CadernodeexercciosdeFsicoQumica 1Parte 20170820123005

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Físico-Química 
 
 
 
 
 
Prof. Dr. Lucas Micqueias Arantes 
E-mail: lucas.arantes@prof.unibh.br 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Caderno de 
exercícios de Físico-
Química
 Físico-Química 
2 
 
1- O Sistema Internacional de Unidades: SI 
 
Uma quantidade física é um produto de um valor numérico (um número puro) e uma 
unidade. As sete unidades básicas dimensionalmente independente no SI são dadas na 
Tabela 1. 
Tabela 1 – Quantidades Físicas e Unidades Básicas 
Quantidade física Símbolo da 
quantidade 
Nome da unidade no SI Símbolo para a unidade 
no SI 
Comprimento l metro M 
Massa m quilograma Kg 
Tempo t segundo S 
Corrente elétrica I ampere A 
Temperatura termodinâmica T kelvin K 
Quantidade de substância n mol Mol 
Intensidade luminosa Iʋ candela Cd 
 
1.1 Definições das Unidades Básicas do SI 
Metro: O metro é o comprimento igual a 1.650.763,73 comprimentos de onda no vácuo 
da radiação corresponde à transição entre os níveis 2p10 e 5d5 do átomo de Criptônio-86. 
Quilograma: O quilograma é a unidade de massa e à massa de um cilindro de platina/ 
irídio mantido no International Bureau of Weights and Measures (Comitê Internacional 
de Pesos e Medidas) em Sêvres, França. 
Segundo: O segundo é a duração de 9.192.631.770 períodos da radiação correspondente 
à transição entre os dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio-
133. 
Ampere: O ampere é a corrente elétrica constante que, se mantida em dois condutores 
paralelos retilíneos, de comprimento infinito e de seção reta desprezível, colocados no 
vácuo e separados entre si de 1 metro, poderá produzir entre esses condutores uma força 
igual a 2 x 10
-7
 newton por metro de comprimento. 
Kelvin: O kelvin, unidade de temperatura termodinâmica, é a fração 1/273,15 da 
temperatura termodinâmica do ponto triplo da água. 
Mol: O mol é a quantidade de substância de um sistema que contém tantas unidades 
elementares quanto ao número de átomos de carbono-12. Quando o mol é usado, as 
unidades elementares precisam ser especificadas e podem ser átomos, moléculas, íons, 
elétrons, outras partículas ou grupos específicos de tais partículas. 
 Físico-Química 
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Candela: A candela é a intensidade luminosa, na direção perpendicular, de uma 
superfície de 1/600.000 metros quadrados de um corpo negro na temperatura de 
solidificação da platina, sob uma pressão de 101.325 newtons por metro quadrado. 
 
1.2 Quantidades Físicas Secundárias 
Todas as outras quantidades físicas são consideradas por definição, como sendo 
derivadas, e tendo suas dimensões também derivadas, das sete quantidades físicas 
básicas independentes, envolvendo apenas multiplicação, divisão, diferenciação e, ou 
integração. A velocidade de uma partícula, por exemplo, é definida por ʋ = ds/dt e tem 
a dimensão comprimento por tempo (l/t); a unidade SI é o metro por segundo (m/s). A 
Tabela 2 lista um número de quantidades secundárias comuns e suas unidades; essas 
unidades não possuem nomes especiais. A Tabela 3 lista um número de quantidades 
secundárias comuns que tem nomes especiais para as suas unidades. 
 
Tabela 2 – Unidades SI Secundárias sem Nomes Especiais 
Quantidade física Símbolo da 
quantidade 
Nome da unidade no SI Símbolo para a 
unidade no SI 
Área A metro quadrado m
2
 
Volume V metro cúbico m
3
 
Densidade ρ quilograma por metro cúbico kg m-3 
Velocidade u,v,w,c metro por segundo m s
-1
 
Concentração c mol por metro cúbico mol m
-3
 
Intensidade do campo elétrico E volt por metro V m
-1
 
 
Tabela 3 – Nomes e Símbolos Especiais para Certas Unidades SI Secundárias 
Quantidade física Nome da unidade 
SI 
Símbolo para a 
unidade no SI 
Definições da 
unidade no SI 
Força newton N kg m s² 
Pressão pascal Pa kg m
-1 
s
-
² 
Energia joule J kg m
2 
s
-
² 
Potência watt W kg m
2 
s
-3
 
Carga elétrica coulomb C A s 
Diferencias de potencial elétrico volt V kg m
2 
A
-1 
s
-3
 
Resistência elétrica ohm Ω kg m2 A-2 s-3 
Condutância elétrica siemens S A
2 
s
3
 kg
-1
 m
-2
 
Capacitância elétrica farad F A
2 
s
4
 kg
-1
 m
-2
 
Fluxo magnético weber Wb kg m
2 
A
-1 
s
-2
 
Densidade de fluxo magnético tesla T kg A
-1 
s
-2
 
Frequência hertz Hz s
-1
 
 
 
1.3 Prefixos SI 
Para designar múltiplos e submúltiplos da unidade básica, usamos um prefixo padrão 
junto ao símbolo da unidade. Esses prefixos encontram-se na Tabela 4. 
 Físico-Química 
4 
 
Tabela 4 – Prefixos SI 
Submúltiplo Prefixo Símbolo Submúltiplo Prefixo Símbolo 
10
-1
 deci d 10 deca Da 
10
-2
 centi c 10
2
 hecto H 
10
-3
 mili m 10
3
 quilo K 
10
-6
 micro µ 10
6
 mega M 
10
-9
 nano n 10
9
 giga G 
10
-12
 pico p 10
12
 tera T 
10
-15
 femto f 10
16
 peta P 
10
-18
 atto a 10
18
 exa E 
 
