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Química Geral e Experimental Webconferência II Professor Dr. Iury Sousa e Silva Todo gás exerce uma PRESSÃO, ocupando um certo VOLUME à determinada TEMPERATURA Aos valores da pressão, do volume e da temperatura chamamos de ESTADO DE UM GÁS Assim: V = 5 L T = 300 K P = 1 atm Os valores da pressão, do volume e da temperatura não são constantes, então, dizemos que PRESSÃO (P), VOLUME (V) e TEMPERATURA (T) são VARIÁVEIS DE ESTADO DE UM GÁS P1 = 1 atm V1 = 6 L T1 = 300 K P2 = 2 atm V2 = 3 L T2 = 300 K P3 = 6 atm V3 = 3 L T3 = 900 K Denominamos de pressão de um gás a colisão de suas moléculas com as paredes do recipiente em que ele se encontra vácuo 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg mercúrio m e r c ú ri o Experiência de TORRICELLI 100 cm 76 cm 1 atm ESTADO 2 P1 = 1 atm V1 = 6 L T1 = 300 K P2 = 2 atm V2 = 3 L T2 = 300 K ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA Mantemos constante a TEMPERATURA e modificamos a pressão e o volume de uma massa fixa de um gás P1 = 1 atm V1 = 6 L T1 = 300 K 81 2 3 4 5 6 7 2 1 3 4 V (litros) 5 7 6 P (atm) P2 = 2 atm V2 = 3 L T2 = 300 K P3 = 6 atm V3 = 1 L T3 = 300 K GRÁFICO DA TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA LEI DE BOYLE - MARIOTTE P1V1=P2V2=cte1 Pressão e Volume são inversamente proporcionais 01) Na respiração normal de um adulto, num minuto são inalados 4,0 litros de ar, medidos a 27oC e 1 atm de pressão. Um mergulhador a 43 m abaixo do nível do mar, onde a temperatura é de 27oC e a pressão de 5 atm, receberá a mesma massa de oxigênio se inalar: a)4,0 litros de ar. b)8,0 litros de ar. c)3,2 litros de ar. d)0,8 litro de ar. e)20 litros de ar. V1 = 4,0 L T1 = 27ºC P1 = 1 atm V2 = ? L T2 = 27ºC P2 = 5 atm V2 = 0,8 L P1 x V1 = P2 x V2 1 x 4 = 5 x V2 V2 = 4 5 Dois balões A e B estão ligado por um tubo de volume desprezível munido de uma torneira. O balão A, de volume igual a 400 mL, contém gás hélio. No balão B, de volume igual a 600 mL, existe vácuo. Mantendo-se a temperatura constante, a torneira é aberta e a pressão final do sistema atinge o valor de 600 mmHg. A pressão inicial do balão A deve ser igual a: a)1500 mmHg. b)1200 mmHg. c)1000 mmHg. d)900 mmHg. e)760 mmHg. A B He Vácuo T = constante PF = 600 mmHg P1 = 1500 mmHg VA = 400 mL VB = 600 mL P1 x V1 = P2 x V2 400 x P1 = 600 x 1000 P1 = 600000 400 VF = 1000 mL a)2 m. b)5 m. c)10 m. d)20 m. e)30 m. V1 = V V2 = 3 V P2 = 1 atm 03) Ao subir do fundo de um lago para a superfície, o volume de uma bolha triplica. Supondo que a temperatura da água no fundo do lago seja igual à temperatura na superfície, e considerando que a pressão exercida por uma coluna de água de 10 m de altura corresponde, praticamente, à pressão de uma atmosfera, podemos concluir que a profundidade do lago é: P1 = 3 atm P1 x V1 = P2 x V2 P1 x V = 1 x 3 V P1 = 3 V V 10 m → 2 