FQ1_lista1 (cataluña)

Prévia do material em texto

Universidade Federal do Rio Grande do Sul 
Departamento de Físico-Química 
 
Exercícios de Físico-Química 
 
SEMESTRE 2015/1 Prof. Renato 
 
1ª Lista de Exercícios: Gases e 1ª Lei da Termodinâmica 
 
1.1-Uma amostra de ar que ocupa 1,0 L a 25 ºC e 1,0 atm, qual deverá ser a pressão para 
que o volume seja 100 cm3 nesta temperatura. 
Resp: pf = 10,0 atm 
 
1.2-131g de xenônio em um recipiente com volume 1,0 L exercer a pressão de 20 atm a 25 
ºC, se o gás apresenta comportamento ideal? Caso contrário, qual a pressão do recipiente? 
Qual a pressão caso as propriedades de estado do gás podem ser aproximadas pela equação 
de van der waals? 
Resp: pf = 22,0 atm 
 
1.3- Um gás submetido a uma compressão isotérmica, na qual o volume é reduzido de 1,80 
dm3. A pressão final e volume final do gás são 1,48x103 Torr e 2,14 dm3, respectivamente. 
Calcular a pressão original do gás em: a) Torr, b) bar. 
Resp: pi = 2,71 bar 
 
1.4-Qual a temperatura que 1,0 L de um gás perfeito a 25 ºC deve ser resfriado para que seu 
volume seja 100 cm3? 
Resp: Tf = 30,0 K 
 
1.5-Um pneu de automóvel foi calibrado no inverno com 24 ln.in-2 (1,00 atm = 14,7 lb.in-2) 
e – 5 ºC. Qual deverá ser a pressão no verão com 35ºC, assumindo que não ocorreu 
vazamento e o volume permanece constante? Quais os fatores que devem ser considerados 
na prática para obtermos um melhor resultado? 
Resp: pman = 30 lb.in-2 
 
1.6-225 mg de neon ocupam 3,00 L a 122 K. Utilize a lei dos gases perfeitos para calcular a 
pressão do gás. 
Resp: p
 
= 4,20x10-2 atm 
 
1.7-Em um ensaio para determinar um valor preciso da constante, R, aqueceu-se 20,000 L 
contendo 0,25132 g do gás hélio até 500 ºC e a pressão medida foi de 206,402 cm de 
coluna de água a 25 ºC. Calcular a constante R a partir destes dados. ( A densidade da água 
a 25ºC é 0,99707 g. cm-3). 
Resp: R
 
= 8,3147 J.K-1.mol-1 
 
1.8-A 500 ºC e 699 Torr, a densidade mássica de vapores de enxofre é 3,71 g.L-1. Qual a 
fórmula molecular do enxofre nesta condição? 
Resp: S8 
 
 
1.9-Calcular a massa de vapor de água presente em uma sala com 400 m3 a 27 ºC em um 
dia na qual a umidade relativa é de 60%. 
Resp: m = 6,2 kg 
 
1.10-A densidade do ar a 740 Torr e 27 ºC é 1,146 g.L-1, calcular a fração molar e pressão 
parcial do nitrogênio e oxigênio assumindo que (a) o ar consiste unicamente de dois 
componentes, (b) ar contendo 1,0 % molar de Ar. 
Resp: a) pO2 = 179 Torr , xO2 = 0,2417 ; b) xN2 = 0,7507 , xO2 = 0,2393 , xAr = 0,01 
 
1.11-A densidade de um determinado gás a 330 K e 150 Torr é 1,23 g.L-1. Qual a massa 
molar do composto. 
Resp: M = 168,8 g.mol-1 
1.12-A densidade do ar a –85ºC, 0ºC e 100ºC é 1,877 g.L-1, 1,294 g.L-1 e 0,946 g.L-1, 
respectivamente. A partir destes resultados e assumindo que o gás segue a lei de Boyle, 
determinar o valor do zero absoluto para a temperatura em graus Celsius. 
Resp: θ = -272,74 °C 
 
1.13-Calcular a pressão exercida por 1,0 mol de C2H6 caso comporte-se com (a) gás ideal, 
(b) gás de van der Waals quando submetido nas seguintes condições: i) a 273,15 K e 
22,414L, ii) a 500K e 150 cm3. 
 
