lista gases - FQI

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QBI74E - Físico-Química 1 - 2024
Prof. Dr. Luiz Marcos L. Faria
Lista de exercícios – Gases
1 – É comum em ciências da saúde ou biológicas fornecer o valor de energia em calorias (cal). Qual o valor da constante dos gases perfeitos expressa em calorias?
2 – Se 0,30 g de álcool etílico no estado vapor ocupam 200 mL a uma pressão de 1 atm e uma temperatura de 100 ºC, qual é a massa molar do álcool etílico? Assuma que o vapor se comporta como gás ideal.
R: ~ 45,9g.mol-1
3) Se considerarmos um desvio de 5% do comportamento ideal ainda válido para considerar um gás como perfeito e que a equação de van de Waals reflete o comportamento real, como você classificaria um mol de gás Hélio (M= 4g.mol-1) a 35 ºC, num volume de 2000 mL? Dados: a = 0,03412 atm.L2.mol-2 e b = 0,0237 L.mol-1.
R: calcular a pressão utilizando a equação dos gases perfeitos e também a equação de van der Waals. Se a diferença percentual entre as duas for de até 5%, classificasse esse gás como ideal.
4) Um vaso de 22,4 L tem 2,0 mol de H2 e 1,0 mol de N2 a 273,15 K. Todo o H2 reagem com o N2 suficiente para formar NH3. Calcular as pressões parciais e a pressão total da mistura final.
R: N2: 0,33 atm; H2: 0 atm; NH3: 1,33 atm; ptotal: 1,66 atm.
5) A Lei de Charles também pode ser escrita como V = V0 ( 1 + α.θ), onde θ é a temperatura Celsius, α é uma constante e V0 é o volume da amostra do gás a 0 ºC. Para o nitrogênio a 0 ºC obtiveram-se os seguintes valores de α:
	P / torr
	749,7
	599,6
	333,1
	98,6
	10-3 α / (ºC)-1
	3,6717
	3,6697
	3,6665
	3,6643
 Explique como você faria para obter o melhor valor do zero absoluto de temperatura na escala Celsius. a partir dos dados fonecidos.
6) A composição ponderal do ar seco ao nível do mar é aproximadamente 75,5% de N2, 23,2% de O2 e 1,3% de Ar. Qual a pressão parcial de cada componente quando a pressão total é igual a 1 atm?
7) Imagine que um balão tenha um raio de 3,0 m e que seja esférico. A) Que quantidade de H2 (em moles) enche o balão a 1 atm, na temperatura ambiente de 25 ºC, no nível do mar? 
B) Que massa o balão pode levar, no nível do mar, sendo de 1,22 Kg.m-3 a densidade do ar?
C) Que carga o mesmo balão pode levar se estiver usando He em lugar do H2?
D) Considerando que a densidade do ar se mantém constante com a altitude, a capacidade de carga do balão aumenta ou diminui conforme o balão ganha alturas cada vez maiores? Justifique. Dado 
Volume de uma esfera = 4/3.π.r3
8) Supor que 0,157 g de certo gás coletado sobre a água ocupam um volume de 135 mL a 25 ºC e 745 mmHg. Considerando o comportamento do gás ideal, determine a massa molar do gás. A 25 ºC, a pressão de vapor da água é de 23,6 mmHg.
R: Mesma forma de resolução do exercício 2. Não se esqueça de subtrair a pressão de vapor da água da pressão total.
9) Num metabolismo basal que durou exatamente 6 minutos, um paciente, exalou 52,5 L de ar, coletado sobre água a 20 ºC. A pressão de vapor de água a 20 ºC é de 17,5 torr. A pressão foi de 750 torr. O ar exalado apresentou quando analisado, 16,75% de oxigênio e o ar inalado, 20,32% de oxigênio em volume, ambos secos. Desprezando a solubilidade dos gases na água e a diferença nos volumes de ar inalado e exalado, calcule o volume de oxigênio consumido por minuto, nas CNTP
R: ~0,28 L
10) Os conceitos envolvidos no modelo cinético dos gases explicam a técnica de enriquecimento isotópico de urânio através do processo de difusão gasosa. Nesta técnica, o gás hexafluoreto de urânio, que consiste numa mistura de duas espécies isotópicas 235UF6 (M = 349) e 238UF6 (M = 352), passa, por difusão, por vários filtros porosos (o tamanho do poro dos filtros permite a passagem dos dois tipos de molécula) e o enriquecimento significa que no fim do processo (depois que a mistura difundiu por inúmeros filtros) o gás tem uma porcentagem maior da espécie mais leve, como pode ser visto no esquema abaixo. Todo o processo se faz a temperatura constante. A seguir são dadas três explicações para este resultado experimental:
a) o enriquecimento é conseqüência da diferença na energia cinética média (E = 1/2mv2) das moléculas dos dois gases;
b) a separação ocorre porque a força exercida pelas moléculas depende da quantidade de movimento (mv);
c) o enriquecimento funciona porque a difusão é proporcional a velocidade média das moléculas, e portanto, favoreceria a espécie mais leve. 
