 1,5 1 177 Questão Fundamental 02 Inicialmente, um recipiente apresenta 50 mL, 1 atm a 25 °C. Calcule a pressão, em atm, quando, esse mesmo recipiente de volume fixo, estiver a 50 °C. Resolução 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 = 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 Temperatura deve ser anotada na equação em Kelvin, logo, 25 °C = 298 K e 50 °C = 323 K. 1 𝑎𝑡𝑚 ∙ 50 𝑚𝐿 298 𝐾 = 𝑃 ∙ 50 𝑚𝐿 323 𝐾 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 36 𝑃 = 1,08 𝑎𝑡𝑚 Questão Fundamental 03 Calcule o número de moléculas do gás hidrogênio quando se encontra em um recipiente de 500 mL, 2 atm e 27 °C. Resolução 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 Temperatura deve ser anotada na equação em Kelvin, logo, 27 °C = 300 K. 2 𝑎𝑡𝑚 ∙ 0,5 𝐿 = 𝑛 ∙ 0,082 ∙ 300 𝐾 𝑛 = 0,04 𝑚𝑜𝑙 1 𝑚𝑜𝑙 − − − − 6 ∙ 10 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐻 0,04 𝑚𝑜𝑙 − − − − 𝑥 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐻 𝑥 = 0,24 ∙ 10 = 2,4 ∙ 10 𝑚𝑜𝑙é𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 𝑑𝑒 𝐻 Questão Fundamental 04 Classifique as transformações gasosas abaixo em: isotérmica, isovolumétrica, isobárica e ‘não é uma transformação gasosa’. a) O milho de pipoca é aquecido até o instante em que um grão de pipoca quase estoura. b) Um balão cheio de ar é colocado dentro do freezer e murcha. c) Calibração de um pneu de bicicleta. d) Uma lata de desodorante com gás dentro é amassada. e) Uma panela de pressão é aquecida até o momento anterior de ‘pegar pressão’. f) O murchar de um balão com o tempo. g) Quando a válvula da panela de pressão sobe e igual a sua pressão com a pressão atmosférica. Resolução a) Isovolumétrica, porque o volume do grão de milho, praticamente, se conserva, enquanto a temperatura e a pressão do vapor de água dentro dele aumentam. b) Isobárica. A pressão dentro da geladeira é constante e igual à pressão dentro do balão, porque se considera a elasticidade do balão como perfeita. Assim, ao diminuir a temperatura, diminui-se o volume do balão. c) Não é uma transformação gasosa, porque não apresenta conservação na quantidade de partículas gasosas. O número de partículas gasosas aumenta, por isso não é classificado por nenhuma transformação do tipo ‘isso’. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 37 d) Isotérmica. Ao amassar a lata, não se observa aumento de temperatura, porém, ao diminuir o volume, a pressão gasosa é aumentada. e) Isovolumétrica. A panela de pressão apresenta um volume fixo quando a válvula da pressão ainda não foi acionada. Assim, quanto maior a temperatura, maior a pressão dentro da panela. f) Não é uma transformação gasosa. O balão murcha porque vazam partículas gasosas de seu interior, logo, a quantidade de partículas não é constante. g) Não é uma transformação gasosa. O sistema é aberto e quantidade de partículas dentro do recipiente é diferente. Não ocorre manutenção na quantidade de partículas desse sistema aberto, porque a panela está mais quente e com maior pressão que o meio externo. Questão Fundamental 05 Momento inicial de um gás: 1L, 25 °C e 2 atm. Calcule a pressão desse mesmo gás quando atingir o dobro do volume e aquecido a 100 °C. Resolução 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 = 𝑃 ∙ 𝑉 𝑇 Temperatura deve ser anotada na equação em Kelvin, logo, 25 °C = 298 K e 100 °C = 373 K. 2 𝑎𝑡𝑚 ∙ 1 𝐿 298 𝐾 = 𝑃 ∙ 2 𝐿 373 𝐾 𝑃 = 1,25 𝑎𝑡𝑚 Questão Fundamental 06 Ao realizar a reação abaixo, o gás obtido foi coletado e colocado em um balão. Calcule a massa, em gramas, necessária de bicarbonato de sódio para produzir um balão de 250 mL de CO2, nas condições ambientes de temperatura e pressão. NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 (equação não balanceada) Resolução Primeiramente, balanceia-se a equação fornecida: 2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2 As condições ambientes de temperatura e pressão são: 25 °C (ou 298 K) e 1 atm. Calcula-se a quantidade de matéria, em mol, de CO2 contido no balão: 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 1 𝑎𝑡𝑚 ∙ 0,250 𝐿 = 𝑛 ∙ 0,082 ∙ 298 𝐾 𝑛 = 0,01 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑂 Calcula-se a massa, em gramas, de NaHCO3 (massa molar igual a 84 g/mol) necessária para produzir 0,01 mol de CO2: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 38 2 ∙ 84 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂 − − − − 1 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑂 𝑥 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂 − − − − 0,01 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝑂 𝑥 = 1,68 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝐻𝐶𝑂 Questão Fundamental 07 Ao realizar a reação abaixo, o gás obtido foi coletado e colocado em um balão. Calcule o volume, em mL, do balão quando 1 grama de azida de sódio (NaN3) é, completamente, decomposto nas condições ambientes de temperatura e pressão. 2 NaN3 (s)→ 2 Na (s) + 3 N2 (g) Resolução Sabendo que o balão é preenchido somente pelo gás nitrogênio (N2), calcula-se a quantidade, em mol, de N2 formada pelo consumo de 1 g de NaN3 (massa molar igual a 65 g/mol): 2 ∙ 65 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑁 − − − − 3 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁 1 𝑔 𝑑𝑒 𝑁𝑎𝑁 − − − − 𝑥 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁 𝑥 = 0,023 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝑁 A partir de 0,023 mol de N2, calcula-se o volume ocupado nas condições ambientes (25 °C ou 298 K e 1 atm): 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 1 𝑎𝑡𝑚 ∙ 𝑉 = 0,023 ∙ 0,082 ∙ 298 𝐾 𝑉 = 0,562 𝐿 = 562 𝑚𝐿 Questão Fundamental 08 Calcule a pressão total, em atm, de uma mistura que apresente 0,3 mols de gás carbônico e 0,2 mols de gás metano em um recipiente de 500 mL a 0 °C. Resolução A pressão de uma mistura gasosa depende, somente, da quantidade total de partículas, independente do tipo de partícula. Isso ocorre porque, para o ensino médio, consideramos o comportamento dos gases sempre ideal, ou seja, as forças de atração ou repulsão entre as partículas gasosas é nula. A partir da quantidade total de partículas que é 0,5 mols (0,3 mol de CO2 e 0,2 mols de CH4) nas condições (0 °C ou 273 K e 500 mL ou 0,5 L), calcula-se a pressão total: 𝑃 ∙ 𝑉 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇 𝑃 ∙ 0,5 𝐿 = 0,5 𝑚𝑜𝑙 ∙ 0,082 ∙ 273 𝐾 𝑃 = 22,3 𝑎𝑡𝑚 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 39 Questão Fundamental 09 Um sistema gasoso é composto por 100 gramas de gás metano e 100 gramas de gás etano a 10 atm. Calcule, em atm, a pressão parcial de gás metano. Resolução A pressão total é de 10 atm. A pressão total é proporcional à quantidade de partículas, portanto, inicialmente, calcula-se a quantidade, em mol, de cada substância no sistema: Gás metano – CH4 – massa molar: 16 g/mol Gás etano – C2H6 – massa molar: 30 g/mol 𝑛 = 100 𝑔 16 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 6,25 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶𝐻 𝑛 = 100 𝑔 30 𝑔/𝑚𝑜𝑙 = 3,33 𝑚𝑜𝑙 𝑑𝑒 𝐶 𝐻 Assim, a pressão parcial de metano é calculada por: 𝑃 𝑃 = 𝑛 𝑛 → 𝑃 10 𝑎𝑡𝑚 = 6,25 𝑚𝑜𝑙 6,25 𝑚𝑜𝑙 + 3,33 𝑚𝑜𝑙 → 𝑃 = 6,52 𝑎𝑡𝑚 Questão Fundamental 10 Em determinadas condições, a densidade gasosa do metano é igual a 2 g/L. Calcule a densidade gasosa do butano, nas mesmas condições do gás metano. Resolução Gás metano – CH4 – massa molar: 16 g/mol Gás butano – C4H10 – massa molar: 58 g/mol 𝑑 𝑑 = 𝑀 𝑀 → 2 𝑔/𝐿 𝑑 = 16 𝑔/𝑚𝑜𝑙 58 𝑔/𝑚𝑜𝑙 → 𝑑 = 7,25 𝑔/𝐿 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 40 QUESTÕES EXTRAS GASES PERFEITOS / TRANSFORMAÇÕES GASOSAS E LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES 1. (Fuvest SP/2018/2ªFase) Em navios porta-aviões, é comum o uso de catapultas para lançar os aviões das curtas pistas de decolagem. Um dos possíveis mecanismos de funcionamento dessas catapultas utiliza vaporde água aquecido a 500 K para pressurizar um pistão cilíndrico de 60 cm de diâmetro e 3 m de comprimento, cujo êmbolo é ligado à aeronave. Após a pressão do pistão atingir o valor necessário, o êmbolo é solto de sua posição inicial e o gás expande rapidamente até sua pressão se igualar à pressão atmosférica (1 atm). Nesse processo, o êmbolo é empurrado, e o comprimento do cilindro é expandido para 90 m, impulsionando a aeronave a ele acoplada. Esse processo dura menos de 2 segundos, permitindo que a temperatura seja considerada constante durante a expansão. a) Calcule qual é a pressão inicial do vapor de água utilizado nesse lançamento. b) Caso o vapor de água fosse substituído por igual massa de nitrogênio, nas mesmas condições, o lançamento seria bem-sucedido? Justifique. Note e adote: Constante universal dos gases: R = 8 10–5 atm m3mol–1K–1; = 3; Massas molares: H2O ..... 