1.14-Um gás a 250K e 15 atm possui um volume molar 12% inferior ao calculado através 
da equação dos gases ideais. Calcular a) o fator de compressibilidade térmica nestas 
condições e b) o volume molar do gás. Quais as forças que predominam no gás, repulsão ou 
atração. 
Resp: a) p = 1,0 atm ; b) i) p = 0,992 atm , ii) p = 228,9 atm 
 
1.15-Em um processo industrial, nitrogênio é aquecido a 500K a volume constante de 1,000 
m. O gás é proveniente de um recipiente a 300K e 100 atm. A massa de gás é 92,4 kg. 
Utilizar a equação de van der Waals para estimar a pressão do gás na temperatura de 
trabalho a 500 K. Para o nitrogênio, a= 1,378 L2.atm.mol-1, b= 3,183x10-2 L.mol-1. 
Resp: p
 
= 140 atm 
 
1.16-A densidade do vapor de água a 327,6 atm e 776,4 K é 133,2 g.dm-3. a) Determinar o 
volume molar, Vm, da água e o fator de compressibilidade, Z, a partir destes dados. b) 
Calcular Z a partir da equação de van der Waals com a=5,536L2atm.mol-2 e b=0,03049 
L.mol-1. 
Resp: a) Vm = 0,1353 L.mol-1 Z = 0,6957 ; b) Z ≈ 0,71 
 
1.17-Supondo que 10,0 mol de C2H6(g) estão contidos em 4,860 L a 27 ºC. Estimar a 
pressão exercida pelo eteno para a) supondo gás ideal e b) utilizando a equação de estado 
de van der Waals. Calcular o fator de compressibilidade com base nestes cálculos. Para o 
eteno, a=5,562 L2atm.mol-2, b= 0,06380 L.mol-1. 
Resp: a) p = 50,7 atm ; b) p = 34,8 atm , Z = 0,687 
 
1.18-Um recipiente com volume de 22,4 L contendo 2,0 mol de H2 e 1,0 mol de N2 a 
273,15 K. Calcular a) a fração molar de cada componente, b) suas pressões parciais, e c) a 
pressão total. 
Resp: a) xH2 = 0,67 , xN2 = 0,33 ; b) pH2 = 2,0 atm , pN2 = 1,0 atm ; c) ptot = 3,0 atm 
 
1.19-As constantes críticas do metano são pc=45,6 atm, Vc=98,7 cm3.mol-1, e Tc = 190,6 K. 
Calcular os parâmetros da equação de van der Waals para o gás. 
Resp: a = 1,33 L2atm.mol-1 ; b = 32,9 cm3mol-1 ; 
 
1.20-Utilizar os parâmetros de van der Waals do cloro para estimar temperatura de Boyle 
TB. (TB é a temperatura para qual o segundo coeficiente do Virial B’ = 0) 
Resp: TB Cl = 1,4x103 K 
 
1.21-Sugerir qual a pressão e temperatura na qual 1,0 mol de: a)NH3, b) Xe, c)He, devem 
no estado correspondente a 1,0 mol de H2, 1,0 atm e 25 ºC. 
Resp: a) T = 3,64x103 K , p = 8,7 atm ; b) T = 3,60x103 K , p = 4,5 atm ; c) T = 46,7 K , p = 0,18 atm 
 
1.22-Um certo gás que obedece a equação de van der waals com a= 0,50 m6.Pa.mol-2. O 
volume ocupado a 273 K e 3,0 MPa é 5,00x10-4 m3.mol-1. A partir destas informações, 
calcular a constante b da equação de van der Waals. Qual é o fator de compressibilidade 
para o gás nesta temperatura e pressão? 
Resp: b = 0,46x10-4 m3 mol-1 ; Z = 0,66 
 
 
1.23-Calcular o trabalho para elevar 10m da superfície uma massa de 1,0 kg, a) na terra 
(g=9,81 m.s-2), b) na lua (g=1,60 m.s-2). 
Resp: a) w = -98 J ; b) w = -16 J 
 
1.24- Calcular o trabalho para elevar uma pessoa de 65 kg 4,0 m da superfície na terra. 
Resp: w = 2600 J 
 
1.25-Uma reação química é processada em um recipiente com seção transversal de 100 
cm2. A reação desloca um pistão pôr 10 cm contra uma pressão externa de 1,0 atm. 
Calcular o trabalho realizado pelo sistema. 
Resp: w = -100 J 
 