Porém apenas uma é correta, e você utilizando todo seu conhecimento sobre o modelo cinético dos gases, deverá apontar a alternativa correta e explicar sua escolha. 
11) As isotermas apresentadas a seguir são ricas em informação e descrevem a resposta da pressão devido a compressão de um gás qualquer. Discuta o que ocorre fisicamente em cada situação (1, 2 e 3) ao se diminuir o volume molar da amostra. Coloque em ordem crescente as temperaturas nas quais foram realizados os três 
experimentos. O que significa o ponto C da isoterma 2? Este gás poderia ser liquefeito através de sua compressão isotérmica em qualquer temperatura? Por quê? Qual a equação descreve a isoterma 3? Considerando que o comportamento deste gás não é ideal nos experimentos 1 e 2, de um exemplo de equação de estado que poderia ser útil nestes casos. OBS. Você deve utilizar a figura nas suas respostas. 
12) O que você entende por gás ideal? Em que condições de temperatura e pressão um gás real se comporta como ideal? Por quê? A equação de van der Waals se aplica a qualquer gás (gás real) em pressões não muito elevadas (A pressão desejada pode ser obtida, se o recipiente for resfriado em uma mistura de gelo e sal a -25oC?
R: p1/T1 = p2/T2
21) Em estudos clínicos envolvendo misturas de gases, a composição é expressa, frequentemente, em percentagem em volume com que cada gás componente contribui, isto é, a percentagem de volume total que seria ocupada pelo gás em questão (CNTP). O ar alveolar do pulmão humano apresenta a seguinte composição:
		80,5% de nitrogênio
		14,0% de oxigênio
		5,5% de gás carbônico
Se a pressão no pulmão é de 760 mmHg e a pressão de vapor de água é de 47 mmHg, calcular as pressões parciais exercidas por estes componentes principais.
22) Calcular a massa de vapor de água presente numa sala de 75m3 contendo ar a 27 ºC num dia onde a umidade relativa é de 60% A pressão de vapor da água a 27º C é de 26,74 Torr.
R: 1,16 Kg
23) Deduzir a relação entre a pressão p e a densidade de um gás perfeito de massa molar M. Usando um método gráfico para dados obtidos para o éter dimetílico, verifique o comportamento de gás perfeito a baixas pressões a 25º C, e determine a massa molar do gás. 
 
	p/Torr
	91,74
	188,98
	277,3
	452,8
	639,3
	760,0
	/g.L-1
	0,232
	0,489
	0,733
	1,25
	1,87
	2,30
R: 45,9 g.mol-1
24) A densidade do ar, a 740 torr e 27 ºC é de 1,146 g.L-1. Calcular a fração molar e a pressão 
parcial do nitrogênio e do oxigênio admitindo que o ar é constituído exclusivamente por estes dois gases.
R: N2 : 0,758 e 561 torr; O2: 0,242 e 179 torr.
25) A descoberta do argônio por Lorde Rayleigh e Sir William Ramsay foi propiciada pelas medidas de Rayleigh da densidade do nitrogênio visando a uma determinação exata da massa molar do gás. Rayleigh preparou amostras de nitrogênio pela reação química de compostos nitrogenados. Em condições normais, um balão de vidro, cheio com o “nitrogênio químico”, tinha a massa de 2,2990 g. Depois preparou outras amostras de nitrogênio pela remoção de oxigênio, do dióxido de carbono e do vapor de água do ar atmosférico. O mesmo balão mencionado, nas mesmas condições, cheio com este “nitrogênio atmosférico” tinha a massa de 2,3102 g. (Lorde Rayleigh, Royal :Isntitution Proceedings 14, 524 (1895)). Com a idéia de calcular massas molares exatas do nitrogênio e do argônio, estime a fração molar do argônio no “nitrogênio atmosférico” na hipótese de o “nitrogênio químico” ser nitrogênio puro e o outro uma mistura de nitrogênio e argônio.
R: 0,011
27) Dentre os gases nobres, dada uma determinada condição de pressão e temperatura, qual se comporta mais idealmente? Justifique. Explique a sequência de valores dos parâmetros de Van der Waals observados para os seguintes gases nobres:
	Gás
	a (atm.L2/mol2)
	b (L/mol)
	Hélio
	0,035
	0,0237
	Neônio
	0,211
	0,0171
	Criptônio
	2,318
	0,0398
	Xenônio
	4,194
	0,0510
 5
image1.emf
Fluxo do gás
U
235
F
6
U
238
F
6
Fluxo do gás
U
235
F
6
U
238
F
6
image2.emf
1
2
3
Volume Molar / L.mol
-1
P/atm
C
1
2
3
Volume Molar / L.mol
-1
P/atm
C
image3.jpeg
image4.jpeg