 
1.4 Fatores de Conversão e Valores da Constante dos Gases 
Como os livros de referências apresentam os dados em diversas unidades, as Tabelas 5 e 
6 podem ser úteis para auxiliar na conversão dos valores de um conjunto de unidades 
para outro. As unidades que não apresentam associação com o SI são apresentadas entre 
parênteses. As seguintes definições são registradas: 
 
(ft) ≡ pé definido nos EUA ≡ 3,048 x 10-1 m 
(in) ≡ polegada definida nos EUA ≡ 2,54 x 10-2 m 
(qt) ≡ quartos definido nos EUA ≡ 0,946dm3 
(gal) ≡ galão de líquido nos EUA ≡ 231 (in)3 
(lbm) ≡ libra massa definida nos EUA (avoirdupois) ≡ 4,5359237 x 10
-1
 kg 
(lbf) ≡ força para acelerar 1(lbm) em 32,1740(ft)s
-2
 
(atm) ≡ pressão atmosférica padrão ≡ 101.325,00 Pa 
(psia) ≡ pressão absoluta em libras-força por polegada quadrada 
(Torr) ≡ pressão exercida por 1 mm de mercúrio a 0°C e na gravidade padrão 
(cal) ≡ caloria termoquímica 
(Btu) ≡ unidade térmica britânica – tabela de vapor internacional 
(lb mol) ≡ massa em libra-massa com valor numérico igual à massa molar 
(R) ≡ temperatura absoluta em Rankines 
 
Os fatores de conversão da Tabela 5 estão referenciados a uma unidade básica ou 
derivada do sistema SI. Conversões entre outros pares de unidades para uma dada 
grandeza são efetuadas conforme o exemplo a seguir: 
 
1 bar = 0,986923 (atm) = 750,061 (Torr). 
Assim, 
1 (atm) = 750,061/0,986923 = 760,00 (Torr) 
 Físico-Química 
5 
 
Tabela 5 – Fatores de Conversão 
Grandeza Conversão 
Comprimento 1 m = 100 cm =3,28084 (ft) = 39,3701 (in) 
Massa 1 kg = 10
3
 g = 2,20462 (lbm) 
Força 1 N = 1 kg m s
-2
 = 10
5
 (dina) = 0,224809 (lbf) 
Pressão 1 bar = 10
5
 kg m
-1
 s
-2
 = 10
5
 N m
-2
 = 10
5
 Pa = 10
2
 kPa = 10
6
 (dina) cm
-2
 = 0,986923 
(atm) = 14,5038 (psia) = 750,061 (Torr) 
Volume 1 m
3
 = 10
6
 cm
3
 = 10
3
 L = 35,3147 (ft)
3 
= 264,172 (gal) 
Massa específica 1 g cm
3
 = 10
3
 kg m
-3
 = 62,4278 (lbm) (ft)
-3
 
Energia 1 J = 1 kg m
2
 s
-2
 = 1 N m = 1 m
3
 Pa = 10
-5
 m
3
 bar = 10 cm
3
 bar = 9,86923 cm
3
 
(atm) =10
7
 (dina) cm = 10
7
 (erg) = 0,239006 (cal) = 5,12197 x 10
-3
 (ft)
-3
 (psia) = 
0,737562 (ft)
 
(lbf) = 9,47831x 10
-4
 (Btu) = 2,77778 kW/h 
Potência 1 kW = 10
3
 W = 10
3
 kg m
2
 s
-3
 = 10
3
 J s
-1
 = 239,006 (cal) s
-1
 = 737,562 (ft)
 
(lbf) s
-1 
= 
0,947831 (Btu) s
-1
 = 1,34102 (hp) 
 
Tabela 6 – Valores da Constante Universal dos Gases 
 
 
R = 8,314 J mol
-1
 K
-1
 = 8,314 m
3
 Pa mol
-1
 K
-1
 = 83,14 cm
3
 bar mol
-1
 K
-1
 = 8.314 cm
3
 kPa mol
-1
 K
-1
= 
82,06 cm
3
 (atm) mol
-1
 K
-1
 = 62.356 cm
3
 (Torr) mol
-1
 K
-1
 = 1,987 (cal) mol
-1
 K
-1
 = 1,986 (Btu)(lb mol
)-1
 
(R)
-1
 = 0,7302 (ft)
3
(atm) )(lb mol
)-1
(R)
-1
= 10,73 (ft)
3
(psia) )(lb mol
)-1
(R)
-1
 = 1.545( ft) (lbf) )(lb mol
)-1
(R)
-1
 
 
Fonte: Adaptado de Introdução à Termodinâmica da Engenharia Química (Smith et al., 2007) e 
Fundamentos de Físico-Química (Castellan e Santos, 1986). 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 Físico-Química 
6 
 
Exercícios 
1. Um astronauta pesa 730 N em Houston, Texas, onde a aceleração da gravidade local 
é g = 9,792 m s
-2
. Qual é a massa (em kg) do astronauta e o seu peso na Lua (em N), 
onde g = 1,67 m s
-2
. Resp.: : PLua = 124,5 N; m = 74,55 kg 
 
2. Suponhamos que a altura da coluna de mercúrio em um barômetro é 760 mm em 15 
°C. Qual é a pressão atmosférica em pascal? Em 15 °C, a densidade do mercúrio é 
13,595 g cm
-3
 e a aceleração da gravidade na superfície da Terra é 9,80665 m s
-2
. Resp.: 
: p = 101 kPa 
 