atm 20 m → 3 atm 04) A figura mostra um cilindro munido de um êmbolo móvel, que impede a saída do ar que há dentro do cilindro. Quando o êmbolo se encontra na sua altura H = 12 cm, a pressão do ar dentro do cilindro é p0. Supondo que a temperatura é mantida constante, até que a altura, do fundo do cilindro deve ser baixado o êmbolo para que a pressão do ar dentro do cilindro seja 3 p0? a)4/9 cm. b)4 cm. c)6 cm. d)8 cm. e)9 cm H = 12 cm 0 H’ = ? cm P1 x V1 = P2 x V2 po x V = 3po x V2 V2 = po. V 3 po V2 = V 3 H = 12 cm V H = x cm V/3 x = 12 . V 3 . V x = 4 cm ESTADO 2 V1 = 6 L T1 = 300 K P1 = 1 atm V2 = 3 L T2 = 150 K P2 = 1 atm ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA Mantemos constante a PRESSÃO e modificamos a temperatura absoluta e o volume de uma massa fixa de um gás P1 = 2 atm V1 = 1 L T1 = 100 K P2 = 2 atm V2 = 2 L T2 = 200 K P3 = 3 atm V3 = 3 L T3 = 300 K 800100 200 300 400 500 600 700 2 1 3 4 T (Kelvin) 5 7 6 V (L) Volume e Temperatura Absoluta são diretamente proporcionais LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC V T = constante Na matemática, quando duas grandezas são diretamente proporcionais, o quociente entre elas é constante = V 1 T 1 V 2 T 2 05) No diagrama P x T abaixo, uma certa quantidade de gás ideal evolui do estado inicial A para um estado final B, conforme indicado na figura. Qual a razão, VA / VB, entre os volumes inicial e final do gás? a)1/ 3. b)1/ 2. c)1. d)2. e)3. P PA T 0 TA 2 TA A B Do ponto A ao ponto B a pressão é constante “PA” Transformação ISOBÁRICA = VA1 TA1 VB2 T2A VA TA VB 2 TA = VA 1 VB 2 = 06) Durante o inverno do Alasca, quando a temperatura é de – 23°C, um esquimó enche um balão até que seu volume seja de 30 L. Quando chega o verão a temperatura chega a 27°C. Qual o inteiro mais próximo que representa o volume do balão, no verão, supondo que o balão não perdeu gás, que a pressão dentro e fora do balão não muda, e que o gás é ideal? T1 = – 23 ºC = 250 K P1 = P atm V2 = ? L T2 = 27ºC = 300 K P2 = P atm 250 x V2 = 30 x 300 9000 V2 = 250 V2 = 36 L 07) Uma estudante está interessada em verificar as propriedades do hidrogênio gasoso a baixas temperaturas. Ela utilizou, inicialmente, um volume de 2,98 L de H2(g), à temperatura ambiente (25°C) e 1atm de pressão, e resfriou o gás, à pressão constante, a uma temperatura de – 200°C. Que volume desse gás aestudante encontrou no final do experimento? a)0,73 mL. b)7,30 mL. c)73,0 mL. d)730 mL. e)7300 mL. V1 = 2,98 L T1 = 25 ºC P1 = 1 atm V2 = ? L T2 = – 200ºC P2 = 1 atm = 298 K = 73 K 298 x V2 = 2,98 x 73 217,54 V2 = 298 V2 = 0,73 L V2 = 730 mL ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA Mantemos constante o VOLUME e modificamos a temperatura absoluta e a pressão de uma massa fixa de um gás ESTADO 2 P1 = 4 atm V1 = 6 L T1 = 300 K P2 = 2 atm V2 = 6 L T2 = 150 K 800100 200 300 400 500 600 700 2 1 3 4 T (Kelvin) 