Lista de exercícios - Gases Ideais

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ULBRA
CURSO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA: GASES E TERMODINÂMICA
Lista de Exercícios 01 – Gases Ideais
Questões:
	01 - 	O conceito de sistema é um conceito fundamental na físico-química. O que vem a ser um sistema? Como podem ser as fronteiras de um sistema? Qual a classificação do mesmo, quanto às trocas de matéria e energia?
	02 - 	A lei zero da termodinâmica permite uma definição operacional de temperatura. Enuncie a lei zero, explique o porquê da afirmativa acima.
Exercícios:
01- 	Calcular a massa molar de um gás cuja densidade, medida a 27 (C e 0,1 atm, é de 0,241 g/L. R: (M = 59,3 g mol – 1.
02 - 	Em um tubo de raios catódicos se faz vácuo até se alcançar uma pressão de 2(10-7 mmHg a 20 (C. Calcular o número de moléculas por cm3. R: 6,59 ( 10 9.
03- Qual a densidade do N2 a 27oC e 100kPa em unidades SI? R:1,123 kg/m3
04- Uma análise de um gás de combustão mostra 14% de CO2, 6% de O2 e 80% de N2 a 400 oF e 765 mm Hg. Calcular a pressão parcial de cada componente. R: CO2= 107,1 mmHg, O2= 45,9 mmHg e N2= 612,0 mmHg
05- Determine as massas de hidrogênio, oxigênio e nitrogênio em 10L de uma mistura, medida a 18oC e 750 Torr, cuja composição volumétrica é 10% de hidrogênio, 75% de nitrogênio e 15% de oxigênio. R: H2= 0,0826g, O2= 1,98g e N2= 8,68g
06- Um recipiente de 20L contem oxigênio a uma pressão de 0,1 atm e na T=27 oC. Outro recipiente, também de 20L contem nitrogênio sob pressão de 0,2 atm na temperatura de 27 oC. Depois de aberta a válvula, qual a pressão final? Qual a pressão parcial de cada um deles?
07- Dois balões esféricos de mesmo volume são unidos por um tubo de volume desprezível provido de torneira. Inicialmente o balão A contem 1,00 mol de um gás ideal e em B há vácuo. As temperaturas em A e em B são, respectivamente, 400K e 324K. A torneira é aberta e depois de um certo tempo a pressão em B é 0,81 do valor da pressão em A. Quanto do gás deve ter sobrado no balão A? R: 0,5 mol
08- Um estudante, mediante uma reação química, gera oxigênio no laboratório. Ele coleta o gás a 25 oC, ate que os níveis de água dentro e fora do frasco sejam iguais. Se o volume do frasco é 245 cm 3 e a pressão atmosférica é 98,5 kPa:
Qual a pressão parcial do oxigênio na mistura chamada gás úmido a 25oC?
Qual o volume de oxigênio seco nas CNTP
09 - 	Calcule a massa molar média e a densidade do ar seco (assuma 80% em volume de nitrogênio e 20% de oxigênio) nas condições padrão. R: [(M] =28,8 g mol – 1, ( = 1,178 g L – 1. 
10 - 	Repita o cálculo do exercício 09 para o ar num ambiente com pressão parcial do vapor d’água igual a 18 mmHg. R: [(M] =28,54 g mol – 1, ( = 1,168 g L – 1.
11 - 	A 500 (C e 699 Torr, a densidade do vapor de enxofre é de 3,71 g/L. Qual a fórmula molecular do enxofre sob estas condições? R: S8.
12- 	Um balão meteorológico que possui um raio de 1,0 m no nível do mar, a 20 (C, expande-se até um raio de 3,0 m ao subir à sua altitude máxima, na qual a temperatura é de – 20 (C. Qual será a pressão no interior do balão nesta altitude? R: 0,032 atm. 
13- Com o objetivo de determinar o valor exato da constante universal dos gases, R, um estudante mediu a pressão exercida por 0,25132g de He a 500oC em um recipiente de 20,000L. A pressão determinada é igual a 206,402cm de água em um manômetro a 25oC. Calcule o valor de R a partir desses dados. A densidade da água a 25oC é igual a 0,99707g.cm-3.
R: 8,3147 J.K-1mol-1
	14- Os seguintes dados foram obtidos para o oxigênio a 273,15K. Determine a constante R e a massa molar do gás a partir desses dados.
	P/atm
	0,750000
	0,500000
	0,250000
	Vm/L.mol-1
	29,8649
	44,8090
	89,6384
	ρ/g.L-1
	1,07144
	0,714110
	0,356975
R:8,20615 x 10 -2 L.atm.mol-1.K-1, 31,9987 g.mol-1
	15 - 	Deduza a relação entre a pressão P e a densidade ( de um gás ideal de massa molar M. Confirme graficamente (em papel milimetrado!), usando os seguintes dados do dimetil éter a 25 (C, que o comportamento ideal é atingido a baixas pressões (explique por quê) e encontre a massa molar do gás. R: (M = 46 g mol –1
	P (Torr)
	91,74
	188,98
	277,3
	452,8
	639,3
	760
	( (g L –1)
	0,232
	0,489
	0,733
	1,25
	1,87
	2,30
	16- Uma certa amostra de gás ocupa um volume de 20,00L a 0oC e 1,000atm. O gráfico no sistema de eixos V(L)XT(oC), obtido a partir dos dados experimentais, apresenta uma reta cujo coeficiente angular é igual a 0,0741L.oC-1. A partir desses dados, e sem fazer uso da equação de estado dos gases ideais, determine o zero absoluto de temperatura em graus Celsius.
R: -270oC.
	17- Sabendo que a densidade do ar a 740Torr e 27 oC é igual a 1,146g.L-1, calcule as frações molares e as pressões parciais do nitrogênio e do oxigênio nas condições:
a) o ar contendo apenas nitrogênio e oxigênio
b) o ar contendo também 1% em mol de argônio.
R: a)0,758, 0,242, 561Torr, 179Torr
 b) 0,751, 0,239, 0,010, 556Torr, 117Torr, 7,4Torr
18 - 	Um recipiente de 10 litros contém 8g de oxigênio, 4g de hidrogênio e 7g de nitrogênio, todos em estado gasoso, comportando-se idealmente, a 27 (C. Outro recipiente de 20 litros contém 11g de CO2 e 16g de oxigênio, na mesma temperatura, também comportando-se idealmente. Conectando-se ambos os recipientes por uma mangueira de volume desprezível os gases misturam-se e teremos no final do processo uma mistura gasosa ideal a 27 (C. Qual será a pressão desta mistura gasosa, a massa molar média e a densidade? R: P = 2,665 atm, [(M] =14,15 g mol – 1, ( = 1,533 g L – 1.
19 - 	Uma mistura gasosa contendo apenas nitrogênio e oxigênio possui, a 25 (C e 1 atm, uma densidade de 1,20 g/L. Quais as frações molares do oxigênio e do nitrogênio na mistura gasosa? R: xN2 = 0,669, xO2 = 0,331. 
	20 - 	O ar exalado por um ser humano possui, em média, a seguinte composição, expressa em termos das pressões parciais: N2, 75,9 kPa; O2, 15,5 kPa; CO2, 3,7 kPa; vapor d’água, 6,2 kPa. Qual a fração molar de cada gás? R: xN2 = 0,749, xO2 = 0,153, xCO2 = 0,037, xH2O = 0,061
21 - 	Num recipiente de 30 litros, a 30 (C, misturam-se 2 g de nitrogênio, 2 g de hélio, 3 g de oxigênio e 0,5 g de hidrogênio. Supondo que não haja reação química, calcule a pressão a que estará submetida a mistura, bem como a massa molar média e a densidade. Se houver uma expansão isotérmica até que o volume duplique, de que forma isto afetará a densidade e a massa molar média? R: P = 0,7579 atm, [(M] =8,195 g mol –1 ,( = 0,25 gL –1; [(M] =8,195 g mol –1 , ( = 0,125 gL –1;
	