3. A 27°C, a leitura em um manômetro com mercúrio é de 60,5 cm. A aceleração da 
gravidade local é de 9,784 m s
-2
. Em 27 °C, a densidade do mercúrio é 13,53 g cm
-3
. A 
qual pressão (em bar) essa coluna de mercúrio corresponde? Resp.: : p = 0,8009 bar 
 
4. Suponha que um gás sofra uma expansão de 500 mL contra uma pressão de 1,20 atm 
e não houve troca de calor com a vizinhança durante a expansão. Qual foi o trabalho 
realizado na expansão? Resp.: w = -60,8 J 
 
5. Indique se cada uma das seguintes unidades é uma medida de comprimento, massa, 
volume ou tempo: (a) m
3
, (b) ms, (c) mg, (d) nm, (e) dm
3
, (f) mm, (g) mm
3
, (h) kg, (i) 
ns. 
 
6. Converta cada uma das seguintes massas para gramas: (a) 3,89 x 10-6 kg, (b) 1,8 x 
10
4 
mg, (c) 3,23 x 10
3 
kg, (d) 1,22 x 10
9 
ng, (e) 63 µg. 
 
7. Expresse o volume de 1,45 cm3 em metros cúbicos. 
 
8. Expresse a massa específica de 11,2 g cm-3 quilogramas por metro cúbico 
 
9. Se você tem 58,0 polegadas de altura, qual a sua altura em centímetro? Resp.: : h = 
147 cm 
 
10. Em qual temperatura absoluta as escalas de temperatura Celsius e Fahrenheit 
fornecem o mesmo valor numérico? Qual é o valor? Resp.: : T = -40 
 
11. Pressões de até 3.000 bar são medidas com um manômetro a contrapeso. O 
diâmetro do êmbolo é de 4 mm. Qual é a massa aproximada, em kg, dos contrapesos 
requeridos? Resp.: : m = 384,4 kg 
 
12. Pressões de até 3.000(atm) são medidas com um manômetro a contrapeso. O 
diâmetro do êmbolo é de 0,17 (in). Qual é a massa aproximada, em (lbm), dos 
contrapesos necessários? Resp.: : m = 1000,7 lbm 
 
13. A 27°C, a leitura em um manômetro com mercúrio é de 60,5 cm. A aceleração da 
gravidade local é de 9,784 m s
-1
. A qual pressão essa coluna de mercúrio corresponde? 
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7 
 
Resp.: : p = 80,09 kPa 
 
14. A leitura em um manômetro de mercúrio a 25°C (aberto para a atmosfera em uma 
extremidade) é de 56,38 cm. A aceleração da gravidade local é de 9,832 m s
-2
. A 
pressão atmosférica é de 101,78 kPa. Qual é a pressão absoluta, em kPa, sendo medida? 
A densidade do mercúrio a 25°C é igual a 13,534 g cm
-3
. Resp.: : pabs = 176,808 kPa 
 
15. A leitura em um manômetro de mercúrio a 70 0F (aberto para a atmosfera em uma 
extremidade) é de 25,62(in). A aceleração da gravidade local é de 32,243(ft)(s)
-2
. A 
pressão atmosférica é de 29,86(in Hg). Qual é a pressão absoluta, em (psia), sendo 
medida? A densidade do mercúrio a 70(
0
F) é igual a 13,543 g cm
-3
. 
Resp.: : pabs = 27,22 psia 
 
16. Um gás é confinado em um cilindro com 1,25(ft) de diâmetro por um êmbolo, 
sobre o qual repousa um contrapeso. Juntos, o êmbolo e o contrapeso possuem massa de 
250(lbm). A aceleração da gravidade local é de 32,169(ft)(s)
-1
, e a pressão atmosférica é 
de 30,12(in Hg). (a) Qual é a força em (lbf) exercida no gás pela atmosfera, êmbolo e 
contrapeso, admitindo que não há atrito entre o êmbolo e o cilindro? Resp.: F = 2,8642 x 
10
3
 (lbf) (b) Qual é a pressão do gás em (psia)? Resp.: pabs = 16,208 psia (c) Se o gás no 
cilindro for aquecido, ele se expande, empurrando para cima o êmbolo e o contrapeso. 
Se o êmbolo e o contrapeso forem erguidos em 1,7(ft), qual é o trabalho realizado pelo 
gás em (ft lbf)? Qual é a variação da energia potencial do êmbolo e do contrapeso? 
Resp.: w = 4,8691 x 10
3
 (ft lbf) e ∆Ep = 424,9 (ft lbf) 
 
17. Um gás está confinado em um cilindro com 0,47 m de diâmetro por um êmbolo, 
sobre o qual repousa um contrapeso. Juntos, o êmbolo e o contrapeso possuem massa de 
150 kg. A aceleração da gravidade local é de 9,813 m s
-1
, e a pressão atmosférica é de 
101,57 kPa. (a) Qual é a força em newtons exercida sobre o gás pela atmosfera, pelo 
êmbolo e contrapeso, admitindo que não há atrito entre o êmbolo e o cilindro? Resp.: F = 
1,91 x 10
4 
N (b) Qual é a pressão do gás em kPa? Resp.: : pabs = 110,054 kPa (c) Se o gás no 
cilindro for aquecido, ele se expande empurrando para cima o êmbolo e contrapeso. Se 
o êmbolo e o contrapeso forem erguidos em 0,83 m, qual é o trabalho realizado pelo gás 
em kJ? Qual é a variação da energia potencial do êmbolo e do contrapeso? Resp.: w = 
15,848 kJ e ∆E = 1,222 kJ 
 