18 g/mol N2 ..... 28 g/mol 2. (UEL PR/2014) Em um balão de paredes rígidas, foram colocados 0,200 g de gás hidrogênio, 6,400 g de gás oxigênio e um material sólido que absorve água. O volume do balão é de 4,480 L e é mantido à temperatura de 0 ºC. No balão, passa-se uma faísca elétrica de modo que haja reação e a água formada seja retirada pelo material absorvente, não exercendo pressão significativa. Com base nesse problema, responda aos itens a seguir. a) Supondo um comportamento ideal, qual é a pressão no balão (em atmosferas) após inserção de oxigênio e hidrogênio? Considere Kmol Latm 082,0R ; P V = n R T b) Após a reação, mantendo-se a temperatura inicial e o volume, qual a pressão no interior do balão? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 41 3. (UFG GO/2013/2ªFase) Uma lata de refrigerante tem o volume total de 350 mL. Essa lata está aberta e contém somente o ar atmosférico, e é colocada dentro de um forno a 100 ºC. Após a lata atingir essa temperatura, ela é fechada. A seguir, tem sua temperatura reduzida a 25 ºC. Com o decréscimo da temperatura, ocorre uma redução da pressão interna da lata que levará a uma implosão. Ante o exposto, calcule a pressão no interior da lata no momento imediatamente anterior à implosão e o volume final após a implosão. 4. (UEG GO/2012/Julho) As leis físicas dos gases foram obtidas experimentalmente a partir do comportamento desses gases em face de certas condições de volume, pressão e temperatura. Como exemplo, pode-se citar os experimentos de Boyle-Mariotte, os quais mostraram como varia o volume e a pressão de determinada massa de um gás a uma certa temperatura. A figura e a tabela abaixo transmitem respectivamente a ideia do experimento realizado e os valores hipotéticos obtidos. 2,075 1,5100 1,0150 0,5300 (atm) Pressão)(dm Volume 3 Dados: MM(O2) = 32 g.mol–1; MM(CO2) = 44 g.mol–1; R = 0,082 atm.L.mol–1.K–1 Considerando as figuras e as informações apresentadas acima, a) construa o gráfico da pressão versus o volume, utilizando os dados do experimento; b) mostre, através de cálculos, se o gás presente dentro do recipiente é o gás carbônico (CO2) ou o oxigênio (O2). 5. (UEM PR/2012/Julho) Um balão meteorológico que contém gás hélio, que se comporta como um gás ideal, é lançado na atmosfera terrestre a partir do nível do mar. A 10 km de altitude, o volume do gás contido no balão alcança 400 m3, enquanto sua pressão e sua temperatura são as mesmas do ambiente externo, ou seja, 4,15 103 N/m2 e –23 C. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 42 Com base nessas informações e nos dados abaixo, assinale o que for correto. Dados: R = 8,31 J/mol.k e M hélio = 4,0 10–3 Kg/ mol. 01. O comportamento físico desse gás pode ser analisado empregando-se a equação de Clapeyron e as leis de Boyle-Mariotte e de Charles e Gay-Lussac. 02. O número de mols de átomos de gás contido no balão é de aproximadamente 800. 04. A velocidade média dos átomos do gás no interior do balão, a 10 km de altitude, é de aproximadamente 1.250 m/s. 08. A energia interna do gás independe da temperatura em que ele se encontra. 16. A massa de gás hélio contida no balão é de aproximadamente 3,2 kg. 6. (UFG GO/2012/Julho) Considere o esquema apresentado a seguir, em que um experimento é executado do seguinte modo: um ovo cozido e sem casca, colocado sobre o bocal de uma garrafa à temperatura ambiente, não passa para seu interior em virtude de seu diâmetro ser levemente maior que o do bocal, conforme desenho A. Em seguida o ovo é retirado e a garrafa é aquecida à 60 ºC, conforme desenho B. Com a garrafa ainda aquecida, o ovo é recolocado sobre o bocal da garrafa e, durante o processo de resfriamento da garrafa, ele passa para seu interior conforme desenho C. Explique o fenômeno que ocorre no experimento descrito e justifique por que o ovo, após o resfriamento, passa pelo bocal da garrafa. GASES PERFEITOS / HIPÓTESE DE AVOGADRO 7. (Unifesp SP/2020/2ªFase) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 43 Os gases medicinais são utilizados em hospitais, clínicas de saúde ou outros locais de interesse à saúde, bem como em tratamentos domiciliares de pacientes. Considere a composição de quatro gases medicinais, acondicionados separadamente em quatro cilindros, I, II, III e IV, nas condições indicadas na tabela. a) Identifique, entre os gases medicinais citados, aquele que é constituído por uma substância química simples e aquele que gera uma solução aquosa ácida ao ser borbulhado em água destilada. b) Baseando-se no princípio de Avogadro, determine as seguintes proporções: número de moléculas no cilindro I : número de moléculas no cilindro II : número de moléculas no cilindro III : número de moléculas no cilindro IV. número de átomos de oxigênio no cilindro II : número de átomos de oxigênio no cilindro III. GASES PERFEITOS / EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 8. (UFCG PB/2010/Janeiro) Os pesquisadores procuram desenvolver novos equipamentos esportivos que favoreçam uma maior performance do atleta. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus com um gás bastante leve e inerte à combustão. Dado: R = 0,082 L.atm/K.mol a) Escolha dentre os gases: CO2, N2, Ne e O2, o que seria mais adequado para inflar o pneu da bicicleta. Justifique sua resposta. b) Se, para inflar um pneu com 0,4 L de volume e a pressão de 6,15 atm, a 27oC, a massa foi de 2,8 g, qual dos gases acima foi utilizado? Justifique a resposta. 9. (Uniube MG/2020/Janeiro) O gás oxigênio pode ser obtido em laboratório como produto da reação de decomposição térmica do permanganato de potássio (KMnO4), que tem massa molar 158 g/mol. A reação se processa de acordo com a seguinte equação: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 44 4KMnO4 (s) 4MnO2 (s) + 2K2O (s) + 3O2 (g) a) Dê os números de oxidação do manganês nos compostos KMnO4 e MnO2. b) Considerando que a constante dos gases seja R = 0,08 atm L mol–1 K–1, calcule o volume de oxigênio, em litros, que se forma na reação de decomposição térmica de 1 264 g de permanganato de potássio, a 127 ºC e 1,00 atm. 10. (Unesp SP/2010/Ciências da Natureza) As populações de comunidades, cujas moradias foram construídas clandestinamente sobre aterros sanitários desativados, encontram-se em situação de risco, pois podem ocorrer desmoronamentos ou mesmo explosões. Esses locais são propícios ao acúmulo de água durante os períodos de chuva e, sobretudo, ao acúmulo de gás no subsolo. A análise de uma amostra de um gás proveniente de determinado aterro sanitário indicou que o mesmo é constituído apenas por átomos de carbono (massa molar = 12,0gmol–1) e de hidrogênio (massa molar = 1,0 g·mol–1) e que sua densidade, a 300 K e 1 atmosfera de pressão, é 0,65 gL–1. Calcule a massa molar do gás analisado e faça a representação da estrutura de Lewis de sua molécula. Dado: R = 0,082 LatmK–1mol–1 11. (UFG GO/2011/2ªFase) Um cilindro contendo 64 g de O2 e 84 g de N2 encontra-se em um ambiente refrigerado a –23 °C. O manômetro conectado a esse cilindro indica uma pressão interna de 4 atm. Além disso, o manômetro também indica um alerta de que as paredes do cilindro suportam, no máximo, 4,5 atm de pressão. Devido a uma falha elétrica, a refrigeração é desligada e a temperatura do ambiente, em que o cilindro se encontra, se eleva a 25 °C. Dado R = 0,082 atm L mol–1 K–1 a) Calcule o volume do cilindro e a pressão parcial de cada gás nas condições iniciais em que o cilindro se encontrava. b) Demonstre, por meio de cálculos, se as paredes do cilindro vão resistir à nova pressão interna, a 25 °C, após a falha elétrica. 12. (Famerp SP/2019) Um extintor caseiro foi produzido utilizando-se vinagre e bicarbonato de sódio, conforme a figura: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 45 (https://br.pinterest.com) Após a inclinação do recipiente, ocorreu o contato entre o bicarbonato de sódio e o ácido acético (CH3 – COOH) presente no vinagre. O resultado dessa reação é a produção de dióxido de carbono, água e acetato de sódio, gerando uma pressão igual a 14,76 atm. a) Ciente de que o vinagre é uma solução aquosa de ácido acético, indique o número de elementos químicos e o número de substâncias existentes no sistema inicial, desconsiderando o ar que ocupa a garrafa. b) Considerando que o experimento ocorra a 27 ºC, que a constante universal dos gases seja igual a 0,082 atm L mol–1 K–1 e que o volume disponível para o gás seja igual a 100 mL, calcule a massa de gás carbônico produzida na reação. 