Lista de Exercicios . PROF ISAIAS

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Centro Universitário Maurício de Nassau 
Prof. Isaías Soares 
Lista de Exercícios Físico Química 
Aula 1-Gases ideais e gases reais 
 
 
1) Determine o volume ocupado por 2,5 mols de um gás que exerce 6 atm de 
pressão a 30ºC. 
 
Resposta: 10,35 L 
 
 
2) Um volume de 30 m3 de gás etano (C2H6) a 22 °C e exercendo 5 atm de pressão, 
é consumido mensalmente para fornecer energia a uma residência. Determine a 
quantidade desse gás, em toneladas, que é consumida por ano. Considere 
comportamento de gás ideal para o etano. 
 
Resposta: 2,23 ton 
 
3) Imagine-se responsável pela decoração de uma festa infantil e que será preciso 
providenciar 300 bexigas cheias de gás hélio (He). Esse gás é comercializado 
em cilindros com volume de 25 L, a uma pressão de 30,0 atm. Sabendo-se que 
cada bexiga cheia contém 2,5 L de gás, a uma pressão de 1,04 atm, 1 cilindro 
será suficiente para encher as 300 bexigas da festa? (sugestão: adote a 
temperatura ambiente). 
 
Resposta: Não. 
 
4) Diálogo entre o famoso detetive belga Hercule Poirot e Stevens Shift, presidente 
da Shift CO., indústria de gases: 
Hercule Poirot: - Vim ás pressas porque seu telefonema parecia urgente. O que 
aconteceu, mon ami? 
Stevens Shift: - E de fato, é urgente, meu caro amigo Poirot. Sei que hoje é 
domingo, mas você precisa me ajudar. Oliver, meu gerente da Shift lá em 
Sydney, na Austrália, acaba de me ligar reportando o roubo de um cilindro 
valiosíssimo de neônio, um gás bastante utilizado em lâmpadas de letreiros. O 
cliente já realizou o pagamento desde sexta-feira e foi combinado que o cilindro 
deve ser entregue a ele nessa segunda-feira. Precisamos recuperar esse cilindro 
o mais rápido possível, pois esse cliente é bastante exigente (enxugando as 
lágrimas)! 
HP: - Calma, homem! Vamos recuperá-lo. Mas, primeiramente, devo ficar a par 
dos fatos. Que informações importantes o seu gerente forneceu? 
SS: - Bom, ontem foi sábado, e geralmente Oliver trabalha em seu escritório, 
fechando a contabilidade da semana. Ao chegar no escritório, segundo ele, 
encontrou um homem suspeito rondando o local onde os gases ficam 
armazenados para expedição. O rapaz fugiu, ao notar sua presença e não foi 
mais visto. Então, Oliver trabalhou normalmente em seu escritório e depois saiu 
pra almoçar. Na volta, foi verificar se estava tudo bem com a carga do cliente. 
Foi aí que tomou um grande susto ao ver que o cilindro havia sumido! 
HP: - Hummm! Como era esse rapaz? 
SS: - Segundo Oliver, era um rapaz de meia idade, robusto, que deveria pesar 
uns 110 kg. 
HP: - E quais eram as características desse cilindro de neônio? 
SS: - Bem, era um cilindro de uns 2,5 m3 de volume, que, vazio, pesava uns 40 
kg. A pressão do gás era de 180 atm e a temperatura era de 15ºC. Todo nosso 
maquinário para transporte é terceirizado, de forma que não havia guindastes 
nem carrinho para transporte. Acho que o suspeito deve ter levado o cilindro 
sozinho, uma vez que era um homem robusto. 
 HP: - É! Talvez! Permita-me, mon ami, gostaria de realizar alguns cálculos. 
 SS: - Cálculos? Tudo bem, meu amigo. Fique à vontade! 
Poirot se concentra numa mesa realizando os cálculos e, em menos de cinco 
minutos, exclama: 
HP: - Aha!! Como suspeitei! O caso está encerrado! Ligarei para a polícia de 
Sydney e pedirei para que prendam Oliver o mais rápido possível. Não se 
preocupe, mon ami, o cilindro está a salvo e será entregue ao seu cliente 
amanhã! 
O que Hercule Poirot descobriu com seus cálculos? Por que Oliver é 
responsável pelo roubo do cilindro? 
5) Mostre que, num sistema onde há a conservação da massa de gases ideais, vale a 
relação: 
 
 
Com base nessa equação, estabeleça as relações para os processos isotérmico (T 
constante), isobárico (P constante) e isocórico (V constante). 
6) Um automóvel tem seus pneus calibrados a 34 psi, a 27°C. Após rodar por 
alguns minutos, percebe-se que a temperatura dos pneus subiu para 45°C. Qual 
a pressão de ar nos pneus após a rodada? 
Resposta: 36 psi 
7) Um cilindro de êmbolo móvel contém gás que ocupa 2,3 L a 18°C. Aquece-se o 
gás até 36°C. Qual o novo volume ocupado pelo gás? É correto afirmar que ele 
ocupará o dobro do volume, uma vez que dobrou-se a temperatura? 
 