18. Em certo processo industrial, o nitrogênio é aquecido a 500 K em um vaso de 
volume constante. (a) Se o gás entra no vaso a 100 atm e 300 K, qual a pressão na 
temperatura de trabalho, se o seu comportamento for o de um gás perfeito? (b) Que 
temperatura teria a mesma amostra se a sua pressão fosse de 300 atm? Resp.: (a) p= 167 
atm. (b) T= 900 K 
 
19. A composição do ar seco em percentual ponderal (isto é, em massa), 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 1,20 atm? Resp.: pN2 = 0,936 
atm; pO2 = 0,252 atm e pAr = 0,012 atm. 
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20. Certa quantidade de um gás é confinada em um recipiente e obedece a lei de 
Boyle. Seu volume é 247 cm
3
 a uma pressão de 62,5 kPa. Se a pressão do gás é 
aumentada para 82,5 kPa com a redução do seu volume, qual será o novo volume 
ocupado pelo gás, se a temperatura é mantida constante. Resp.: V = 187 cm3 
 
21. Um recipiente contendo um êmbolo móvel possui 5 L de ar a 30 ºC. A que 
temperatura deve ser aquecido esse recipiente, à pressão constante, para que seu volume 
triplique? Resp.: T = 909 K 
 
22. Uma amostra de gás tem sua pressão aumentada de 0,5 atm para 1,5 atm. A 
temperatura inicial do gás é 400 K. Calcule a temperatura final, em graus Celsius, 
considerando que o volume permaneceu constante. Resp.: T = 1200 K 
 
23. Um frasco de 2,50 L é preenchido com metano, CH4, a 845 mmHg e 35 °C. Seo 
frasco for aquecido a 185 °C, qual será a nova pressão? Resp.: p = 1257 mmHg 
 
24. (a) Seria possível que uma amostra de 25 g de argônio gasoso, Ar(g), num vaso de 
volume igual a 1,5 dm
3
, exercesse uma pressão de 2,0 bar, a 30 
o
C, se o seu 
comportamento fosse de um gás ideal? Em caso negativo, qual seria a pressão do gás? 
Resp.: p = 10,5 bar (b) Que pressão teria o argônio se ele fosse um gás de van der Waals? 
Para o argônio, a = 0,0831 L
2
 bar mol
-2
 e b = 0,0320 L mol
-1
. Resp.: p = 10,4 bar 
 
25. (a) Seria possível que uma amostra de 131 g de xenônio gasoso, Xe (g), num vaso 
de volume igual a 1,0 dm
3
, exercesse uma pressão de 20,0 atm, a 25 
o
C, se o seu 
comportamento fosse de um gás ideal? Em caso negativo, que pressão ele exerceria? 
Resp.: p = 24 atm : (b) Que pressão teria o Xe se ele fosse um gás de van der Waals? Para 
o xenônio, a = 4,137 L
2
 atm mol
-2
 e b = 0,0516 L mol
-1
. Resp.: p = 22 atm 
 
26. Um gás perfeito sofre compressão isotérmica que reduz seu volume de 1,80 dm3 
seu volume. A pressão final do gás é 1,97 bar e o volume final é 2,14 dm
3
. Calcular a 
pressão inicial do gás em a) bar e b) Torr. Resp.: (a) p = 1,07 bar e (b) p = 803 Torr 
 
27. Um gás perfeito sofre compressão isotérmica que reduz seu volume de 2,20 dm3 
seu volume. A pressão final do gás é 5,04 bar e o volume final é 4,65 dm
3
. Calcular a 
pressão inicial do gás em a) bar e b) atm. Resp.: (a) P = 3,42 bar e (b) P = 3,38 atm 
 
28. Uma amostra de hidrogênio gasoso tem a pressão de 125 kPa na temperatura de 
23°C. Qual a pressão do gás na temperatura de 11 °C? Resp.: p = 120 kPa 
 
29. Calcule a velocidade média quadrática do hidrogênio à temperatura de 27 °C. 
Resp.: 1,9 x 10
3
 m s
-1 
 
30. Uma amostra de 225 mg de neônio ocupa 3,00 dm3 a 122 K. Use a lei do gás 
perfeito para calcular a pressão do gás. Resp.: p = 0,0420 atm 
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31. Um pneu de automóvel foi cheio de ar até uma pressão de 24 lb in-2 num dia de 
inverno quando a temperatura era -5ºC. Qual será a pressão no pneu num dia em que a 
temperatura estiver em 35 °C, assumindo que nenhum vazamento ocorreu e que o 
volume ficou constante? Resp.: p = 29,7 lb in-2 
 
32. Um gás ideal cuja massa é de 1,34 gramas ocupa uma volume de 2,0 L na 
temperatura de 25 °C e pressão de 1,0 atm. a) Se a temperatura for acrescida de 435 °C, 
qual será a pressão se o volume permanecer o mesmo? Resp.: p = 2,46 atm b) Quantas 
moléculas deste gás estão presentes quando a pressão é de 76 Torr, o volume é de 10 
mL e a temperatura é de 45 °C? Resp.: Número de moléculas = 2,31 x 1019 
 
33. A densidade do gás fosfina é 1,26 g.L-1 a 50 °C e 747 mmHg. Calcule a massa 
molar da fosfina. Resp.: M = 34,0 g.mol-1 
 
34. Qual será a massa molar do aleno gasoso, se ele se comporta idealmente, e se 2,79 
g ocupam um volume de 1,56 L na CNTP? Resp.: M = 40,4 g.mol-1 
 
