Lista de Exercícios - Gases Ideais - Liquefação

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ULBRA
CURSO DE QUÍMICA
FÍSICO-QUÍMICA: GASES E TERMODINÂMICA
Lista de Exercícios 02 –Gases Reais, Liquefação
Questões:
	01 - 	O que é o fator de compressibilidade z?
	
02 - 	Desenhe esquematicamente 3 isotermas de um gás real num plano P ( V: abaixo da temperatura crítica, a isoterma da própria temperatura crítica e uma isoterma acima da temperatura crítica. Comente a forma das curvas e as conclusões.
03- A equação de estado de um certo gás é dada por:
onde a e b são constantes. Encontre a expressão para 
	 
Exercícios:
	01- O volume molar de um gás a 350K e 12 atm é 12% maior do que o volume ocupado por um gás ideal nas mesmas condições de temperatura e pressão. Calcule:
a) o volume molar do gás
b) o fator de compressibilidade z
c) quais as forças dominantes? Atrativas ou repulsivas?
R: a) 2,7 L.mol -1; b) 1,12; c) repulsivas
	02- A densidade do vapor d’ água a 327,6 atm e 776,4K é igual a 133,2 g.L-1. 
a) Determine o volume molar da água e o fator de compressibilidade a partir desses dados.
b) Calcule o fator de compressibilidade a partir da equação de van der Waals.
R: a) 0,1353L.mol-1, 0,6957, b) 0,657.
	03- Suponha que 10,00 mol de etano ocupem um volume de 4,860 L na temperatura de 27 oC. Determine a pressão exercida pelo etano considerando:
a) gás ideal
b) gás de van der Waals
c) o fator de compressibilidade a partir da equação de van der Waals.
R: a)50,7atm, 35,1atm, b) 0,693
04- 	O fator de compressibilidade de um gás real, a 400 K e sob pressão de 120 atm é igual a 0,75. Qual o volume molar do gás? R: V = 0,205 L.
05 - 	Complete a tabela abaixo calculando a temperatura de Boyle e a temperatura crítica para as seguintes substâncias, consideradas como gases de Van der Waals.
	Gás
	a (atm L2 mol –2)
	b (L mol –1)
	TB (K)
	TC (K)
	H2
	0,2476
	0,0266
	
	
	He
	0,0346
	0,0237
	
	
	Ar
	1,363
	0,0322
	
	
	N2
	1,408
	0,0391
	
	
	O2
	1,360
	0,0318
	
	
	H2O
	5,536
	0,0305
	
	
	NH3
	4,225
	0,037
	
	
	CO2
	3,640
	0,0427
	
	
	C2H6
	5,562
	0,0638
	
	
	C3H8
	8,664
	0,0845
	
	
06 - 	Calcular a pressão a que se encontra submetida uma amostra contendo 1 mol de iso-butano a 20 (C, ocupando um volume de 10 L: (a) Se considerássemos comportamento ideal, (b) Se considerássemos comportamento de gás de van der Waals, com a = 12,87 L2 atm mol –2 e b = 0,1142 L mol –1. (c) Repita os dois cálculos anteriores para um volume de 1 litro.R: a) P = 2,403 atm; b) P = 2,302 atm; c) P = 24,03 atm e P = 14,25 atm
07-	Calcule a pressão exercida por um mol de etano, comportando-se 
como um gás ideal
como um gás de van der Waals (veja tabela acima),
quando confinado nas seguintes condições
22,414 L e 273,15 K
100 cm3 e 1000 K.
R: a) P = 1 atm, P = 0,991 atm, b) P = 820 atm, P = 1709 atm
	08- 	Encontre as expressões dos coeficientes térmicos de um gás de Van der Waals em termos de R, T, V, a e b.
	R: 
09 - 	Considere um gás cujo volume molar seja 16,00 litros numa temperatura de 20 (C. Supondo que o gás siga a equação de van der Waals com parâmetros a = 3,200 atm L2 mol–2 e b = 0,0805 L mol–1, calcule a pressão à qual está submetido o sistema constituído de 1 mol de gás nesta temperatura. Compare com a pressão correspondente para um gás ideal. Calcule os valores dos coeficientes térmicos obtidos no exercício anterior para este sistema e compare com os valores de um gás ideal. R: P = 1,497 atm, Pid = 1,502 atm; ( = 3,453( 10 –3 K –1, ( = 0,670 atm – 1, ( = 5,151 ( 10 –3 atm K –1; (id= 3,413 ( 10 –3 K –1, (id = 0,666 atm – 1, (id = 5,126 ( 10 –3 atm K –1
	10 - 	A 25 (C e sob pressão de 43 atm, a massa específica do etano líquido saturado é de 326 kg m-3 e a do vapor de etano, também saturado, é de 107 kg m-3 . Qual o menor e o maior volume que podem ser ocupados por 100 kg de etano a 25 (C e sob pressão de 43 atm? R: Vmax = 935 L, Vmin = 307 L. 
	11 - 	Utilizando os dados do problema anterior, quantos quilogramas de etano estão na fase vapor e quantos na fase líquida num recipiente de 500 L, contendo 100 kg de etano, nas mesmas condições anteriormente mencionadas de pressão e temperatura? 
R: mL = 69,27 kg, mG = 30,73 kg. 
	12 - 	A 0 (C e 100 atm, o fator de compressibilidade do oxigênio é de 0,927. Calcular a massa de oxigênio necessária para encher um cilindro de 100 litros de capacidade nestas condições de pressão e temperatura. R: 15,420 kg.
	13 - 	Cilindros de gás comprimido são tipicamente preenchidos com gás a uma pressão de 200 bar. Para o oxigênio, qual seria o valor do volume molar nesta pressão e a 25 (C, assumindo (a) comportamento de gás ideal, (b) comportamento de gás de van der Waals (veja constantes na tabela acima). Atenção: uma vez que a equação de van der Waals é cúbica em relação ao volume, ela deve ser resolvida por meios numéricos.
R: Vid = 0,1238 L, V = 0,111 L. 
	14- Um determinado gás obedece a equação de van der Waals com a=0,50 m6 Pa mol –2. Este gás ocupa um volume de 5,00 x 10 -4 m3 mol-1 a 273K e 3,0MPa. A partir desta informação calcule a constante b. Determine o fator de compressibilidade a partir da equação de van der Waals nas condições de temperatura e pressão especificadas.
R: 4,6 x 10 -5 m3 mol -1, 0,66
	15- Determine condições de temperatura e pressão para que 1,0mol de a) NH3, b)Xe e c)He estejam em estados correspondentes a 1,0 mol de H2 a 25oC e 1,00 atm.
R: a) 3,67kK, 8,7 atm; b) 2,60kK, 4,5atm; c) 46,7K, 0,18 atm.
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_1279366695.unknown
_1155993561.unknown