13. (Unicamp SP/2017) Um teste caseiro para saber se um fermento químico ainda se apresenta em condições de bom uso consiste em introduzir uma amostra sólida desse fermento em um pouco de água e observar o que acontece. Se o fermento estiver bom, ocorre uma boa efervescência; caso contrário, ele está ruim. Considere uma mistura sólida que contém os íons dihidrogenofosfato, H2PO4–, e hidrogenocarbonato, HCO3–. a) Considerando que o teste descrito anteriormente indica que a mistura sólida pode ser de um fermento que está bom, escreva a equação química que justifica esse resultado. b) Tendo em vista que a embalagem do produto informa que 18 g desse fermento químico devem liberar, no mínimo, 33 m1045,1 de gases a 298 K e 93.000 Pa, determine a mínima massa de hidrogenocarbonato de sódio que o fabricante deve colocar em 18 gramas do produto. Dado: R = 8,3 Pa m3 mol–1 K–1. 14. (UFG GO/2014/2ªFase) Em um ambiente climatizado a 20 ºC, havia balões de enfeite para uma festa, com volumes de 3, 5 e 10 litros, preenchidos com nitrogênio. Durante o referido evento, uma falha na climatização permitiu um aumento da temperatura, que chegou a 30 ºC. Sabendo que a pressão máxima que as paredes dos balões são capazes de suportar é de 4,0 atm, determine se algum balão explodiu. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 46 Dados: R = 0,082 atm.L.mol–1.K–1 n = 0,5 mol 15. (Fuvest SP/2012/2ªFase) A um recipiente, contendo solução aquosa de ácido sulfúrico, foi adicionada uma massa m de carbonato de sódio. Imediatamente após a adição desse sal, foi adaptado, à boca do recipiente, um cilindro de raio r, no interior do qual um êmbolo, de massa desprezível, pode se deslocar sem atrito. Após algum tempo, o carbonato de sódio foi totalmente consumido, e o gás liberado moveu o êmbolo para cima. Nessa transformação, o ácido sulfúrico era o reagente em excesso. a) Escreva a equação química balanceada que representa a transformação que ocorreu dentro do recipiente. b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio. A massa de carbonato de potássio utilizada nesse segundo experimento também foi m. A altura atingida pelo êmbolo foi a mesma nos dois experimentos? Explique. (Considere desprezível a variação de temperatura no sistema). c) Escreva a expressão matemática que relaciona a altura x, atingida pelo êmbolo, com a massa m de carbonato de sódio. Para isso, considere que - a solubilidade do gás, na solução, é desprezível, e não há perda de gás para a atmosfera; - nas condições do experimento, o gás formado se comporta como um gás ideal, cujo volume é dado por V = nRT/P, em que: P = pressão do gás n = quantidade de matéria do gás (em mol) R = constante universal dos gases T = temperatura do gás (em K) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 47 Observação: Use a abreviatura MM para representar a massa molar do carbonato de sódio. 16. (Unesp SP/2012/Ciências da Natureza) Armadilhas para o CO2 Estudo de pesquisadores da Universidade Estadual Paulista, Unesp, em Presidente Prudente, abre a perspectiva de desenvolvimento de tecnologias que possibilitam capturar quimicamente o CO2 atmosférico, o principal gás de efeito estufa. Os pesquisadores brasileiros demonstraram que uma molécula denominada DBN, em determinadas condições de temperatura e pressão, associa-se ao dióxido de carbono, formando carbamato (1) e bicarbonato de DBN (2). O processo está esquematizado a seguir. (Unesp Ciência, dezembro de 2011. Adaptado.) N N DBN + CO2 H2O H2O N+ N O-O + N+ H N OH O O-1 2 Determine a fórmula molecular da DBN. Com base nas informações fornecidas pelo esquema da reação, e dado R = 0,082 L atm K–1 mol–1, calcule o volume de CO2, em litros, que pode ser capturado na reação de 1 mol de DBN à temperatura de –23 ºC e pressão de 1 atm. GASES PERFEITOS / MISTURAS GASOSAS 17. (Famerp SP/2020) A figura ilustra uma montagem experimental composta por três recipientes contendo gases puros à mesma temperatura e separados por válvulas. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 48 (https://a13-31450592.cluster13. Adaptado.) Em determinado instante as válvulas são abertas, permitindo que as moléculas gasosas possam se difundir pelos recipientes até que seja atingido o equilíbrio. A temperatura permanece constante durante todo o processo. a) Classifique o sistema quanto ao número de fases após a abertura das válvulas. Considerando que a velocidade de difusão é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade dos gases, qual dos gases deve se difundir com a maior velocidade? b) Calcule a pressão parcial do gás carbônico na mistura após o equilíbrio. Organize os gases em ordem crescente de número de moléculas existentes no sistema. 18. (Famerp SP/2018) A tabela indica a abundância aproximada de alguns dos gases presentes no ar atmosférico terrestre. a) Quais desses gases são constituídos por átomos isolados? b) Considere um local em que a pressão atmosférica seja 1 000 hPa. Calcule a pressão exercida por cada um desses quatro gases nesse local e a pressão total exercida pelos demais gases atmosféricos não incluídos na tabela. 19. (Fuvest SP/2018/2ªFase) Uma pessoa que vive numa cidade ao nível do mar pode ter dificuldade para respirar ao viajar para La Paz, na Bolívia (cerca de 3600 m de altitude). t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 49 a) Ao nível do mar, a pressão barométrica é 760 mmHg e a pressão parcial de oxigênio é 159 mmHg. Qual é a pressão parcial de oxigênio em La Paz, onde a pressão barométrica é cerca de 490 mmHg? b) Qual é o efeito da pressão parcial de oxigênio, em La Paz, sobre a difusão do oxigênio do pulmão parao sangue, em comparação com o que ocorre ao nível do mar? Como o sistema de transporte de oxigênio para os tecidos responde a esse efeito, após uma semana de aclimatação do viajante? 20. (UNITAU SP/2018) Sob alta pressão, o nitrogênio presente no ar inspirado é dissolvido no sangue. Isso acontece, por exemplo, com mergulhadores que estão sujeitos a altas pressões. Quando o mergulhador retorna rapidamente à superfície, o nitrogênio forma bolhas de gás no sangue, o que pode ser fatal, caso ele utilize cilindro contendo apenas ar atmosférico. Para evitar esse problema, o cilindro utilizado para manter os mergulhadores respirando contém oxigênio misturado com gases inertes. Um cilindro desse tipo tem uma mistura de gás neon e de gás oxigênio, contendo 128,0 g de oxigênio e 323,2 g de neon. Se a pressão do cilindro de gás é de 24 atm, qual a pressão parcial de oxigênio e de neon no cilindro? Apresente os cálculos. 21. (UFSC/2016) Em uma aula de laboratório de química, os estudantes juntamente com o professor realizaram experimentos com o objetivo de investigar a quantidade de gás carbônico (CO2) presente no refrigerante. Cada grupo de estudantes recebeu uma lata de refrigerante de cola do tipo normal e fechada, e iniciou- se a experimentação, provocando a liberação de todo o gás contido no refrigerante. Como o processo é realizado por meio de pesagem por diferença, antes de abrir a lata e após a eliminação do gás, alguns cuidados foram tomados, a fim de minimizar os erros experimentais. O quadro a seguir apresenta os valores de massa obtidos pelos estudantes durante o procedimento experimental. (Adaptado de: CAVAGIS, A. D. M.; PEREIRA, E. A.; OLIVEIRA, C. L. Um Método Simples para Avaliar o Teor de Sacarose e CO2 em Refrigerantes. Química Nova na Escola. v.36. n.3. 2014. p.241-245.) a) Considerando que a massa molar do , que a equação dos gases ideais é dada pela fórmula TRnPV , que a constante dos gases ideais é igual a Kmol dmatm 082,0 3 e que o quadro apresenta os dados obtidos experimentalmente pelos estudantes, qual o volume, em litros, que a massa de CO2 contida na bebida ocuparia a uma temperatura ambiente de 25 ºC e pressão de 1 atm? mol g 44CO2 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 50 b) Se a quantidade de mol g 44CO2 fosse armazenada em um recipiente fechado e introduzido 1,44 g de gás oxigênio através de um orifício, mantendo pressão a 1 atm e temperatura a 298 K, qual seria a pressão parcial do CO2 (em atm) nessa mistura? 