35. O composto orgânico volátil geraniol, um componente do óleo de rosas, é usado 
em perfumaria. A densidade do vapor em 260 °C e 103 Torr é 0,480 g.L
-1
 . Determine a 
massa molar do genaniol. Resp.: M = 155 g.mol-1 
 
36. O óleo obtido de folhas de eucalipto contém o composto orgânico volátil 
eucaliptol. Em 190 °C e 60,0 Torr, uma amostra de vapor de eucaliptol tem densidade 
0,320 g.L
-1
 . Calcule a massa molar do eucaliptol. Resp.: M = 154 g.mol-1 
 
37. A 500 ºC e 93,2 kPa, a massa específica do vapor de enxofre é 3,710 kg m-3. Qual 
é a fórmula molecular do enxofre nessas condições? Resp.: S8 
 
38. A 100 ºC e 1,60 kPa, a massa específica do vapor de fósforo é 0,6388 kg m-3. 
Qual é a fórmula molecular do fósforo nessas condições? Resp.: P4 
 
39. Use a equação do gás ideal para calcular a pressão, em 298,15 K exercida por 1,0 
mol de CO2 (g) quando limitado ao volume de (a) 15,0 L; (b) 0,50 L; (c) 50,0 mL. 
Repita os cálculos usando a equação de van der Waals. O que esses cálculos indicam 
sobre a precisão da dependência da pressão na lei dos gases ideais? Parâmetros de van 
der Waals: a = 3,592 L
2
 .atm.mol
-2
 e b = 0,04267 L.mol
-1
 Resp.: (a) p = 1,62 atm; (b) p = 
38,9 atm; (c) p = 1,88 x10
3
 atm. 
 
40. Alguns investigadores estão estudando as propriedades físicas de um gás a ser 
usado como refrigerante em uma unidade de ar-condicionado. Uma tabela de 
parâmetros de van der Waals mostra que: a = 16,2 L
2
 .atm.mol
-2
 e b = 8,4 x 10
-2
 L.mol
-1
. 
Estime a pressão quando 1,50 mols for confinado em 5,00 L na temperatura de 0°C. 
Resp.: p = 5,44 atm 
 
 Físico-Química 
10 
 
41. Para o aquecimento de uma casa consomem-se 4,00 x 103 m3 de gás natural por 
ano. Admita que o gás seja o metano, CH4, e que ele se comporta como um gás perfeito 
nas condições deste problema, que são 1,00 atm e 20 °C. Qual é a massa de gás 
consumida? Resp.: m = 2,37 x 103 kg 
 
42. Um manômetro semelhante ao que foi descrito no exercício anterior continha 
mercúrio em vez de água. Admita que a pressão externa seja 760 Torr e que lado aberto 
esteja 10 cm mais alto do que o lado conectado ao aparelho. Qual é a pressão no 
dispositivo? Dados: Massa especifica do mercúrio a 25 °C é 13,55 g cm
3
. Resp: p = 115 
kPa 
 
43. Numa experiência para determinar um valor exato da constante dos gases 
perfeitos, R, um estudante aqueceu um vaso de 20,000 L, cheio com 0,25132 g de hélio 
gasoso, a 500 °C, e mediu a pressão em um manômetro de água, a 25°C, encontrando 
206,402 cm de água. A densidade da água, a 25°C, é 0,99707 gcm
-3
. Calcule o valor de 
R a partir desses dados. Resp: R = 8,3147 J K-1 mol-1 
 
44. Uma mistura gasosa é constituída por 320 mg de metano, 175 mg de argônio e 
225 mg de neônio. A pressão parcial do neônio, a 300 K é 8,87 kPa. Calcule o volume 
da mistura e a pressão total da mistura. Resp: V = 3,14 dm3, p = 28,2 kPa 
 
45. A massa específica do ar a – 85 °C é 1,877 g dm-3, a 0 °C é 1,294 g dm-3 e a 100 
°C é 0,946 g dm
-3
. A partir desses dados e admitindo que o ar obdece a lei de Charles, 
determine o valor para o zero absoluto de temperatura em graus Celsius. Resp: -273 °C 
 
46. Os fatores de compressibilidade Z do CO2, O2 e H2 à 0ºC e 200 atm são, 
respectivamente, 0,25; 0,90; 1,1. Qual desses gases é o menos compressível nessas 
condições. Justifique sua resposta utilizando argumentos na escala molecular. 
 
47. Qual será o novo volume de um gás ideal que ocupou inicialmente 1,46 dm3 a 142 
kPa, depois que a pressão foi reduzida para 116 kPa, à temperatura constante? Resp.: 1,79 
dm
3
 
 
48. Uma amostra de um gás ideal, mantida à temperatura constante, tem uma pressão de 
765 mmHg e um volume de 10,9 mL.O gás é expandido pelo aumento de volume do seu 
recipiente. Se o volume final do gás é 38,1 mL, qual é sua pressão final? Resp.: 219 mmHg 
 
49. Uma amostra de gás ideal ocupa um volume de 1,20 L a 25 °C. Se a temperatura 
aumenta a 50 °C, qual é o novo volume do gás se a pressão permaneceu constante? Resp.: 
1,39 L 
 
50. Suponha que 2,65 L de um gás ideal a 25 °C e 1,00 atm sejam simultaneamente 
aquecidos e comprimidos até que a temperatura final seja 75 °C e a pressão final 2,00 
atm. Qual é o volume final? Resp.: 1,55 L 
 
 Físico-Química 
11 
 
51. Suponha uma amostra de 1,28 mol de um gás ideal sob uma pressão de 842 
mmHg a 38 °C. Qual será o volume em litros que ogás ocupará? Resp.: 29,5 L. 
 