1.26-Uma amostra contendo 1,00 mol de Ar é expandida isotermicamente a 0 ºC de 22,4 L 
até 44,8 L a) reversivelmente, b) contra uma pressão externa constante igual a pressão final 
do gás, e c) livremente ( contra uma pressão externa igual a zero). Para os três processos 
calcular q, w, ∆U e ∆H. 
Resp: a) ΔU = 0 J , Δ H = 0 J , w = -1,57 kJ , q = +1,57 kJ ; b) ΔU = 0 , Δ H = 0 , w = -1,13 kJ , q = +1,13 kJ ; c) ΔU = 0 , Δ H = 0 , 
w = 0 J, q = 0 J 
 
1.27-Uma amostra de gás perfeito monoatômico com 1,0 mol no qual Cv,m = (3/2)R, 
inicialmente a p1 = 1,00 atm e T = 300K é aquecido reversivelmente até 400K a volume 
constante. Calcular a pressão final q, w e ∆U. 
Resp: ΔU = +1,25 kJ , w = 0 J , q = +1,25 kJ 
 
1.28-Uma amostra de 4,50 g de metano ocupa 12,7 L a 310 K. a) Calcular o trabalho 
efetuado quando o gás expande isotermicamente contra uma pressão externa constante de 
200 Torr até que o volume tenha aumentado em 3,3 L. b) calcular o trabalho que este 
realizaria caso a expansão ocorresse reversivelmente. 
Resp: a) w = -88 J, b) w = -167 J 
 
 
 
1.29-Em uma compressão isotérmica reversível de 52,0 mmol de um gás a 260 K, o volume 
do gás é reduzido a um terço do volume inicial. Calcular w para este processo. 
Resp: a) w = +1,23 kJ 
 
1.30-Uma amostra de 1,00 mol de H2O (g) é condensada isotermicamente e 
reversivelmente a água líquida a 100 ºC. A entalpia estandar de vaporização da água a 100 
ºC é 40,656 kJ.mol-1. Obter q, w ∆U e ∆H para esteprocesso. 
Resp: , q = -40,656 kJ , w = +3,10 kJ , ΔU = -37,55 kJ , Δ H = -40,656 kJ 
 
1.31-Uma lâmina de magnésio com massa de 15 g é colocada em um frasco com ácido 
clorídrico diluído. Calcular o trabalho realizado pelo sistema resultante do processo de 
reação. Para uma pressão de 1 atm e temperatura de 25 ºC. 
Resp: w = -1,5 kJ 
 
1.32-Calcular a energia necessária para fundir 750 kg de sódio metálico a 371 K. 
Resp: q = +8,48x104 kJ 
 
1.33-O valor de Cp,m para uma amostra de um gás perfeito obteve-se que varia com a 
temperatura de acordo com a seguinte expressão: Cp,m(J.K-1) = 20,17 + 0,3665(T/K). 
Calcular q, w, ∆U e ∆H para 1,00 mol quando a temperatura do gás é aquecida de 25 ºC 
para 200 ºC a) a pressão constante, b) a volume constante. 
Resp: a) q = Δ H = +28,3 kJ , w = -1,45 kJ , ΔU = +26,8 kJ ; b) Δ H = +28,3 kJ , Δ U = +26,8 kJ , w = 0 J , q = +26,8 kJ 
 
1.34-Calcular a temperatura final de uma amostra de argônio com massa de 12,0 g, a qual é 
expandida reversível e adiabaticamente de 1,0 L a 273,15 K para 3,0 L. 
Resp: T2 = 131 K 
 
1.35-Uma amostra de CO2 com massa de 2,45g a 27 ºC é expandida reversível e 
adiabaticamente de 500 mL até 2,00 L. Qual o trabalho realizado. 
Resp: wrev = -205,2 J 
 
1.36-Calcular a pressão final de uma amostra de dióxido de carbono que expande reversível 
e adiabaticamente de 57,4 kPa e 1,0 L até um volume final de 2,0 L. Utilizar γ=1,4. 
Resp: p2 = 21,7 kPa 
 
1.37-Calcular a pressão final de uma amostra de dióxido de carbono com massa igual a 2,4 
g a qual expande reversível e adiabaticamente de uma temperatura inicial de 278K e 
volume de 1,0 L até um volume final de 2,0 L. Utilizar γ=1,4. 
Resp: p2 = 0,47 atm