22. (UFF RJ/2012) Num recipiente de 3,0 L de capacidade, as seguintes pressões parciais foram medidas: N2 = 0,500 atm; H2 = 0,400 atm; NH3 = 2,000 atm. O H2(g) é retirado do recipiente até que a pressão do N2(g) na nova situação de equilíbrio seja igual a 0,720 atm. Com base na informação, pede-se: a) Escrever a equação balanceada, representativa da mistura gasosa em reação; b) Calcular as pressões parciais dos componentes da mistura gasosa, na nova situação de equilíbrio. 23. (UFG GO/2010/2ªFase) Em um laboratório, é realizado o seguinte experimento a 300 K: dois balões de 2 litros cada são conectados por uma torneira, conforme ilustra a figura abaixo. Dado: R=0,082 L atm/ K mol O balão A contém 1 atm de H2 e o balão B, 0,5 atm de O2 e 0,5 atm de H2. Admitindo-se comportamento ideal dos gases e que não ocorra nenhuma reação química, calcule a pressão parcial dos gases em equilíbrio, após se abrir a torneira. 24. (UERJ/2010/2ªFase) O oxigênio gasoso pode ser obtido em laboratório por meio da decomposição térmica do clorato de potássio. Em um experimento, o gás foi produzido em um frasco A e recolhido em um frasco B que, inicialmente, continha apenas água. Observe o esquema: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 51 Ao final do experimento, verificaram-se as seguintes medidas no interior do frasco B: • volume de gás recolhido: 123 mL • temperatura interna: 27 oC • pressão total no nível da água: 786,7 mmHg • pressão de vapor da água: 26,7 mmHg Determine a massa de oxigênio gasoso, em gramas, recolhida no frasco B, e apresente a equação química completa e balanceada correspondente a sua obtenção. 25. (UFG GO/2009/2ªFase) Um laboratório recebeu três cilindros de gás com as seguintes especificações medidas a 25 ºC: pressão de 9,778 atm e volume de 5 m3. Sabendo que o cilindro A contém nitrogênio, o B contém argônio e o C contém 52 kg de um gás desconhecido, pergunta-se: a) Qual é a massa de gás contida nos cilindros A e B? b) Qual é o gás contido no cilindro C, sabendo-se que sua fórmula molecular contém apenas C e H? 26. (UEG GO/2008) A 25 ºC, uma mistura de propano e butano ocupa um certo volume, sob uma pressão total de 1,25 atm. Quando é realizada a combustão completa dessa mistura e apenas dióxido de carbono é coletado, verifica- se que a pressão desse gás é de 0,5 atm, quando este ocupa um volume oito vezes superior ao volume inicial sob a mesma temperatura. Dado: R=0,082 atm L K–1 mol–1 a) Calcule a fração molar de butano na amostra original. b) Explique, do ponto de vista da teoria cinética dos gases, por que o aumento de temperatura a volume constante provoca um aumento na pressão. 27. (UEG GO/2007/Julho) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 52 Em laboratórios de síntese orgânica, um dos métodos convencionais para a transformação de ácidos carboxílicos em seus respectivos cloretos de ácido é o seu tratamento com cloreto de tionila (SOCl2), conforme o esquema abaixo. Sabendo-se que nessa reação empregou-se 30,5 g de ácido benzoico, obtendo-se o correspondente cloreto de ácido em 90% de rendimento, e que o dióxido de enxofre (SO2) foi quantitativamente recolhido para o balão B da figura ao lado, responda ao que se pede. Dados: MM(Ácido Benzoico) = 122 g mol–1 a) Calcule, em número de mols, a quantidade do cloreto de ácido obtido ao final da reação. b) Considerando que no balão A existe gás nitrogênio a uma pressão de 3 atm, calcule a pressão final do sistema após a abertura da torneira. O produto entre a constante dos gases ideais e a temperatura no sistema de balões vale RT = 30 atm L mol–1. 28. (UFBA/2006) Para suprir a demanda de energia, o Brasil ainda necessita importar gás natural. Através do gasoduto Brasil-Bolívia, construído em parceria pelos dois países, a Bolívia fornece gás natural para várias cidades do Centro-Sul brasileiro. O gás natural está sendo utilizado cada vez mais como combustível para automóveis pelo fato de ser mais econômico e menos poluente do que a gasolina. (FELTRE, 2004, p. 38-39). Considere um cilindro de gás natural de um automóvel, com 100L de gás natural ideal, carregado a 27ºC e 9,0atm, em um posto de combustíveis. C O OH SOCl2 Et3N C O Cl + SO2 + HCl t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 53 Admitindo que a composição, em quantidade de matéria, do gás natural é 80% de metano e 20% de etano, determine o valor da massa da mistura gasosa contida nesse cilindro, expressando o resultado com três algarismos significativos. 29. (Unicamp SP/2006) Algumas misturas gasosas podem ser importantes em ambientes hospitalares, assim como na prática de esportes, como mergulho autônomo a grandes profundidades. Uma dessas misturas, denominada Trimix, contém 16% de oxigênio, 24% de hélio e 60% de nitrogênio (porcentagem em volume). Suponha um cilindro de Trimix mantido à temperatura ambiente e a uma pressão de 9000 kPa. a) Escreva as fórmulas dos gases da mistura. b) Qual é a pressão parcial do hélio no cilindro? Mostre os cálculos. c) Qual é a massa molar média da mistura? Mostre os cálculos. Dado: R = 8,3 kPa L mol1 K1 30. (UFU MG/2006/2ªFase) Os carboidratos, como por exemploa sacarose, são fontes de energia para o organismo. Sua combustão com o oxigênio que respiramos produz somente CO2 e H2O. OH OH H OH H H OH CH2OH H O CH2OH O H OH OH H H CH2OH Sacarose Sobre este assunto, pede-se: a) a fórmula molecular da sacarose. b) a equação química balanceada que representa a combustão completa da sacarose. c) calcule quantos litros de ar devem ser respirados, a 25 ºC e 1 atmosfera, para queimar 4 g de sacarose contidas num pedaço de rapadura. Sabe-se que o oxigênio constitui 21% do volume do ar que respiramos. Dados: R = 0,082 atm L K1 mol1 31. (Unesp SP/2006/Biológicas) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 54 Uma mistura gasosa formada por 14,0 g de gás nitrogênio, N2, e 8,0 g de gás oxigênio, O2, ocupa um balão de capacidade igual a 30 L, na temperatura de 27ºC. Dadas as massas molares (g/mol): N2 = 28 e O2 = 32 e R = 0,082 atm.L.mol−1.K−1, determine: a) a pressão de cada gás no balão; b) a pressão total no balão. 32. (UFG GO/2005/2ªFase) A umidade relativa do ar é definida como o quociente entre a pressão parcial do vapor d’água, no ar, e a pressão máxima de vapor d’água, no ar, em uma dada temperatura. Por sua vez, a pressão parcial de um gás, em um ambiente, está para a pressão total assim como o volume parcial está para o volume total. Considere um ambiente com 2,5m de altura, 3,0m de largura e 2,0m de comprimento em um dia em que a temperatura atinge a marca dos 30 ºC. Sabe-se que, nessas condições, a pressão parcial de vapor d’água é igual a 25,0 mmHg e que a pressão máxima de vapor d’água é igual a 31,8 mmHg. a) Determine a umidade relativa do ar, nesse ambiente. b) Determine o volume de água, no estado líquido, existente nesse ambiente, considerando que a pressão total é de 760 mmHg. (Dados: R = 62,3 mmHgL/Kmol; dágua = 1 g/cm3). GABARITO DAS QUESTÕES EXTRAS GASES PERFEITOS / TRANSFORMAÇÕES GASOSAS E LEIS DAS TRANSFORMAÇÕES 1. (Fuvest SP/2018/2ªFase) Em navios porta-aviões, é comum o uso de catapultas para lançar os aviões das curtas pistas de decolagem. Um dos possíveis mecanismos de funcionamento dessas catapultas utiliza vapor de água aquecido a 500 K para pressurizar um pistão cilíndrico de 60 cm de diâmetro e 3 m de comprimento, cujo êmbolo é ligado à aeronave. Após a pressão do pistão atingir o valor necessário, o êmbolo é solto de sua posição inicial e o gás expande rapidamente até sua pressão se igualar à pressão atmosférica (1 atm). Nesse processo, o êmbolo é empurrado, e o comprimento do cilindro é expandido para 90 m, impulsionando a aeronave a ele acoplada. Esse processo dura menos de 2 segundos, permitindo que a temperatura seja considerada constante durante a expansão. a) Calcule qual é a pressão inicial do vapor de água utilizado nesse lançamento. b) Caso o vapor de água fosse substituído por igual massa de nitrogênio, nas mesmas condições, o lançamento seria bem-sucedido? Justifique. Note e adote: Constante universal dos gases: R = 8 10–5 atm m3mol–1K–1; t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 55 = 3; Massas molares: H2O ..... 