5 7 6 P (atm) V1 = 2 L P1 = 1 atm T1 = 100 K V2 = 2 L P2 = 2 atm T2 = 200 K V3 = 3 L P3 = 2 atm T3 = 300 K Pressão e Temperatura Absoluta são diretamente proporcionais P T = constante LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC Na matemática, quando duas grandezas são diretamente proporcionais, o quociente entre elas é constante = P1 T1 P2 T 2 08) Uma garrafa de 1,5 L, indeformável e seca, foi fechada com uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atm e a temperatura de 27°C. Em seguida, esta garrafa foi colocada ao sol e, após certo tempo, a temperatura em seu interior subiu para 57°C e a tampa foi arremessada pelo efeito da pressão interna. Qual a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à expulsão da tampa? T2 = 57ºC P2 = ? atm O volume da garrafa é constante = 330 K 300 x P2 = 1 x 330 330 P2 = 300 P2 = 1,1 atm 09) Em um dia de inverno, à temperatura de 0°C, colocou-se uma amostra de ar, à pressão de 1,0 atm, em um recipiente de volume constante. Transportando essa amostra para um ambiente a 60°C, que pressão ela apresentará? a) 0,5 atm. b) 0,8 atm. c) 1,2 atm. d) 1,9 atm. e) 2,6 atm. T1 = 0°C + 273 = 273 K P1 = 1 atm T2 = 60°C + 273 = 333 K P2 = ? P11 = P2 T1 T2 273 x P2 = 1 x 333 333 P2 = 273 P2 = 1,2 atm 10) Um recipiente fechado contém hidrogênio à temperatura de 30°C e pressão de 606 mmHg. A pressão exercida quando se eleva a temperatura a 47°C, sem variar o volume será: a) 120 mmHg. b) 240 mmHg. c) 303 mmHg. d) 320 mmHg. e) 640 mmHg. T1 = 30°C + 273 = 303 K P1 = 606 mmHg T2 = 47°C + 273 = 320 K P2 = ? P2 = 2 x 320 P2 = 640 mmHg T1 T2 Existem transformações em que todas as grandezas (T, P e V) sofrem mudanças nos seus valores simultaneamente Combinando-se as três equações vistas encontraremos uma expressão que relaciona as variáveis de estado neste tipo de transformação P1 x V1 = P2 xV2 01) Um gás ideal, confinado inicialmente à temperatura de 27°C, pressão de 15 atm e volume de 100L sofre diminuição no seu volume de 20L e um acréscimoem sua temperatura de 20°C. A pressão final do gás é: a)10 atm. b)20 atm. c)25 atm. d)30 atm. e)35 atm. V1 = 100 L P1 = 15 atm V2 = 100 L – 20 L = 80 L T1 = 27ºC + 273 = 300 K T1 P1 = x V1 T2 = 27ºC + 20ºC = 47 ºC + 273 = 320 K P2 = ? P2 x V2 T2 P2 = 20 atm dada temperatura e pressão. O volume dessa mesma massa gasosa, quando a temperatura absoluta diminuir de 2/5 da inicial e a pressão aumentar de 1/5 da inicial, será: a)6 L. b)4 L. c)3 L. d)5 L. e)10 L. V1 = 10 L T1 = T P1 = P 1 P1 T2 P2 = x V1 V2 = V L T2 = T – 2/5 T P2 = P + 1/5 P x V2 = 3/5 T = 6/5 P P x 10 T 6/5 P X V = T 3/5 T V = 30 x P x T 5 6 x P x T 5 V = 30 6 V = 5 L Dizemos que um gás se encontra nas CNTP quando: Exerce uma pressão de 1 atm ou 760 mmHg e Está submetido a uma temperatura de 0ºC ou 273 K Nestas condições ...1 mol de qualquer gás ocupa um volume de 22,4 L (volume molar) 