Lista de Exercícios Físico-Química - Gases ideais e reais

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Universidade Maurício de Nassau 
Disciplina: Físico-Química 
Professora: Daniella Carla Napoleão 
Turmas: 3NA e 3NC 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1) Converta as seguintes unidades de medidas: 
a) 0,35 atm a torr. 
b) 6,5x10-2 a atm. 
c) 145 kPa a Pa e a mmHg. 
d) 745 torr a kPa. 
 
2) Em um dado processo industrial, o nitrogênio é aquecido a 500K num vaso de 
volume constante. Se o gás entra no vaso a 100 atm e 300K, qual a sua pressão 
na temperatura de trabalho, admitindo o comportamento de gás perfeito? Que 
temperatura teria a amostra se sua pressão fosse de 300 atm? 
 
3) Um balão selado, quando cheio de ar, tem volume de 50,0 m3 a 22 °C e uma 
dada pressão. O balão é aquecido. Assumindo-se que a pressão é constante, que 
volume ocupará o balão quando sua temperatura subir para 81°C? 
 
4) Certo gás ocupa um volume de 10,0 litros a dada pressão e temperatura. Qual o 
volume ocupado pela mesma massa gasosa quando a pressão do gás se reduzir a 
3/4 da inicial e a temperatura absoluta se reduzir em 2/5 a inicial? 
 
5) Um dos poluentes mais comuns é o monóxido de carbono (CO). Uma amostra 
contendo 4 mols desse gás exerce uma pressão de 2,46 atm a 27 °C. Nessas 
condições, determine o volume ocupado pelo gás. 
 
6) Uma mistura gasosa contendo 4 g de CH4(g) e 8 g de O2(g) está nas Condições 
Normais de Temperatura e Pressão (CNTP). Qual a pressão parcial do CH(g) 
nessa mistura? (Dados:MM: CH4(g) = 16 g.mol–1; O2(g) =32 g·mol–1). Sabe-se 
que o volume da mistura é de 20L e que o gás oxigênio ocupa 2/3 desse volume. 
 
7) Num processo industrial, uma massa de 95kg de nitrogênio é aquecida até 500K 
num vaso de volume igual a 2000L. Usando a equação de Van der Waals, qual a 
pressão aproximada do gás nessa temperatura de operação?(Dado: a= 1,352 
atm.L2/mol2 e b = 0,0387 L/mol). 
 
8) Um mol de um determinado gás encontra-se inicialmente a 35ºC e ocupando um 
volume de 500 mL. Sabe-se que esse gás passa por um a transformação 
isotérmica e chega a uma condição em que sua pressão é igual a 300atm e o 
volume ocupado é 700 mL. Determine a) a pressão inicial do gás, considerando 
que esse gás é ideal. b) Considere a situação inicial quando o gás em estudo é o 
Cl2 e apresenta as seguintes constantes de van der Waals a = 6,260 atm.L2/mol2 e 
b = 5,42x10-2L/mol. 
 
9) Uma amostra de 2 mols de gás ideal se expande isotermicamente a 10°C, de 
30L a 55L,de duas formas: a) Contra um pressão externa constante e igual à 
pressão final do gás; b) Livremente. Calcule o trabalho (em kJ) realizado pelo 
gás em cada caso. 
 
10) Um motor elétrico produz 45kJ de energia na forma de trabalho mecânico e 
libera 13 kJ na forma de calor. Qual a variação de energia interna do sistema? 
 
11) Dada a reação a seguir e sabendo os valores das entalpias e entropias-padrão de 
formação dos componentes calcule: 
a) ∆Hº e ∆Sº da reação. 
b) O valor de ∆G0 a 500K. 
 
 
 
 
12) O peróxido de hidrogênio decompõe-se em água e oxigênio conforme reação 
abaixo. Calcule o calor desprendido q quando houver a decomposição de 5g de 
peróxido a pressão constante. 
2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g) 
 
13) De posse da tabela disponibilizada a seguir calcule a variação de entropia padrão 
(em J/K) para a reação: 
 
 
)()()()(2 22323 gOHgCOsCONasNaHCO ++→
 
 
14) Com relação à questão anterior a reação é espontânea ou não? Justifique sua 
resposta. 
15) Calcule a variação de energia livre para a reação a 25°C, sabendo que o ∆H 
dessa reação é -394 kJ/mol. 
 