18 g/mol N2 ..... 28 g/mol Gabarito: a) P1 Abase h = P2 Abase h’ P1 3 = 1 90 P1 = 30 atm b) Não, pois a substituição da mesma massa de água por nitrogênio provoca uma redução da pressão inicial do sistema, não atingido o valor de pressão necessária. TRn TRn VP VP 2 2 2 2 N OH N OH 2 2 2 2 N OH N OH n m M m P P OH N N OH 2 2 2 2 M M P P 56,1 18 28 P P 2 2 N OH 22 NOH P56,1P OHN 22 PP 2. (UEL PR/2014) Em um balão de paredes rígidas, foram colocados 0,200 g de gás hidrogênio, 6,400 g de gás oxigênio e um material sólido que absorve água. O volume do balão é de 4,480 L e é mantido à temperatura de 0 ºC. No balão, passa-se uma faísca elétrica de modo que haja reação e a água formada seja retirada pelo material absorvente, não exercendo pressão significativa. Com base nesse problema, responda aos itens a seguir. a) Supondo um comportamento ideal, qual é a pressão no balão (em atmosferas) após inserção de oxigênio e hidrogênio? Considere Kmol Latm 082,0R ; P V = n R T t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 56 b) Após a reação, mantendo-se a temperatura inicial e o volume, qual a pressão no interior do balão? Gabarito: a) P = 1,50 atm b) P = 0,75 atm 3. (UFG GO/2013/2ªFase) Uma lata de refrigerante tem o volume total de 350 mL. Essa lata está aberta e contém somente o ar atmosférico, e é colocada dentro de um forno a 100 ºC. Após a lata atingir essa temperatura, ela é fechada. A seguir, tem sua temperatura reduzida a 25 ºC. Com o decréscimo da temperatura, ocorre uma redução da pressão interna da lata que levará a uma implosão. Ante o exposto, calcule a pressão no interior da lata no momento imediatamente anterior à implosão e o volume final após a implosão. Gabarito: Pressão no interior da lata antes da implosão: 0,8 atm Volume da lata ao final da implosão: 0,28 L 4. (UEG GO/2012/Julho) As leis físicas dos gases foram obtidas experimentalmente a partir do comportamento desses gases em face de certas condições de volume, pressão e temperatura. Como exemplo, pode-se citar os experimentos de Boyle-Mariotte, os quais mostraram como varia o volume e a pressão de determinada massa de um gás a uma certa temperatura. A figura e a tabela abaixo transmitem respectivamente a ideia do experimento realizado e os valores hipotéticos obtidos. 2,075 1,5100 1,0150 0,5300 (atm) Pressão)(dm Volume 3 Dados: MM(O2) = 32 g.mol–1; MM(CO2) = 44 g.mol–1; R = 0,082 atm.L.mol–1.K–1 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 57 Considerando as figuras e as informações apresentadas acima, a) construa o gráfico da pressão versus o volume, utilizando os dados do experimento; b) mostre, através de cálculos, se o gás presente dentro do recipiente é o gás carbônico (CO2) ou o oxigênio (O2). Gabarito: a) b) PV = (m/M) x RT M = (195 x 0,082 x 300 )/150 M = (15,99 . 300)/150 M = 31,98 g.mol–1 Como a massa molar do gás presente no recipiente é igual a 31,98, ele deve tratar-se do gás oxigênio. 5. (UEM PR/2012/Julho) Um balão meteorológico que contém gás hélio, que se comporta como um gás ideal, é lançado na atmosfera terrestre a partir do nível do mar. A 10 km de altitude, o volume do gás contido no balão alcança 400 m3, enquanto sua pressão e sua temperatura são as mesmas do ambiente externo, ou seja, 4,15 103 N/m2 e –23 C. Com base nessas informações e nos dados abaixo, assinale o que for correto. Dados: R = 8,31 J/mol.k e M hélio = 4,0 10–3 Kg/ mol. 01. O comportamento físico desse gás pode ser analisado empregando-se a equação de Clapeyron e as leis de Boyle-Mariotte e de Charles e Gay-Lussac. 02. O número de mols de átomos de gás contido no balão é de aproximadamente 800. 04. A velocidade média dos átomos do gás no interior do balão, a 10 km de altitude, é de aproximadamente 1.250 m/s. 08. A energia interna do gás independe da temperatura em que ele se encontra. 16. A massa de gás hélio contida no balão é de aproximadamente 3,2 kg. Gabarito: 23 6. (UFG GO/2012/Julho) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 58 Considere o esquema apresentado a seguir, em que um experimento é executado do seguinte modo: um ovo cozido e sem casca, colocado sobre o bocal de uma garrafa à temperatura ambiente, não passa para seu interior em virtude de seu diâmetro ser levemente maior que o do bocal, conforme desenho A. Em seguida o ovo é retirado e a garrafa é aquecida à 60 ºC, conforme desenho B. Com a garrafa ainda aquecida, o ovo érecolocado sobre o bocal da garrafa e, durante o processo de resfriamento da garrafa, ele passa para seu interior conforme desenho C. Explique o fenômeno que ocorre no experimento descrito e justifique por que o ovo, após o resfriamento, passa pelo bocal da garrafa. Gabarito: Durante o aquecimento, ocorre a expansão e saída de gás atmosférico de dentro da garrafa. Quando o ovo é colocado sobre a garrafa, ainda aquecida, ele funciona como uma rolha flexível. À medida que a garrafa esfria, a pressão interna diminui (a volume constante), tornando-se menor que a pressão atmosférica, a qual empurra o ovo para o interior da garrafa. GASES PERFEITOS / HIPÓTESE DE AVOGADRO 7. (Unifesp SP/2020/2ªFase) Os gases medicinais são utilizados em hospitais, clínicas de saúde ou outros locais de interesse à saúde, bem como em tratamentos domiciliares de pacientes. Considere a composição de quatro gases medicinais, acondicionados separadamente em quatro cilindros, I, II, III e IV, nas condições indicadas na tabela. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 59 a) Identifique, entre os gases medicinais citados, aquele que é constituído por uma substância química simples e aquele que gera uma solução aquosa ácida ao ser borbulhado em água destilada. b) Baseando-se no princípio de Avogadro, determine as seguintes proporções: número de moléculas no cilindro I : número de moléculas no cilindro II : número de moléculas no cilindro III : número de moléculas no cilindro IV. número de átomos de oxigênio no cilindro II : número de átomos de oxigênio no cilindro III. Gabarito: a) Substância química simples é constituída por moléculas formadas por átomos do mesmo elemento químico. Isso corresponde ao cilindro I (gás oxigênio: O2). O cilindro II contém uma amostra de gases e os cilindros III e IV correspondem a substâncias químicas compostas. O gás medicinal que ao ser borbulhado em água produz uma solução ácida é o dióxido de carbono: CO2, por tratar-se de um óxido ácido: CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO–3 b) O princípio de Avogadro diz que volumes iguais de gases (ou mistura) na mesma temperatura e pressão contém o mesmo número de moléculas. Como todos os 4 cilindros se encontram na mesma temperatura (20ºC), na mesma pressão (280 kPa) e ocupam o mesmo volume (100 L), todos apresentam o mesmo número de moléculas. N.º de moléculasI = N.º de moléculasII = N.º de moléculasIII = N.º de moléculasIV Proporção de: 1 : 1 : 1 : 1 No cilindro II, o número de átomos de oxigênio presente será 2 x 21% do número de moléculas total do sistema (cada molécula de O2 é formada por 2 átomos de O). No cilindro III, o número de átomos de oxigênio será igual ao número de moléculas (cada molécula de N2O é formada por 1 átomo de O). Como o número de moléculas nos cilindros II e III são iguais, a proporção entre o número de átomos de oxigênio nesses cilindros será de: 2 x 0,21 : 1 0,42 : 1 42 : 100 1 : 1 : 1 : 1 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 60 21 : 50 GASES PERFEITOS / EQUAÇÃO DE CLAPEYRON 8. (UFCG PB/2010/Janeiro) Os pesquisadores procuram desenvolver novos equipamentos esportivos que favoreçam uma maior performance do atleta. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus com um gás bastante leve e inerte à combustão. Dado: R = 0,082 L.atm/K.mol a) Escolha dentre os gases: CO2, N2, Ne e O2, o que seria mais adequado para inflar o pneu da bicicleta. Justifique sua resposta. b) Se, para inflar um pneu com 0,4 L de volume e a pressão de 6,15 atm, a 27oC, a massa foi de 2,8 g, qual dos gases acima foi utilizado? Justifique a resposta. Gabarito: a) O gás mais adequado para inflar os pneus da bicicleta de modo que viesse a favorecer o desempenho do atleta seria o gás mais leve, ou seja, aquele que tivesse a menor massa molecular. O gás mais adequado seria o gás neônio, considerando a justificativa acima e os valores das massas moleculares dadas na tabela abaixo. 