01) (UNIMEP-SP) O volume ocupado, nas CNTP, por 3,5 mol de CO será aproximadamente igual a: Dado: volume molar dos gases nas CNTP = 22,4 L. a)33,6 L. b)78,4 L. c)22,4 L. d)65,6 L. e)48,0 L. 1 mol de CO ocupa 22,4 L nas CNTP 3,5 mols de CO ocupa V L nas CNTP 1 22, 4 = 3,5 V V = 3,5 x 22,4 V = 78,4 L em litros, deste gás é: Dados: massas atômicas: C = 12g/mol; H = 1 g/mol. Volume molar dos gases nas CNTP = 22,4 L. a)26,0 L. b)22,4 L. c)33,6 L. d)40,2 L. e)11,2 L. C2H2 M = 2 x 12 + 2 x 1 = 26 g 1 mol 2M6gg 13 g 22,4 L V V = 11,2 L 03) (FEI-SP) Um frasco completamente vazio tem massa 820g e cheio de oxigênio tem massa 844g. A capacidade do frasco, sabendo-se que o oxigênio se encontra nas CNTP, é: Dados: massa molar do O2 = 32 g/mol; volume molar dos gases nas CNTP = 22,4 L. a)16,8 L. b)18,3 L. c)33,6 L. d)36,6 L. e)54,1 L. V = 16,8 L 24 x 22,4 V = 32 m O2 = 844 – 820 = 24g 32 g 22,4 L 24 g V 32 22,4 = 24 V Para uma certa massa de gás vale a relação Se esta quantidade de gás for 1 MOL a constante será representada por R e receberá o nome de CONSTANTE UNIVERSAL DOS GASES P V = constante T Podemos calcular o seu valor considerando-se um dos estados do gás nas CNTP, isto é, T0 = 273 K, P0 = 1 atm ou 760 mmHg e V0 = 22,4 L, assim teremos: = xP V 1 22,4 273 para 1 mol P x V = n x R x T T P V = 0,082 x 2 para 2 mol T P V = 0,082 x n para “n” mol T P V T = R x n Podemos calcular o seu valor considerando-se um dos estados do gás nas CNTP, isto é, T0 = 273 K, P0 = 1 atm ou 760 mmHg e V0 = 22,4 L, assim teremos: = P V 760 x 22,4 273 para 1 mol P x V = n x R x T T P V = 62,3 x 2 para 2 mol T P V = 62,3 x n para “n” mol T P V T = R x n 01) (UFRGS) Um extintor de incêndio contém 4,4 kg de CO2. O volume máximo de gás liberado na atmosfera, a 27ºC e 1 atm, é, em litros: Dados: C = 12 u.; O = 16 u. a)0,229. b)2,46. c)24,6. d)229,4. e)2460. V = ? L T = 27ºC P = 1 atm m = 4,4 kg = 4400 g = 100 moln = 4400 44 = 300 K P x V = n x R x T 1 x V = 100 x 0,082 x 300 V = 2460 L 02) 2,2g de um gás estão contidos num recipiente de volume igual a 1,75 litros, a uma temperatura de 77oC e pressão e 623 mmHg. Este gás deve ser: Dados: H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u; N = 14 u; S = 32 u a)NO. b)H2S. c)SO2. d)CO2. e)NH3. m = 2,2 g V = 1,75 L T = 77ºC = 350 K P = 623 mmHg m P x V = x R x T M 2,2 623 x 1,75 = x 62,3 x 350 M 2,2 x 62,3 x 350 M = 623 x 1,75 M = 44 g/mol CO2 = 12 + 32 = 44 g/mol 03) A temperatura a que deve ser aquecido um gás contido num recipiente aberto, inicialmente a 25ºC, de tal modo que nele permaneça 1/5 das moléculas nele inicialmente contidas é: a)1217ºC. b)944ºC . c)454ºC . d)727ºC . e)125ºC . 