8) Quais as considerações que precisam ser feitas para considerar uma amostra de 
gases como sendo ideal? Qual a implicação dessas considerações? 
 
9) Determine o fator de compressibilidade e o volume molar de uma amostra de gás 
que, a 298 K, exerce uma pressão de 15 atm e que possui volume molar 13% 
menor do que ele ocuparia se tivesse comportamento ideal. Respostas: Z = 
0,87; Vm = 1,18 L/mol 
 
10) Calcule a pressão exercida (em atm) por uma amostra de 131g de Xenônio 
gasoso num vaso de volume igual a 1 litro a 25°C, considerando 
comportamento de gás ideal e depois calcule considerando comportamento de 
gás de Van der Waals. (Dado: a = 4,137 atm.L2/mol2 e b = 0,0516 L/mol. 
Massa atômica do Xe: 131g/mol) 
Resposta: 24,4 atm (ideal) e 21,6 atm (van der Waals) 
11) A massa específica de um composto gasoso é de 1,45kg/m3, a 400K e 30kPa. 
Qual a massa molar do composto? Considere o composto como um gás ideal. 
Resposta: 160,7 g/mol 
12) Qual a expressão do fator de compressibilidade, Z para um gás de van der 
Waals? De posse dessa expressão, calcule o fator de compressibilidade para o 
metano, que possui volume molar de 0,25 L/mol a 298K.(Dado: a = 2,273 
atm.L2/mol2 e b = 0,0431 L/mol) 
 
 
Resposta: ; 0,836 
 
13) Como se comporta a equação de van der Waals, quando consideramos sistemas 
gasosos com grandes volumes? 
 
 
14) Uma mistura de 1,5 mol de gás carbônico, 8 g de metano e 12 · 1023 moléculas 
de monóxido de carbono está contida em um balão de 30 litros a 27 °C. 
Podemos afirmar que: (Dados: massas atômicas H = 1; C = 12; O = 16) 
 
a) a pressão parcial do CO é o dobro da do CH4. 
b) a pressão parcial do CH4 é o triplo da do CO2. 
c) a pressão parcial do CO2 é 1/4 da do CO. 
d) a pressão parcial do CO é o quádruplo da do CH4. 
e) a pressão total é igual a 4 atm. 
 
Resposta: Alternativa D 
 
15) Um vaso de 11,2L a 273K contém uma mistura de 2 mols de H2 e 3 mols de 
CO2. Calcule a pressão parcial de cada gás. 
 
 Resposta: 4 atm (H2) e 6 atm (CO2) 
 
 
16) Um gás perfeito sofre uma compressão isotérmica que reduz em 2,20 L o seu 
volume. A pressão final do gás é de 5,04 bar e o volume final é de 4,65 L. 
Calcule a pressão inicial do gás em bar. Resposta: 3,42 bar 
 
17) Numa experiência para determinar um valor exato da constante dos gases 
ideais, R, um estudante aqueceu um vaso de 20 L, cheio com 0,25132g de hélio 
gasoso, a 500°C, e mediu a pressão num manômetro de água a 25°C, 
encontrando o valor de 206,402 cm de altura de água. Calcule o valor de R a 
partir desses dados. A densidade da água é 0,99707g/cm3 a 25°C e a aceleração 
da gravidade g = 9,8 m/s2(Sugestão: a pressão será dada numa coluna de água, 
então calcule a pressão hidrostática e faça essa pressão ser igual à pressão que o 
hélio exerce). 
 
18) A 500°C e 93,2 kPa, a massa específica do vapor de enxofre é de 3,71 
kg/m3.Determine a massa molecular do enxofre nessas condições, considerando 
que o vapor de enxofre se comporta idealmente. Qual a sua fórmula molecular? 
(Dado: massa atômica do enxofre: S = 32g/mol). 
 
 
Aula 2 – 1ª e 2a Leis da Termodinâmica 
 
19) Enuncie a 1ª Lei da Termodinâmica. De que forma calor e trabalho aumentam 
ou diminuem a energia interna de um sistema? 
 
20) Cite um exemplo de energia calorífica sendo transformado em trabalho e vice-
versa. 
 
21) Uma amostra de 1 mol de gás ideal se expande isotermicamente a 0°C, de 
22,4L a 44,8 L, de três formas: 
 
a) Reversível 
b) Contra uma pressão externa constante e igual à pressão final dogás 
c) Livremente 
 
Calcule W, Q e ∆U para cada caso. 
 
 
Resposta: a) W = -1,57kJ; Q = + 1,57kJ; ∆U = 0; b) W = -1,13kJ; Q = 
+1,13kJ; ∆U = 0; c) todos os itens iguais a zero. 
 
22) Uma reação química ocorre num vaso de seção reta uniforme, de 100cm2, 
provido de um pistão. Devido à reação, o pistão se desloca 20 cm contra a 
pressão externa de 1 atm. Calcule o trabalho realizado pelo sistema. 
 
 Resposta: - 202,64 J 
 
 
23) Uma amostra de 1 mol de um gás perfeito com Cvmolar = 3R/2, inicialmente a 
uma pressão de 1 atm e a uma temperatura de 300K, é aquecida de forma 
reversível até 400K a volume constante. Calcule a pressão final, Q, W e ∆U 
para esse processo. 
 