32 20 28 44 (g/mol)molecular MassaGás 2 2 2 O Ne N CO b) O único gás que possui esta massa molecular dentre os gases citados é o gás nitrogênio (28g/mol) 9. (Uniube MG/2020/Janeiro) O gás oxigênio pode ser obtido em laboratório como produto da reação de decomposição térmica do permanganato de potássio (KMnO4), que tem massa molar 158 g/mol. A reação se processa de acordo com a seguinte equação: 4KMnO4 (s) 4MnO2 (s) + 2K2O (s) + 3O2 (g) a) Dê os números de oxidação do manganês nos compostos KMnO4 e MnO2. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 61 b) Considerando que a constante dos gases seja R = 0,08 atm L mol–1 K–1, calcule o volume de oxigênio, em litros, que se forma na reação de decomposição térmica de 1 264 g de permanganato de potássio, a 127 ºC e 1,00 atm. Gabarito: a) no KMnO4 o nox do Mn é +7; No MnO2, o nox do Mn é +4. b) 4 2 4 2 4 158 g KMnO 3 mol O 1264 g KMnO x x 6 mol O ´ - - - - - - - - - - - - = Cálculo do volume segundo Clapeyron PV nRT 1 V 6 0,082 400 V 196,8 L= Þ ´ = ´ ´ \ = 10. (Unesp SP/2010/Ciências da Natureza) As populações de comunidades, cujas moradias foram construídas clandestinamente sobre aterros sanitários desativados, encontram-se em situação de risco, pois podem ocorrer desmoronamentos ou mesmo explosões. Esses locais são propícios ao acúmulo de água durante os períodos de chuva e, sobretudo, ao acúmulo de gás no subsolo. A análise de uma amostra de um gás proveniente de determinado aterro sanitário indicou que o mesmo é constituído apenas por átomos de carbono (massa molar = 12,0 gmol–1) e de hidrogênio (massa molar = 1,0 g·mol–1) e que sua densidade, a 300 K e 1 atmosfera de pressão, é 0,65 gL–1. Calcule a massa molar do gás analisado e faça a representação da estrutura de Lewis de sua molécula. Dado: R = 0,082 LatmK–1mol–1 Gabarito: M = 16,0 gmol–1 Fórmula de Lewis (estrutura) H : .. H H .. C: H O átomo de carbono possui 4 elétrons na camada de valência e o átomo de hidrogênio tem somente um elétron. 11. (UFG GO/2011/2ªFase) Um cilindro contendo 64 g de O2 e 84 g de N2 encontra-se em um ambiente refrigerado a –23 °C. O manômetro conectado a esse cilindro indica uma pressão interna de 4 atm. Além disso, o manômetro também indica um alerta de que as paredes do cilindro suportam, no máximo, 4,5 atm de pressão. Devido t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 62 a uma falha elétrica, a refrigeração é desligada e a temperatura do ambiente, em que o cilindro se encontra, se eleva a 25 °C. Dado R = 0,082 atm L mol–1 K–1 a) Calcule o volume do cilindro e a pressão parcial de cada gás nas condições iniciais em que o cilindro se encontrava. b) Demonstre, por meio de cálculos, se as paredes do cilindro vão resistir à nova pressão interna, a 25 °C, após a falha elétrica. Gabarito: a) Número de mol de N2: 5 mol Volume do Cilindro: V = 25,63 L. Pressão parcial de N2: 2,4 atm. Pressão parcial de O2: 1,6 atm. b) O volume total do cilindro pode ser calculado pela expressão: PV = ntotalRT. Neste caso, ntotal = 3 + 2 = 5 mol. Logo, tem-se que V = 25,62 L. Após a falha elétrica, a temperatura se elevou de –23 °C para 25 °C. Portanto, a nova pressão será igual a: P = (5)x(0,082)x(298)/(25,62) = 4,77 atm. Dessa maneira, as paredes do cilindro não suportarão a nova pressão. 12. (Famerp SP/2019) Um extintor caseiro foi produzido utilizando-se vinagre e bicarbonato de sódio, conforme a figura: (https://br.pinterest.com) t.me/CursosDesignTelegramhubESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 63 Após a inclinação do recipiente, ocorreu o contato entre o bicarbonato de sódio e o ácido acético (CH3 – COOH) presente no vinagre. O resultado dessa reação é a produção de dióxido de carbono, água e acetato de sódio, gerando uma pressão igual a 14,76 atm. a) Ciente de que o vinagre é uma solução aquosa de ácido acético, indique o número de elementos químicos e o número de substâncias existentes no sistema inicial, desconsiderando o ar que ocupa a garrafa. b) Considerando que o experimento ocorra a 27 ºC, que a constante universal dos gases seja igual a 0,082 atm L mol–1 K–1 e que o volume disponível para o gás seja igual a 100 mL, calcule a massa de gás carbônico produzida na reação. Gabarito: a) Considerando apenas os materiais bicarbonato de sódio (NaHCO3) e vinagre [solução de ácido acético (H3CCOOH) e água (H2O)], os elementos presentes são 4: Na – Sódio; H – Hidrogênio; C – Carbono; O – Oxigênio. As substâncias presentes são 3: Bicarbonato de sódio: NaHCO3 Ácido acético: H3CCOOH Água: H2O b) Cálculo da massa de CO2 produzida na reação: 2CO M = (12 + 2 x 16) g/mol = 44 g/mol T = 27ºC 300 K RT M m PV K300KmolatmL082,0 mol/g44 m L1,0atm76,14 11 m = 2,64g 13. (Unicamp SP/2017) Um teste caseiro para saber se um fermento químico ainda se apresenta em condições de bom uso consiste em introduzir uma amostra sólida desse fermento em um pouco de água e observar o que acontece. Se o fermento estiver bom, ocorre uma boa efervescência; caso contrário, ele está ruim. Considere uma mistura sólida que contém os íons dihidrogenofosfato, H2PO4–, e hidrogenocarbonato, HCO3–. a) Considerando que o teste descrito anteriormente indica que a mistura sólida pode ser de um fermento que está bom, escreva a equação química que justifica esse resultado. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 64 b) Tendo em vista que a embalagem do produto informa que 18 g desse fermento químico devem liberar, no mínimo, 33 m1045,1 de gases a 298 K e 93.000 Pa, determine a mínima massa de hidrogenocarbonato de sódio que o fabricante deve colocar em 18 gramas do produto. Dado: R = 8,3 Pa m3 mol–1 K–1. Gabarito: a) A equação química deve ilustrar a eliminação de CO2 a partir dos reagentes indicados: H2PO4–(aq) + HCO3–(aq) HPO42–(aq) + H2O (aq) + CO2(g). Pode-se escrever também: H2PO4–(aq) + HCO3–(aq) HPO42–(aq) + H2CO3 e H2CO3(aq) H2O(aq) + CO2(g) H+(aq) + HCO3–(aq) CO2(g) + H2O(aq). b) P = 93000 Pa T = 298 K V = 1,45 10–3 m3 R = 8,3 Pa m3 mol–1 K–1 PV = n R T n = PV/RT n = 93000 1,45 10–3 / 8,3 298 n = 134,85/2473,4 n = 0,055 moles de CO2 A massa molar do NaHCO3 é: 23 + 1 + 12 + 48, ou seja, 84g. Assim, a quantidade (em massa) de CO2 = 0,055 84, que corresponde a 4,62 g. 14. (UFG GO/2014/2ªFase) Em um ambiente climatizado a 20 ºC, havia balões de enfeite para uma festa, com volumes de 3, 5 e 10 litros, preenchidos com nitrogênio. Durante o referido evento, uma falha na climatização permitiu um aumento da temperatura, que chegou a 30 ºC. Sabendo que a pressão máxima que as paredes dos balões são capazes de suportar é de 4,0 atm, determine se algum balão explodiu. Dados: R = 0,082 atm.L.mol–1.K–1 n = 0,5 mol Gabarito: PV = nRT, então P = nRT/V. Para o balão de 3 litros vem: P = 0,5 mol . 0,082 atm.L.mol–1.K–1.303 K/ 3 ; P = 4,14 atm Para o balão de 5 litros vem: P = 0,5 mol . 0,082 atm.L.mol–1.K–1.303 K/ 5 ; P = 2,48 atm Para o balão de 10 litros vem: P = 0,5 mol . 0,082 atm.L.mol–1.K–1.303 K/ 10 ; P = 1,24 atm Portanto, como a pressão dos balões de 3 litros é superior a 4 atm a 30 ºC, eles irão explodir. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 65 15. (Fuvest SP/2012/2ªFase) A um recipiente, contendo solução aquosa de ácido sulfúrico, foi adicionada uma massa m de carbonato de sódio. Imediatamente após a adição desse sal, foi adaptado, à boca do recipiente, um cilindro de raio r, no interior do qual um êmbolo, de massa desprezível, pode se deslocar sem atrito. Após algum tempo, o carbonato de sódio foi totalmente consumido, e o gás liberado moveu o êmbolo para cima. Nessa transformação, o ácido sulfúrico era o reagente em excesso. a) Escreva a equação química balanceada que representa a transformação que ocorreu dentro do recipiente. b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio. A massa de carbonato de potássio utilizada nesse segundo experimento também foi m. A altura atingida pelo êmbolo foi a mesma nos dois experimentos? Explique. (Considere desprezível a variação de temperatura no sistema). c) Escreva a expressão matemática que relaciona a altura x, atingida pelo êmbolo, com a massa m de carbonato de sódio. Para isso, considere que - a solubilidade do gás, na solução, é desprezível, e não há perda de gás para a atmosfera; - nas condições do experimento, o gás formado se comporta como um gás ideal, cujo volume é dado por V = nRT/P, em que: P = pressão do gás n = quantidade de matéria do gás (em mol) R = constante universal dos gases T = temperatura do gás (em K) Observação: Use a abreviatura MM para representar a massa molar do carbonato de sódio. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 66 Gabarito: a) Na2CO3 + H2SO4 Na2SO4 + H2O + CO2 b) Como o H2SO4 está em excesso, conclui-se que o sal é o reagente limitante e, portanto, determina o volume de CO2 produzido. De acordo com a equação do item anterior, a quantidade em mols do CO2 formado é igual àquela do Na2CO3 (massa molar MM) consumido. Para uma massa m desse sal, temos: nNa2CO3 (consumido) = MM m é igual a nCO2 (formado) Como no segundo experimento foi usada uma mesma massa m de K2CO3, que possui massa molar diferente daquela do Na2CO3, temos que (considerando que o K2SO4 possua massa molar MM’): nK2CO3 (consumido) = 'MM m é igual a n’CO2 (formado) Sendo assim, as quantidades de CO2 produzidas nos dois experimentos são diferentes e, portanto, a altura do êmbolo é diferente nos dois experimentos. c) x = PrMM TRm 2 16. (Unesp SP/2012/Ciências da Natureza) Armadilhas para o CO2 Estudo de pesquisadores da Universidade Estadual Paulista, Unesp, em Presidente Prudente, abre a perspectiva de desenvolvimento de tecnologias que possibilitam capturar quimicamente o CO2 atmosférico, o principal gás de efeito estufa. Os pesquisadores brasileiros demonstraram que uma molécula denominada DBN, em determinadas condições de temperatura e pressão, associa-se ao dióxido de carbono, formando carbamato (1) e bicarbonato de DBN (2). O processo está esquematizado a seguir. (Unesp Ciência, dezembro de 2011. Adaptado.) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 67 N N DBN + CO2 H2O H2O N+ N O-O + N+ H N OH O O-1 2 Determine a fórmula molecular da DBN. Com base nas informações fornecidas pelo esquema da reação, e dado R = 0,082 L atm K–1 mol–1, calcule o volume de CO2, em litros, que pode ser capturado na reação de 1 mol de DBN à temperatura de –23 ºC e pressão de 1 atm. Gabarito: Fórmula molecular do DBN = C7H12N2 V = 20,5 L GASES PERFEITOS / MISTURAS GASOSAS 17. (Famerp SP/2020) A figura ilustra uma montagem experimental composta por três recipientes contendo gases puros à mesma temperatura e separados por válvulas. (https://a13-31450592.cluster13. Adaptado.) Em determinado instante as válvulas são abertas, permitindo que as moléculas gasosas possam se difundir pelos recipientes até que seja atingido o equilíbrio. A temperatura permanece constante durante todo o processo. a) Classifique o sistemaquanto ao número de fases após a abertura das válvulas. Considerando que a velocidade de difusão é inversamente proporcional à raiz quadrada da densidade dos gases, qual dos gases deve se difundir com a maior velocidade? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 68 b) Calcule a pressão parcial do gás carbônico na mistura após o equilíbrio. Organize os gases em ordem crescente de número de moléculas existentes no sistema. Gabarito: a) Sistema monofásico (mistura de gases) 1 1 v k k d M Maior velocidade: H2 (menor massa molar: 2 g/mol) b) 2 2 2 2CO CO H H Ar Ar M MP V P V P V P V 3,00 atm 1,50 L + 0,8 atm 1,00 L + 1,25 atm 2,50 L = PM 5,00L 4,5 atm L + 0,8 atm L + 3,125 atm L = PM 5,00L CO2: Pinicial.Vinicial = p VM = 2CO n R T 3,00 atm 1,50L = p 5,00L p = 0,90 atm PV n RT 2 22 CO CO 3 1,5 4,5 CO : n n RT RT 2 22 H H 0,8 1 0,8 H : n n RT RT Ar Ar 1,25 2,50 3,125 Ar : n n RT RT Ordem crescente de número de moléculas: H2 < Ar < CO2 18. (Famerp SP/2018) A tabela indica a abundância aproximada de alguns dos gases presentes no ar atmosférico terrestre. a) Quais desses gases são constituídos por átomos isolados? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 69 b) Considere um local em que a pressão atmosférica seja 1 000 hPa. Calcule a pressão exercida por cada um desses quatro gases nesse local e a pressão total exercida pelos demais gases atmosféricos não incluídos na tabela. Gabarito: a) argônio (Ar) e neônio (Ne), gases nobres, grupo 18. b) O2 100% ––––––––––– 1000 hPa 21% ––––––––––– x x = 210 hPa Ar 100% ––––––––– 1000 hPa 0,94% –––––––– y y = 9,4 hPa CO2 100% ––––––– 1000 hPa 0,035% ––––– z z = 0,35 hPa Ne 100% –––––– 1000 hPa 0,0015% –––– t t = 0,015 hPa Total: (210 + 9,4 + 0,35 + 0,015) hPa = 219,765 hPa Outros gases: 1000 hPa – 219,765 hPa = 780,235 hPa 19. (Fuvest SP/2018/2ªFase) Uma pessoa que vive numa cidade ao nível do mar pode ter dificuldade para respirar ao viajar para La Paz, na Bolívia (cerca de 3600 m de altitude). a) Ao nível do mar, a pressão barométrica é 760 mmHg e a pressão parcial de oxigênio é 159 mmHg. Qual é a pressão parcial de oxigênio em La Paz, onde a pressão barométrica é cerca de 490 mmHg? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 70 b) Qual é o efeito da pressão parcial de oxigênio, em La Paz, sobre a difusão do oxigênio do pulmão para o sangue, em comparação com o que ocorre ao nível do mar? Como o sistema de transporte de oxigênio para os tecidos responde a esse efeito, após uma semana de aclimatação do viajante? Gabarito: a) Fração molar do O2 ao nível do mar: 21,0 mmHg760 mmHg159 P P X total O O 2 2 A fração molar do O2 em La Paz é a mesma, então tem-se: 21,0X 2O mmHg490 P 21,0 2 O )490(21,0P 2O mmHg9,102P 2O b) Sendo a pressão parcial do oxigênio em La Paz menor que a encontrada ao nível do mar, a difusão do oxigênio do pulmão para o sangue diminui. Com a menor disponibilidade de oxigênio, durante a aclimatação, haverá uma maior produção de hemácias, favorecendo o transporte de oxigênio para os tecidos. 20. (UNITAU SP/2018) Sob alta pressão, o nitrogênio presente no ar inspirado é dissolvido no sangue. Isso acontece, por exemplo, com mergulhadores que estão sujeitos a altas pressões. Quando o mergulhador retorna rapidamente à superfície, o nitrogênio forma bolhas de gás no sangue, o que pode ser fatal, caso ele utilize cilindro contendo apenas ar atmosférico. Para evitar esse problema, o cilindro utilizado para manter os mergulhadores respirando contém oxigênio misturado com gases inertes. Um cilindro desse tipo tem uma mistura de gás neon e de gás oxigênio, contendo 128,0 g de oxigênio e 323,2 g de neon. Se a pressão do cilindro de gás é de 24 atm, qual a pressão parcial de oxigênio e de neon no cilindro? Apresente os cálculos. Gabarito: Massa molecular do O2 = 32; Massa molecular do neon = 20,2 128 g de oxigênio = 128/32 = 4 mols de O2 323,2 g de neon = 323,2/20,2 = 16 mols de neon Número total de mols do gás 16 + 4 = 20 mols (total dos gases) Fração molar do oxigênio no cilindro = 4/20 = 1/5 = 0,2 Fração molar do neon no cilindro = 16/20 = 4/5 = 0,8 Pressão parcial de oxigênio = fração de mols de oxigênio x pressão total = 0,2 x 24 = 4,8 atm Pressão parcial de neon = 0,8 x 24 = 19,2 atm t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 71 21. (UFSC/2016) Em uma aula de laboratório de química, os estudantes juntamente com o professor realizaram experimentos com o objetivo de investigar a quantidade de gás carbônico (CO2) presente no refrigerante. Cada grupo de estudantes recebeu uma lata de refrigerante de cola do tipo normal e fechada, e iniciou- se a experimentação, provocando a liberação de todo o gás contido no refrigerante. Como o processo é realizado por meio de pesagem por diferença, antes de abrir a lata e após a eliminação do gás, alguns cuidados foram tomados, a fim de minimizar os erros experimentais. O quadro a seguir apresenta os valores de massa obtidos pelos estudantes durante o procedimento experimental. (Adaptado de: CAVAGIS, A. D. M.; PEREIRA, E. A.; OLIVEIRA, C. L. Um Método Simples para Avaliar o Teor de Sacarose e CO2 em Refrigerantes. Química Nova na Escola. v.36. n.3. 