52. Uma amostra de gás CO2 a 328 mmHg e 262 °C ocupa um volume de 168 mL. 
Assumindo o comportamento do gás ideal, determine o número de mols de CO2 
presente. Resp.: 1,65 x 10-3 mol 
 
53. Se 1,62g de CO2, 4,14 g de CO e 3,08 g de CH4 são colocados juntos em um 
recipiente de 14,8 L a 28 °C, qual será a pressão total medida em mmHg? Resp.: 479 
mmHg. 
 
54. Quando o etano, C2H6 queima em oxigênio, os produtos são dióxido de carbono e 
água. Se 1,26 L de etano é queimado em 4,5 L de oxigênio, quantos litros de dióxido de 
carbono e vapor de água são formados, se todos os volumes são medidos a 400 T e 4,00 atm 
de pressão? Resp.: 2,52 L de CO2 e
 
3,78 L de H2O 
 
55. A amônia, NH3, é produzida comercialmente reagindo-se N2 com H2. Quantos 
litros de NH3 podem ser produzidos de 4,62 L de H2 se os dois gases são medidos nas 
mesmas condições de temperatura e pressão? Resp.: V= 3,08 L. 
 
56. Quantos centímetros cúbicos de NH3 a 16,8 kPa e 38 °C podem ser produzidos 
quando reagimos 539,2 cm
3
 de N2 a 38,2 kPa e 92 °C com H2 em excesso? Resp.: V= 229 
cm
3
. 
 
57. Se 1,0 mol de um gás ideal estivesse confinado em um volume de 22,4 L a 0 ºC, 
exerceria uma pressão de 1,0 atm. Use a equação de van der Waals e as constantes 
dadas neste exercício para estimar a pressão exercida por 1,0 mol de Cl2(g) em 22,41 L 
a 0 ºC. Parâmetros de van der Waals: a = 6,49 L
2
.atm.mol
-2
 e b = 5,62 x 10
-2
 L.mol
-1
 . 
Resp.: p = 0,990 atm 
 
58. Em certo processo industrial, o nitrogênio é aquecido a 500 K em um vaso de 
volume constante igual a 1,00 m
3
. O gás entra no vaso a 100 atm e 300 K. A massa do 
gás é 92,4 kg. Use a equação de van der Waals para determinar a pressão aproximada do 
gás na temperatura de operação de 500 K. Para o nitrogênio a = 1,352 L
2
 atm mol
-2
 e b 
= 0,0387 L mol
-1
. Resp.:p = 140 atm 
 
59. Para qual dos sistemas a seguir existe conservação de matéria, e para qual existe 
conservação de energia? (a) Sistema fechado. (b) Sistema aberto. (c) Sistema isolado. 
 
60. Quando dois corpos postos em contato trocam calor? Quando essa troca é 
cessada? Que principio termodinâmico explica esse fenômeno? 
 
61. Fornecendo-se 800 calorias a um corpo de massa igual a 500 g, verifica que ele 
sofre uma elevação de 2 °C de temperatura. Qual é o calor específico médio do corpo, 
em cal g
-1
 °C
-1
. 
 
 Físico-Química 
12 
 
62. Por que ∆U e ∆H são aproximadamente iguais nos processos de fusão e 
congelamento, mas são diferentes nos processos de evaporação e condensação? 
 
63. 4,0 kJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule ∆U para o ar se (a) 
nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 kJ de trabalho; (c) 
1,0 kJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. 
Resp.: (a) 4,0 kJ; (b) 3,5 kJ; (c) 5,0 kJ 
 
64. Construa um gráfico de entalpia que represente a seguinte reação de combustão do 
etanol: C2H6O(l) + 3O2(g) → 2CO2(g) + 3H2O(l) ∆H° = -1367 kJ mol
-1 
 
65. Uma certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema 
absorve das vizinhanças 125 kJ de calor, e como o sistema se expande no decorrer da 
reação, ele realiza um trabalho de 12 kJ sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, 
∆U e ∆H. Respostas: q = 125 kJ; w = -12 kJ; ∆H = 125 kJ, ∆U = 113 kJ 
 
66. Uma amostra de 15,0 g de ouro (capacidade calorífica 25,4 J ºC-1 mol-1) é 
aquecida de 16,1 ºC para 49,3 ºC. Na hipótese de que a capacidade calorífica do ouro 
seja constante neste intervalo, calcule a quantidade de calor absorvido pelo ouro. Resp.: 
q = 64,2 J 
 
67. Uma amostra de 0,828 g de metanol (CH3OH) é colocada numa bomba 
calorimétrica com uma quantidade de oxigênio (sob pressão) suficiente para assegurar a 
combustão completa. O calorímetro contém 1,35 kg de água, e a capacidade calorífica 
do interior do calorímetro (sem água) é 1,06 kJ ºC
-1
. Quando o metanol queima a 
temperatura aumenta de 23,10 para 25,90 ºC. Qual é o calor molar de combustão do 
metanol? (Quanto calor é liberado durante a combustão de 1,00 mol de metanol). Resp.: 
725,8 kJ mol
-1 
 
68. Utilizando a Tabela 1A, calcule o ∆H° para a seguinte reação a 25ºC: Resp.: ∆H° = 
-176,0 kJ 
 NH3(g) + HCl (g) → NH4Cl (g) 
 
69. Uma amostra de gás é aquecida em um cilindro, usando 375 kJ de calor. Ao 
mesmo tempo, um pistão comprime o gás, usando 645 kJ de trabalho. Qual é a variação 
de energia interna do gás durante este processo? Resp.:1020 kJ 
 