Resposta: P = 1,33 atm; Q = +1,25 kJ; W = 0; ∆U = + 1,25 kJ 
 
 
24) Uma amostra de 0,1 mol de propano, um gás muito utilizado para cozinhar em 
zonas rurais, foi inflamado com excesso de oxigênio numa bomba calorimétrica 
(recipiente que mede calores de combustão à pressão constante). A temperatura 
inicial da bomba era de 25,0°C e sua capacidade calorífica é de 96 kJ/°C. Ao 
final da combustão, a temperatura da bomba foi de 27,3°C. Calcule a entalpia 
de combustão do propano. 
Resposta: 2208 kJ/mol 
 
25) Sendo o ∆H de formação do óxido de cobre II igual a –37,6 kcal/mol e o ∆H 
de formação do óxido de cobre I igual a –40,4 kcal/mol, o ∆H da reação: 
 
 Cu2O(s) + 1/2 O2(g) → 2 CuO(s) será: 
 
 a) –34,8 kcal. 
 b) +115,6 kcal. 
 c) –115,6 kcal. 
 d) +34,8 kcal. 
 e) –5,6 kcal. 
 Resposta: Alternativa A 
 
26) Dadas as seguintes equações termoquímicas e seus respectivos valores de 
entalpia: 
 2H2(g) + O2(g) => 2H2O(l) ∆H = -571,5 kJ 
 N2O5(g) + H2O(l) => 2HNO3(l) ∆H = -76,6 kJ 
 ½ N2(g) + 3/2 O2(g) + ½ H2(g)=> HNO3(l) ∆H = -174,1 kJ 
 
 Qual o ∆H para a seguinte reação? 
 2 N2(g) + 5 O2(g) => 2N2O5(g) 
 
 Resposta: + 28,3 kJ 
 
27) Qual o trabalho realizado por um gás de van der Waals quando ele se expande 
de forma reversível e isotérmica? 
 
 Resposta: 
 
 
28) Qual a variação de entropia quando 15 kJ de energia em forma de calor são 
transferidos reversível e isotermicamente para um bloco de ferro a 27°C? O que 
aconteceria se essa transferência fosse feita a uma temperatura inferior? 
 
Resposta: 50 J/K 
 
 
29) Por que um edifício destruído após uma implosão não volta a ficar “de pé” 
espontaneamente? 
 
30) Calcule a variação de entropia das seguintes reações (use a tabela fornecida no 
material da aula): 
 a) ½ N2(g) + O2(g) NO2(g); 
 b) 9H2O(g) +7N2O(g)  6NH3(g) +8 NO2(g) 
 c) H2(g) + Cl2(g)  2HCl(g) 
Respostas: a) -60,25 J/mol.K; b) – 159,3 J/mol.K; c) + 19,8 J/mol.K 
31) Para as reações do exercício anterior, quais são espontâneas? (use a tabela 
fornecida no material da aula) 
 Resposta: Apenas a do item c). 
32) Qual o ponto de ebulição do Br2 no estado líquido, isto é, a temperatura na qual 
Br2(l) e Br2(g) podem coexistir em equilíbrio um com o outro? (Dados: ∆S 
(Br2)(g) = 245,4 J/mol.K; ∆S (Br2)(l) = 152,2 J/mol.K; ∆H (Br2)(g) = 30,9 
kJ/mol ; ∆H (Br2)(l) = 0 kJ/mol). 
 Resposta: 59°C 
 
33) Qual o sinal da variação de entropia (do sistema) para os seguintes processos? 
 a) Cristalização do açúcar; 
 b) Evaporação da água; 
 c) Na+ (aq) + Cl-(aq)NaCl(s); 
d) Um palito de fósforo sendo aceso; 
 
e) Açúcar sendo colocado numa xícara de café. 
 
 
34) O calor latente de fusão da água, a 0°C, é de 6,02 kJ/mol e o seu calor latente 
de vaporização é 40,7 kJ/mol, a 100°C. Calcule a variação de entropia para as 
duas mudanças de fase (fusão e ebulição) considerando 2 mols de água. Por que 
a variação de entropia na vaporização é maior que a de fusão? Respostas: ∆Sfus 
= 44,1 J/K; ∆Svap = 218,2 J/K. 
 
35) Considere uma massa de 10g de água (calor específico 1cal/g°C) a 70°C sendo 
adicionada a 50g de óleo de cozinha (calor específico 0,4cal/g°C) a 25°C. 
Determine as variações de entropia da água, do óleo e a variação de entropia 
total, após o equilíbrio térmico, considerando que não há perdas de calor. 
Respostas: ∆Ságua = - 0,915 J/K; ∆Sóleo = +0,982 J/K; ∆Stotal = +0,067 
J/K. 
 
36) Determine os sinais de ΔH, ΔG e ΔS para os seguintes processos: 
 
a) Congelamento da água; 
b) Explosão de uma bomba; 
c) Dissolução de uma substância que deixa o recipiente mais quente. 
 
 
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