16) Calcule quantas kcal são gastas no seguinte processo químico 
 2HCℓ(g) + F2(g) → 2 HF(g) + Cℓ2(g) 
Dados: 
4HCℓ(g) +O2(g) → 2H2O(l) +2Cℓ2 (g) ∆H= -42,77 kcal/mol 
½ H2(g) + ½ F2(g) → HF(g) ∆H= -78,90 kcal/mol 
H2(g) + ½ O 2(g) → H2O(l) ∆H= -82,65 kcal/mol 
 
17) De posse da tabela abaixo calcule a variação de energia livre para a reação da 
questão utilizando-a. 
 )()())(( 22 gCOgOsgrafitaC →+
 
 
 
 
18) Para a reação de formação da amônia (NH3): 
 
A velocidade da formação da amônia foi medida como 0,01 mol/L.s. Qual a 
velocidade de consumo do hidrogênio(H2)? 
 
19) A velocidade de decomposição de uma amostra de uma composto X gasoso é de 
1,07 mol/L.s quando 5% reagem e 0,76 mol/L.s quando 20% reagem. Qual a 
ordem da reação? 
 
20) Numa reação de combustão de uma substância A realizada num calorímetro, 
foram liberados 45 kJ de energia em forma de calor. Calcule a capacidade 
calorífica da substância A, admitindo que a temperatura variou de 12°C para 
55°C e que a capacidade calorífica do calorímetro seja desprezível. 
 
21) Calcule quantas calorias são gastas para formar 1 mol de gás metano na reação a 
seguir. 
 
Dados: 
 
22) O etanol presente nas bebidas alcoólicas ocorre através de uma reação 
exotérmica é representada pela seguinte reação: 
 
Considere as equações abaixo que representam a combustão da glicose e do etanol e 
calcule o valor de x em kJ. 
 
23)
 
24) 
 
25) Analise as assertivas a seguir e assinale V(verdadeiro) ou F(falso). Justifique sua 
resposta. 
( ) Um determinado gás ideal encontra-se num primeiro momento a 350K sob uma 
pressão de 15 atm, sofre uma transformação isocórica e passa a uma temperatura igual a 
550K. É possível afirmar que sua pressão final é aproximadamente 24 atm. 
( ) O volume de um gás será sempre igual ao volume do recipiente que o contém, 
tendo em vista que ele sofre um processo de compressão espontâneo. 
26) Quando se leva uma esponja de aço à chama de um bico de gás, a velocidade da 
reação de oxidação é tão grande que incendeia o material. O mesmo não ocorre ao se 
levar uma lâmina de aço à chama. Nessas experiências, o fator que determina a 
diferença de velocidades de reação é: 
 a) a pressão. 
b) o catalisador. 
c) o estado físico. 
d) a concentração. 
e) a superfície de contato. 
27) Observe o gráfico a seguir e defina se o processo é exotérmico ou endotérmico. 
Justifique sua resposta com base no estudo da entalpia. 
 
 
28) Uma reação química que apresenta energia de ativação extremamente pequena deve 
ser: 
 
a) lenta. 
b) exotérmica. 
c) instantânea. 
d) endotérmica. 
e) isotérmica. 
 
29) A queima de combustíveis nos automóveis, geralmente, não é completa, e um dos 
produtos presentes nos gases de combustão é o monóxido de carbono, um gás 
extremamente tóxico. Para minimizar a emissão desses gases para a atmosfera, os 
automóveis possuem um conversor catalítico que acelera a reação: 
 
Escreva a expressão da lei de velocidade para esta reação. 
 
30) A equação X + 2 Y → XY2 representa uma reação, cuja equação da velocidade é: 
v = k . [X] . [Y] 
 Indique o valor da constante de velocidade, para a reação dada, sabendo que, quando a 
concentração de X é 1 mol/L e a de Y é 2 mol/L, a velocidade da reação é de 3 
mol/L.min.: 
 
a) 3,0. 
b) 1,5. 
c) 1,0. 
d) 0,75. 
e) 0,5. 
31) (Covest-2000) A lei de velocidade para a reação 2 NO (g) + O2 ( g ) 2 NO2 ( g ) é: 
v = k [NO]2 [O2] 
Se triplicarmos as concentrações de NO e O2 ao mesmo tempo, quantas vezes mais 
rápida será a reação? 
32) Para as assertivas a seguir sobre o estudo dos gases e da primeira Lei da 
Termodinâmica assinale V (verdadeiro) F(falso). 
 