70. (a) Calcule o trabalho para um sistema que absorve 150 kJ de calor durante um 
processo para o qual o aumento na energia interna é 120 kJ. (b) O trabalho foi realizado 
sobre ou pelo sistema durante este processo? Resp.:-30 kJ 
 
71. Em certa reação química exotérmica à pressão constante, 50 kJ de calor deixam o 
sistema na forma de calor e 20 kJ de energia deixam o sistema como trabalho de 
expansão. Quais são os valores de ∆H e ∆U para este processo? Resp.: ∆H = -50 kJ e ∆U = 
-70 kJ 
 Físico-Química 
13 
 
 
72. Em certa reação endotérmica à pressão constante, 30 kJ de calor entram no 
sistema. Os produtos ocupam menos volume que os reagentes e 40 kJ de energia entram 
no sistema como trabalho de compressão que a atmosfera exterior faz sobre ele. Quais 
são os valores de ∆H e ∆U para este processo? Resp: ∆H = 30 kJ e ∆U = 70 kJ 
 
73. 4,0 kJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule ∆U para o ar se (a) 
nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 kJ de trabalho; (c) 
1,0 kJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. 
Resp.: (a) 4,0 kJ; (b) 3,5 kJ; (c) 5,0 kJ 
 
74. Certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema absorve 
das vizinhanças 125 kJ de calor, e como o sistema se expande no decorrer da reação, ele 
realiza um trabalho de 12 kJ sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, ∆U e ∆H. 
Resp.: q = 125 kJ; w = -12 kJ; ∆H = 125 kJ, ∆U = 113 kJ 
 
75. Quando 0,113 g de benzeno, queima em excesso de oxigênio em uma bomba 
calorimétrica, com capacidade calorífica de 551 J ºC
-1
, a temperatura do calorímetro 
aumenta 8,60 
o
C. Escreva a equação termoquímica da reação. 
Resp.: 2C6H6(l) + 15O2(g) → 12CO2(g) + 6H2O(l) ∆H = -6,55 MJ 
 
76. Quando 0,231 g de fósforo reagem com cloro para formar tricloreto de fósforo, 
em um calorímetro, em pressão constante, de capacidade calorífica 216 J ºC
-1
, a 
temperatura do calorímetro sobe 11,06 ºC. Escreva a equação termoquímica da reação. 
Resp.: P(s) + 3Cl2(g) → 2PCl3(l) ∆H = -641 kJ 
 
77. Quando 0,338 g de pentano, queima em excesso de oxigênio para formar dióxido 
de carbono e água líquida, em um calorímetro, em pressão constante, de capacidade 
calorífica 216 J ºC
-1
, a temperatura aumenta 76,7°C. Escreva a equação termoquímica 
para a reação. Resp.: C5H12(l) + 8O2(g) → 5CO2(g) + 6H2O(l) ∆H = -3,54 MJ 
 
78. Dissulfeto de carbono pode ser preparado a partir de coque (uma forma impura de 
carbono) e do enxofre elementar: 
4C(s) + S8(s) → 4CS2 ∆H
°
 = +358,8 kJ 
 
(a) Quanto calor é absorvido na reação de 1,25 mols de S8? (b) Calcule o calor absorvido na 
reação de 197,0 g de carbono com excesso de enxofre. (c) Se o calor absorvido na reação foi de 
415 kJ, quanto CS2 foi produzido? Resp.: (a) 448 kJ (b) 1,47 MJ (c) 352 g. 
79. A reação térmitaé altamente exotérmica e compreende a reação entre o óxido de 
ferro (II), Fe2O3, e alumínio metálico. Em poucos segundos, a reação produz ferro 
fundido. Dados as equações: 
2Al(s) + 3/2 O2(g) → Al2O3(s) ∆H = -400 kcal mol
-1
 
2Fe(s) + /2 O2(g) → Fe2O3(s) ∆H = -200 kcal mol
-1
 
Determine a quantidade de calor liberada na reação: 
Fe2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s) Resp.: -200 kcal mol
-1 
 
 Físico-Química 
14 
 
80. O metal bário é produzido pela reação do metal alumínio com óxidos de bário. 
2Ba(s) + O2(g) → 2BaO(s) ∆H
°
 = -1107 kJ 
2A(s) + 3/2 O2(g) → Al2O3(s) ∆H
°
 = -1676 kJ 
Calcule, a partir das entalpias de formação, a entalpia para a produção do metal bário na reação: 
3BaO(s) + 2Al(s)  3Ba(s) + Al2O3(s) 
Resp.: -15,5 kJ. 
81. Calcule a entalpia de formação do cloreto de alumínio anidro, 2Al(s) + 3Cl2(g) → 
2AlCl3(s), a partir das seguintes informações: 
2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl3(aq) + 3H2(g), ∆H
°
 = -1049 kJ 
HCl(g) → HCl(aq) ∆H 
°
 = -74,8 kJ 
H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g) ∆H 
°
 = -185 kJ 
AlCl3(s) → AlCl3(aq) ∆H
°
 = -323 kJ 
Resp.: -1.406,8 kJ. 
82. Calcule a entalpia padrão de formação do pentóxido de dinitrogênio, a partir dos 
seguintes dados: 
2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) ∆H
°
 = -114,1 kJ 
4NO2(g) + O2(g) → 2N2O5(g) ∆H
°
 = -110,2 kJ 
E, da entalpia de formação do óxido nítrico, NO igual a 90,25 kJ mol
-1
. 
Resp.: 11,3 kJ. 
83. A partir da tabela de entalpias de ligação (Tabela 2), determine a entalpia das 
reações representadas seguintes equações: 
a) H2(g) → 2H(g) Res.: ∆H = +435 kJ 
b) NH3(g) → 3H(g) + N(g) Res.: ∆H = +1170 kJ 
c) C(g) + 4H(g) → CH4(g) Res.: ∆H = -1652 kJ 
 