	22 - 	Um mol de um gás ideal, inicialmente a 1 atm e 25 (C, sofre um aquecimento isobárico até 125 (C, seguido de um resfriamento isométrico até à temperatura inicial e finalmente uma compressão isotérmica retornando ao estado inicial. Calcule P, V e T de todos os estados intermediários e esboce as transformações em diagramas P ( V, P ( T e V ( T. 
	23 - 	Um gás ideal é submetido a uma compressão isotérmica, a qual reduz o seu volume em 2,20 L. A pressão final e o volume do gás são, respectivamente, 3,78 ( 10 3 Torr e 4,65 L. Calcule a pressão original do gás em atm e em Torr. R: P = 3,37 atm = 2,56 ( 10 3 Torr. 
24 - 	5 móis de um gás ideal encontram-se num recipiente de 100 L a 35 (C. Calcule a pressão. Submete-se o sistema a uma expansão isotérmica até que seu volume duplica e, a seguir, o gás é submetido a uma transformação isobárica no final da qual a sua temperatura é de 85 (C. Calcular o volume e a pressão finais. R: Pini= 1,263 atm; Pfin = 0,6314 atm, Vfin = 232,47 L. 
	
25 - 	Calcule o valor dos coeficientes térmicos de um gás ideal nas condições padrão. R: ( = 3,35 ( 10 –3 K –1, ( = 1 atm – 1, ( = 3,35 ( 10 –3 atm K –1.
26 - 	O coeficiente de dilatação do mercúrio líquido é de 3,6(10-3K-1 e sua compressibilidade é 3,8(10-6 atm-1. Qual será o coeficiente de tensão, nas mesmas condições (20 (C e 1 atm)? Após encher-se completamente um volume indilatável hermético com mercúrio nestas condições submeteu-se o recipiente a um aumento de temperatura até 21(C. Supondo que, no processo, (, ( e ( não variam, calcule a pressão a que fica submetido o recipiente (pressão interna devida ao mercúrio). Compare com o que aconteceria se o volume contivesse gás ideal, nas mesmas condições. R: P = 948 atm,1,003 atm.