( ) O fator de compressibilidade de um gás é expresso através da razão do volume 
molar de um gás ideal e o volume molar do gás real. 
( )Para gases reais é correto utilizar a aproximação de altas temperaturas e que o volume 
ocupado pelas partículas é muito grande. 
( )Segundo Dalton, a pressão de uma mistura de gases é igual a soma das pressões que 
cada gás teria se ocupasse sozinho o volume da mistura. 
( ) A termodinâmica trata do estudo da variação de energias entre sistemas e 
vizinhanças. 
( ) A entalpia (H) caracterizao calor trocado à pressão constante. 
 
33) Quando se misturam 100mL de uma substância A (1M) e 100mL de uma 
substância B (1M) num calorímetro, a temperatura da mistura se eleva de 21ºC a 
300,5K. Calcule a variação de entalpia na reação admitindo que a perda térmica 
do calorímetro seja desprezível e que o volume total da solução é igual a 200mL, 
sendo a densidade da solução igual a 2g/mL e que a capacidade calorífica (ou 
calor específico) é igual a 4,18J/g.K. 
 
34) Uma amostra de 50g de metano gasoso ocupa o volume de 25L a 350 K. 
Calcule: 
a) O trabalho que o gás realiza isotermicamente contra uma pressão constante de 
20 atm até seu volume aumentar de 5L. 
b) O trabalho se a mesma expansão fosse reversível. 
c) O trabalho para uma expansão livre. Justifique. 
35) Um balão meteorológico apresenta volume de 2,0 L a 27 °C. Qual será seu 
volume em um local em que a temperatura é de –33 °C, na mesma pressão? 
36) O período de meia-vida de um composto é definido como o tempo necessário 
para que sua concentração caia para a metade de seu valor inicial. Um determinado 
composto A reage segundo uma reação de 1ª ordem com k = 0,002 s-1. Calcule o 
tempo de meia-vida do composto A. 
 
37) Um dado composto Y reage com uma certa constante de velocidade, sua 
concentração inicial é de 40 mol/L. Qual o tempo necessário para que sua 
concentração diminua de 10M, considerando: 
A) Reação de 2ª ordem com k = 0,04 L/mol.s 
B) Reação de 1ª ordem com k = 0,004 s-1. 
 
38) Para um sistema invariante e bifásico devem existir quantos componentes? 
39) Examine a reação abaixo e responda os itens a seguir. 
 
a) Escreva a expressão da lei de velocidade da reação direta e informe a ordem 
global dessa reação. 
b) Informe a expressão para Kc dada a reação de equilíbrio. 
c) Seja a [CO] = 1,5M, a [H2] o triplo da [CO] e o valor de k2 = 0,001 L/mol.s, 
determine o valor da velocidade da reação inversa. 
 
40) Examine a reação abaixo e responda os itens a seguir. 
 
a) Calcule o valor da variação de entalpia da reação, dado que a reação se passa em 
duas etapas: 
 I) N2 (g) + 2O2 (g) → 2 NO2 (g) ∆H = + 66 kJ.mol-1 
 II) 2 NO
 (g) + O2 (g) → 2 NO2 (g) ∆H = –113 kJ.mol-1 
b) Escreva a expressão da lei de velocidade da reação direta no equilíbrio. Informe 
ainda a ordem global da reação. 
c) Observada a variação de entalpia o processo é exotérmico ou endotérmico? 
Justifique sua resposta. 
 
41) Observe o gráfico a seguir sobre o diagrama de fases de uma dada substância. 
 
 
a) Mostre no gráfico em que ponto encontra-se o ponto triplo da substância e 
justifique sua resposta. 
b) É possível afirmar que no Ponto B a substância é termodinamicamente mais 
estável na fase vapor que no Ponto A? Por quê? 
42) Dada a reação de formação de amônia (NH3) verificou-se após realização de 
experimentos, o comportamento das concentrações iniciais e da velocidade de 
cada experimento, conforme verificado na tabela a seguir: 
 
Experimento [N2] (M) [H2] (M) Velocidade (M/s) 
1 0,10 0,10 3x10-7 
2 0,10 0,20 3x10-7 
3 0,20 0,10 6x10-7 
 
a) A expressão da lei de velocidades . 
b) A constante de velocidade. 
c) A velocidade da reação quando [N2]= 0,25M e [H2] = 0,15M. 
d) O valor da constante de equilíbrio Kc quando a reação ocorre segundo o 
experimento 1 e [NH3] = 0,3M.