84. Para a geração de energia mediante a queima de carvão, analisa se a possibilidade 
de usar um tipo de carvão que tenha as seguintes características: poder calorífico igual a 
10 kcal g
-1
 e teor de enxofre igual a 0,5 % (m/m). A geração de 1 x 10
13 
kcal de energia 
lançaria que massa de dióxido de enxofre na atmosfera? Resp.: m = 10 x 103 t 
 
85. Pode-se conceituar energia de ligação química como sendo a variação de entalpia 
que ocorre na quebra de 1 mol de um ligação química. Assim, na reação representada 
pela equação, abaixo, são quebrados 3 mols de ligações N-H, sendo portanto a energia 
de ligação N-H igual a 390 kJ mol
-1
. 
 
 NH3(g) → 3H(g) + N(g) ∆H
 
= +1170 kJ mol
-1 
Sabendo-se que na decomposição: 
 
N2H2(g) → 2N(g) + 4H(g) ∆H
 
= 1720 kJ mol
-1 
Qual o valor, em kJ mol
-1
, da energia de ligação N-N? Resp.: 160 kJ mol-1 
Tabela 1A – Entalpias-padrão de formação, ∆fHº, a 298,15 K. 
Substância ∆fHº, kJ mol
-1
 Substância ∆fHº, kJ mol
-1
 
 Físico-Química 
15 
 
CH4(g) -74,8 H2O2(g) -187,6 
CH3OH(l) -239,0 H2S(g) -20,6 
C2H2(g) 226,8 H2SO4(l) -814,0 
C2H4(g) 52,3 NH3(g) -46,1 
C2H6(g) -84,6 NH4Cl(s) -314,4 
C2H5OH(g) -277,6 NaCl(s) -410,9 
CO(g) -110,5 Na2O(s) -415,9 
CO2(g) -393,5 NaOH(s) -426,7 
HCl(g) -92,3 O3(g) 143 
H2O(l) -241,8 SO2(g) -296,8 
H2O(g) -285,8 SO3(g) -395,7 
 
 
Tabela 2A – Entalpia molar de combustão, ∆cHº, a 298,15 K para algumas substâncias. 
Substância ∆cHº, kJ mol
-1
 Substância ∆cHº, kJ mol
-1
 
Hidrogênio -285,5 Pentano 1,9 
Grafite -393,5 Hexano -84,7 
Monóxido de carbono 283,0 Benzeno -234,8 
Metano -890,8 Heptano 52,3 
Etano -1560,7 Isso-octano -393,5 
Eteno -1411,2 Metanol -1273,0 
Etino -1301,1 Etanol -74,4 
Propano -2219,2 Acetona -239,2 
Butano -2877,6 Éter etílico -103,8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabela 3A – Energia média de ligação. 
 Físico-Química 
16 
 
Ligação Energia (kJ mol
-1
) Ligação Energia (kJ mol
-1
) 
H−H 435 C−C 345 
F−F 155 C=C 609 
Cl−Cl 242 C≡C 838 
Br−Br 193 C−O 360 
I−I 151 C=O 803 
O=O 493 C−Cl 338 
N≡N 944 C−Br 276 
H−F 564 C−I 238 
H−Cl 431 C−N 305 
H−Br 365 N−H 390 
H−O 462 N−O 210 
H−N 390 Cl−O 205 
H−C 413 N−Cl 193 
 
Tabela 4A – Entropias-padrão absolutas, a 25 °C. 
Substância S°, J K
-1
 mol
-1
 Substância S°, J K
-1
 mol
-1
 
C (diamante) 2,38 Cl2(g) 222,9 
C (grafite) 5,74 H2(g) 130,6 
CH4(g) 187, HCl(g) 186,8 
CH3OH(l) 126,3 H2O(g) 188,7 
C2H2(g) 200,8 H2O(l) 69,9 
C2H4(g) 219,5 H2S(g) 205,7 
C2H6(g) 229,5 H2SO4(l) 156,9 
CO(g) 197,6 N2(g) 191,5 
CO2(g) 213,6 NH3(g) 192,3 
NH4Cl(s) 94,6 O2(g) 205,1 
Na(s) 51,0 S8 (otorrômbico) 255,1 
NaCl(s) 72,4 SO2(g) 248,1 
Na2O(s) 72,8 SO3(g) 256,6 
 C2H6O(l) 160,7 
 
 Físico-Química 
17 
 
Tabela 5A – Energias livres-padrão de formação a 25 °C 
Substância ∆fG°, kJ mol
-1
 Substância ∆fG°kJ mol
-1
 
C (diamante) 2,87 HCl(g) -95,3 
CH4(g) -50,8 H2O2(g) -120,4 
CH3OH(l) -166,5 H2O(g) -228,6 
C2H2(g) 209,2 H2O(l) -237,2 
C2H4(g) 68,1 H2S(g) -33,6 
C2H6(g) -32,9 H2SO4(l) -690,1 
CO(g) -137,2 N2(g) 
CO2(g) -394,4 NH3(g) -16,1 
NH4Cl(s) -202,9 O3(g) 163,2 
NaCl(s) -384,0 SO2(g) -300,2 
Na2O(s) -376,6 SO3(g) -371,1