2014. p.241-245.) a) Considerando que a massa molar do , que a equação dos gases ideais é dada pela fórmula TRnPV , que a constante dos gases ideais é igual a Kmol dmatm 082,0 3 e que o quadro apresenta os dados obtidos experimentalmente pelos estudantes, qual o volume, em litros, que a massa de CO2 contida na bebida ocuparia a uma temperatura ambiente de 25 ºC e pressão de 1 atm? b) Se a quantidade de mol g 44CO2 fosse armazenada em um recipiente fechado e introduzido 1,44 g de gás oxigênio através de um orifício, mantendo pressão a 1 atm e temperatura a 298 K, qual seria a pressão parcial do CO2 (em atm) nessa mistura? Gabarito: a) n mol de CO2 = (MM)molar massa (m) massa mol 045,0 44 g2 MM m moln mol g T = 25 + 273 = 298 K Empregando-se a equação dos gases ideais, tem-se que: PV = n R T 1 atm V = 0,045 mol 0,082 Kmol dmatm 3 298 K mol g 44CO2 t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 72 V = 1,1 dm3 = 1,1 L b) Tem-se 0,045 mol de CO2 e 045,0 32 g44,1 n mol g mols de O2. Assim, a fração em mol do 50,0 045,0045,0 045,0 CO2 . Como a pressão parcial do CO2 é igual ao produto da fração em mol pela pressão total, então a pressão parcial de CO2 = 0,50 1 atm = 0,50 atm. 22. (UFF RJ/2012) Num recipiente de 3,0 L de capacidade, as seguintes pressões parciais foram medidas: N2 = 0,500 atm; H2 = 0,400 atm; NH3 = 2,000 atm. O H2(g) é retirado do recipiente até que a pressão do N2(g) na nova situação de equilíbrio seja igual a 0,720 atm. Com base na informação, pede-se: a) Escrever a equação balanceada, representativa da mistura gasosa em reação; b) Calcular as pressões parciais dos componentes da mistura gasosa, na nova situação de equilíbrio. Gabarito: a) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) b) x = 0.300 atm3 23. (UFG GO/2010/2ªFase) Em um laboratório, é realizado o seguinte experimento a 300 K: dois balões de 2 litros cada são conectados por uma torneira, conforme ilustra a figura abaixo. Dado: R=0,082 L atm/ K mol O balão A contém 1 atm de H2 e o balão B, 0,5 atm de O2 e 0,5 atm de H2. Admitindo-se comportamento ideal dos gases e que não ocorra nenhuma reação química, calcule a pressão parcial dos gases em equilíbrio, após se abrir a torneira. t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIAVESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 73 Gabarito: 0,75atmp 2H ; 0,25atmp 2O 24. (UERJ/2010/2ªFase) O oxigênio gasoso pode ser obtido em laboratório por meio da decomposição térmica do clorato de potássio. Em um experimento, o gás foi produzido em um frasco A e recolhido em um frasco B que, inicialmente, continha apenas água. Observe o esquema: Ao final do experimento, verificaram-se as seguintes medidas no interior do frasco B: • volume de gás recolhido: 123 mL • temperatura interna: 27 oC • pressão total no nível da água: 786,7 mmHg • pressão de vapor da água: 26,7 mmHg Determine a massa de oxigênio gasoso, em gramas, recolhida no frasco B, e apresente a equação química completa e balanceada correspondente a sua obtenção. Gabarito: m = 0,16 g ; 2 KCℓO3(s) 2 KCℓ(s) + 3 O2(g) 25. (UFG GO/2009/2ªFase) Um laboratório recebeu três cilindros de gás com as seguintes especificações medidas a 25 ºC: pressão de 9,778 atm e volume de 5 m3. Sabendo que o cilindro A contém nitrogênio, o B contém argônio e o C contém 52 kg de um gás desconhecido, pergunta-se: a) Qual é a massa de gás contida nos cilindros A e B? t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 74 b) Qual é o gás contido no cilindro C, sabendo-se que sua fórmula molecular contém apenas C e H? Gabarito: a) cilindro A: 56 kg; cilindro B: 79,8 kg b) gás acetileno 26. (UEG GO/2008) A 25 ºC, uma mistura de propano e butano ocupa um certo volume, sob uma pressão total de 1,25 atm. Quando é realizada a combustão completa dessa mistura e apenas dióxido de carbono é coletado, verifica- se que a pressão desse gás é de 0,5 atm, quando este ocupa um volume oito vezes superior ao volume inicial sob a mesma temperatura. Dado: R=0,082 atm L K–1 mol–1 a) Calcule a fração molar de butano na amostra original. b) Explique, do ponto de vista da teoria cinética dos gases, por que o aumento de temperatura a volume constante provoca um aumento na pressão. Gabarito: a) XB = 0,2 ou 20% b) Ao aumentar a temperatura, aumenta-se a energia cinética média das moléculas. Como o volume é constante, a frequência de colisões com a parede do recipiente aumenta, tendo como consequência um aumento no valor da pressão. 27. (UEG GO/2007/Julho) Em laboratórios de síntese orgânica, um dos métodos convencionais para a transformação de ácidos carboxílicos em seus respectivos cloretos de ácido é o seu tratamento com cloreto de tionila (SOCl2), conforme o esquema abaixo. C O OH SOCl2 Et3N C O Cl + SO2 + HCl t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 75 Sabendo-se que nessa reação empregou-se 30,5 g de ácido benzoico, obtendo-se o correspondente cloreto de ácido em 90% de rendimento, e que o dióxido de enxofre (SO2) foi quantitativamente recolhido para o balão B da figura ao lado, responda ao que se pede. Dados: MM(Ácido Benzoico) = 122 g mol–1 a) Calcule, em número de mols, a quantidade do cloreto de ácido obtido ao final da reação. b) Considerando que no balão A existe gás nitrogênio a uma pressão de 3 atm, calcule a pressão final do sistema após a abertura da torneira. O produto entre a constante dos gases ideais e a temperatura no sistema de balões vale RT = 30 atm L mol–1. Gabarito: a) 0,225 mol b) Pfinal = 1,45 atm 28. (UFBA/2006) Para suprir a demanda de energia, o Brasil ainda necessita importar gás natural. Através do gasoduto Brasil-Bolívia, construído em parceria pelos dois países, a Bolívia fornece gás natural para várias cidades do Centro-Sul brasileiro. O gás natural está sendo utilizado cada vez mais como combustível para automóveis pelo fato de ser mais econômico e menos poluente do que a gasolina. (FELTRE, 2004, p. 38-39). Considere um cilindro de gás natural de um automóvel, com 100L de gás natural ideal, carregado a 27ºC e 9,0atm, em um posto de combustíveis. Admitindo que a composição, em quantidade de matéria, do gás natural é 80% de metano e 20% de etano, determine o valor da massa da mistura gasosa contida nesse cilindro, expressando o resultado com três algarismos significativos. Gabarito: 689g 29. (Unicamp SP/2006) t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 76 Algumas misturas gasosas podem ser importantes em ambientes hospitalares, assim como na prática de esportes, como mergulho autônomo a grandes profundidades. Uma dessas misturas, denominada Trimix, contém 16% de oxigênio, 24% de hélio e 60% de nitrogênio (porcentagem em volume). Suponha um cilindro de Trimix mantido à temperatura ambiente e a uma pressão de 9000 kPa. a) Escreva as fórmulas dos gases da mistura. b) Qual é a pressão parcial do hélio no cilindro? Mostre os cálculos. c) Qual é a massa molar média da mistura? Mostre os cálculos. Dado: R = 8,3 kPa L mol1 K1 Gabarito: a) O2 (oxigênio), He (hélio) e N2 (nitrogênio) b) kPa2160 100 24 9000XpP HeHe c) mol/g9,22 100 60 28 100 24 4 100 16 32Mmédia 30. (UFU MG/2006/2ªFase) Os carboidratos, como por exemplo a sacarose, são fontes de energia para o organismo. Sua combustão com o oxigênio que respiramos produz somente CO2 e H2O. OH OH H OH H H OH CH2OH H O CH2OH O H OH OH H H CH2OH Sacarose Sobre este assunto, pede-se: a) a fórmula molecular da sacarose. b) a equação química balanceada que representa a combustão completa da sacarose. c) calcule quantos litros de ar devem ser respirados, a 25 ºC e 1 atmosfera, para queimar 4 g de sacarose contidas num pedaço de rapadura. Sabe-se que o oxigênio constitui 21% do volume do ar que respiramos. Dados: R = 0,082 atm L K1 mol1 Gabarito: t.me/CursosDesignTelegramhub ESTRATÉGIA VESTIBULARES – GASES AULA 22 – GASES 77 a) 112212 OHC b) OH11CO12O12OHC1 222112212 c) 16,33L de ar 31. (Unesp SP/2006/Biológicas) Uma mistura gasosa formada por 14,0 g de gás nitrogênio, N2, e 8,0 g de gás oxigênio, O2, ocupa um balão de capacidade igual a 30 L, na temperatura de 27ºC. Dadas as massas molares (g/mol): N2 = 28 e O2 = 32 e R = 0,082 atm.L.mol−1.K−1, determine: a) a pressão de cada gás no balão; b) a pressão total no balão. Gabarito: a) atm41,0P 2N atm205,0P 2O b) atm615,0PT 32. (UFG GO/2005/2ªFase) A umidade relativa do ar é definida como o quociente entre a pressão parcial do vapor d’água, no ar, e a pressão máxima de vapor d’água, no ar, em uma dada temperatura. Por sua vez, a pressão parcial de um gás, em um ambiente, está para a pressão total assim como o volume parcial está para o volume total. Considere um ambiente com 2,5m de altura, 3,0m de largura e 2,0m de comprimento em um dia em que a temperatura atinge a marca dos 30 ºC. Sabe-se que, nessas condições, a pressão parcial de vapor d’água é igual a 25,0 mmHg e que a pressão máxima de vapor d’água é igual a 31,8 mmHg. a) Determine a umidade relativa do ar, nesse ambiente. b) Determine o volume de água, no estado líquido, existente nesse ambiente, considerando que a pressão total é de 760 mmHg. (Dados: R = 62,3 mmHgL/Kmol; dágua = 1 g/cm3). Gabarito: a) 0,78 ou 78%; b) 11,75 mL t.me/CursosDesignTelegramhub