Lista 2 - Gases reais

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
 
ϕUÍMICA 
 tecnologia para a vida 
 
 
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Lista de Exercício 2 – Termodinâmica Química 
GASES REAIS 
 
Prof. Claudinei Rezende Calado 
 
1) Considere um gás composto por moléculas que não ocupam volume, mas entre as quais 
existem forças atrativas. Como o comportamento desse gás difere de um gás ideal? Escreva a 
equação de estado para o gás. Qual seria a equação de estado para um gás cujas moléculas 
possuem um volume diferente de zero e que não apresenta forças atrativas entre elas? 
 
2) As temperaturas normais de ebulição do CO e do SO2 são respectivamente -1920C e -100C. A 
250C e 1atm qual dos dois gases deve apresentar um comportamento mais próximo do ideal? 
Justifique. R: CO 
 
3) 10 mols de um gás, H2S, foi coletado em um recipiente de 5 L e a uma pressão de 100 atm. 
Determine a temperatura deste gás empregando: 
a) A lei dos Gases Ideais 
b) A equação de van der Waals 
c) Discuta os resultados encontrados. 
 
4) Calcule a pressão exercida por um mol de gás sulfídrico (H2S) em um recipiente de 150cm3 a 
500K usando: 
a) A lei dos Gases Ideais 
b) A equação de van der Waals (a=4,490 atmL2mol-2 ; b=0,0429 L mol-1). 
c) Discuta os resultados encontrados. R: 273atm; 183atm. 
 
5) Use a) a lei dos gases ideais e b) a equação de van der Waals para calcular a temperatura em 
graus Celsius, na qual um recipiente de 5,00L manterá 7,00g de oxigênio à pressão de 1,00atm. 
Dados: a= 0,138Pa.mol-2m6; b= 31,8 x 10-6m3.mol-1 R: 5,7oC; 5,1oC 
 
6) A 00C e 100atm, o fator de compressibilidade do O2 é 0,927. Calcular a massa de O2 necessária 
para encher um cilindro de 100L de capacidade naquelas condições de pressão e temperatura. R: 
15,385kg 
 
7) Utilizando um diagrama Z vs. Pr podemos verificar que sob pressão de 100atm e temperatura 
de 250C o valor de Z para o CH4 é 0,736. 
a) Determine nestas condições a densidade do metano e compare com o valor previsto pela 
equação de estado do Gás Ideal. R: 89 g.L-1 
b) Qual o significado de um valor de Z menor que a unidade em relação às forças interativas que 
agem sobre as moléculas? 
 
8) Um gás a 250K e 15atm tem um volume molar 12% menor que o calculado pela lei dos gases 
ideais. Calcule: 
a) O fator de compressibilidade nessas condições, 
b) O volume molar do gás. 
c) Quais as forças dominantes, as repulsivas ou as atrativas? R: 0,88 ; 1,22L 
 
9) Determinar o volume de um mol de eteno a 30,6 atm e 66,5oC. (pc= 50,9atm; Tc = 9,7oC) 
usando o diagrama de Hougen-Watson. R: 0,819L 
 
10) Dez mols de metano ocupam 1756mL a 00C e 100atm. Ignorando o valor de pressão medido 
experimentalmente, calcule qual deveria ser este valor utilizando: 
a) A equação dos gases ideais, 
b) A equação de van der Waals. 
c) O diagrama de Hougen-Watson ( pc= 45,8atm; Tc=190,72 K) 
d) Avalie o erro relativo das três determinações. 
e) Discuta os resultados encontrados nas letras a, b e c. 
 
 
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Dados: a= 2,25 L2. atm. mol-2 
 b= 0,0428L.mol-1. 
R: 127,5 atm (erro=27,5%); 95,6 atm (4,4%) ; 100,8 atm (0,8%) 
 etano (Pc= 48,2atm; Tc= 305,4K) 
 
11) Prever quais dos gases abaixo possui um comportamento mais próximo ao ideal a 300K e a 
10 atm. Justificar a resposta. 
CO - pc = 61,6 atm Tc = 134K 
C2H4 - pc = 50,9 atm Tc = 283K 
 
12) Sabendo que b= 0,03219 L.mol-1 para o argônio. Calcule o raio aproximado de um átomo 
esférico de Ar. R: 2,3 x 10-8 cm. 
 
13) Para um certo gás a 00C e 1atm, Z=1,00054. Estimar b para esse gás considerando apenas a 
primeira correção de van der Waals. Se a sua temperatura Boyle é 107K, estimar a. Discutir a 
importância relativa destas duas constantes nas condições descritas. R: 0,0121Lmol-1 ; 0,1061 
atm.L2mol-2 
 
14) Determinar o volume de um mol de eteno a 30,6 atm e 66,5oC. (pc= 50,9atm; Tc = 9,7oC) 
usando o diagrama de Hougen-Watson. R: 0,819L 
 
15) Estimar o volume ocupado por uma mistura gasosa equimolecular de metano e etano a 350K, 
sob pressão de 50 atm. 
Dados : metano ( Pc= 45,8 atm; Tc= 190,7K); etano ( pc= 48,8 atm; Tc= 305,1K) 
R: 0,52 L/mol 
 
16) Calcular a composição volumétrica de uma solução gasosa não ideal de H2 (pc= 12,8atm; Tc= 
33,2K) e CO (pc= 73atm; Tc= 304K) cujo volume molar é 225mL quando introduzida em um balão 
sob pressão de 100atm e temperatura de 500C. Considere o valor de Z da mistura como uma 
média ponderal dos valores de Z dos gases constituintes . R: 40% de H2 e 60% de CO 
 
17) Os valores da pressão e da temperatura críticas do N2 são 126K e 34atm, e os do C2H6 são 
305,2K e 48,8atm. Qual dos dois gases tem: 
a) a menor constante a de van der Waals ? 
b) a maior constante b ? 
c) o maior volume molar crítico ? 
R: N2; C2H6; C2H6 
 
18) Calcule a fração de espaço livre no gás CO2 , considerando que 1 L deste gás a 00C e 1,00 
atm pode ser comprimido até a liquefação com volume final igual a 1,26 cm3. 
R: 99,87 % 
 
19) Calcular o volume ocupado por 1Kg de dióxido de carbono a 100oC e 50 atm de pressão, com 
o auxílio do Diagrama de Hougen-Watson. 
Dados: pc = 72,8 atm Tc = 134K 
R: 12,24L 
 
20) Qual é o volume ocupado por uma mistura formada por um mol de butano (C4H10) e dois mols 
de propano (C3H8) sob a pressão de 200atm e a 153oC? Considerando 
Dados: Butano: pc = 36 atm Tc = 426K 
 Propano: pc = 42 atm Tc = 370K 
 
a) A equação dos gases ideais b) A equação de van der Waals c) O diagrama de Hougen-Watson 
d) De acordo com os resultados encontrados o que você pode dizer a respeito do comportamento 
desta mistura gasosa? 
 
21) Faça os exercícios do livro texto Atkins: 1.20(a), 1.22(a), 1.25(a).