25º C T = V P n 298 K T’ = ? ºC V’ P’ n’ = 1/5 n P x V = P’ x V’ 1/5 n n x R x 298 x R x T’ T’ = 1490 K – 273 nH2 x R x T = PO2 x V nO2 x R x T 04. (IFET) Dois balões de igual capacidade, A e B, mantidos na mesma temperatura, apresentam massas iguais de H2(g) e O2(g) . A pressão do H2(g) no balão A é igual a 1,6 atm. Assinale a alternativa abaixo que corresponde a pressão que o O2 (g) exerce no balão B. Dados: M(H2) = 2 g/mol e M(O2) = 32 g/mol. a)0,1 atm. b)0,5 atm. c)1,0 atm. d)1,6 atm. e)2,0 atm. A VA = VB TA = TB m H2 = m O2PH2 = 1,6 atm 1,6 x V B Po2 = ? atm PO2 x = 1,6 xnnHH22 nOO22 mO2 M32O2 mH2 M2H2 3,2 PO2 = 32 PO2 = 0,1 atm Volumes IGUAIS de gases quaisquer, nas mesmas condições de TEMPERATURA e PRESSÃO contêm a mesma quantidade de MOLÉCULAS V = 2 L P = 1 atm T = 300 K V = 2 L P = 1 atm T = 300 K Gás METANO Gás CARBÔNICO a) 56g. m = 8,8g de CO2 A B N2 b) 5,6g. c) 0,56g. d) 4,4g. e) 2,8g. VA = VB PA = PB TA = TB m = x g de N2 n = n CO2 N2 m CO2 m N2 M M CO2 N2 = 8,8 = 44 m N2 28 m = N2 8,8 x 28 44 = 5,6g H = 1 g/mol; C = 12 g/mol; N = 14 g/mol; O = 16 g/mol; S = 32 g/mol. a) N2. b) CO2. c) H2S. d) CH4. e) H2. VX = VY TX = TY PX = PY X Y Y = O3 X = ? n = n X Y mX = 0,34g m X e mY = 0,48g m Y M M X Y = = 0,34 Mx 0,48 48 M = X 0,34 x 48 0,48 = 34g/mol H2S : M = 2 + 32 = 34 g/mol Estas misturas funcionam como se fosse um único gás PA VA TA nA PB VB TB nB P V T Podemos estudar a mistura gasosa ou relacionar a mistura gasosa com os gases nas condições iniciais pelas expressões P . V = nT . R . T P x V PA x VA PB x VB = + T TA TB 01) Dois gases perfeitos estão em recipientes diferentes. Um dos gases ocupa volume de 2,0 L sob pressão de 4,0 atm e 127°C. O outro ocupa volume de 6,0 L sob pressão de 8,0 atm a 27°C. Que volume deverá ter um recipiente para que a mistura dos gases a 227°C exerça pressão de 10 atm? g gás A gás B B = 8,0 atm = + P . V PA . VA PB . VB T VA = 2,0 L PA = 4,0 atm TA = 410207KºC VB = 6,0 L P TB =32070ºCK V = ? P = 10 atm T = 520207KºC TA 4 . 2 400 + TB 8 . 6 300 = 10. V 500 4 . 2 4 + 8 . 6 3 = 10. V 5 V = 2 . V = 2 + 16 18 2 V = 9 L 02) Em um recipiente com capacidade para 80 L são colocados 4,06 mols de um gás X e 15,24 mols de um gás Y, exercendo uma pressão de 6,33 atm. Podemos afirmar que a temperatura em que se encontra essa mistura gasosa é: a) 300 K. b) 320 K. c) 150 K. d) 273 K. e) 540 K. V = 80 L P . V = nT . R . T T = 320 K nX = 4,06 mols nY = 15,24 mols nT = 19,3 mols 6,33 . 80 = 19,3 . 0,082 . T 506,4 = 1,5826 . T 506,4 T = 1,5826 P = 6,33 atm T = x K Gás A Gás B P x V = nT x R x T P x V PA x VA PB x VB = + T TA TB Mantendo o VOLUME e a TEMPERATURA P’A é a pressão parcial do gás A P’B é a pressão parcial do gás B P’A x V = nA x R x T P’B x V = nB x R x T P’A x V PA x VA P’B x V PB x VB = = T TA T TB Lei de DALTON: P = PA + PB 01)(UEL-PR) Considere a mistura de 0,5 mol de CH4 e 1,5 mol de C2H6, contidos num recipiente de 30 L a 300K. A pressão parcial do CH4, em atm, é igual a: a) 1,64 atm. b) 0,82 atm. c) 0,50 atm. d) 0,41 atm. e) 0,10 atm. P’ . V = nCH4 . R . T P’ . 30 = 0,5 . 0,082 . 300 P’ = 0,5 . 0, 82 . 30 30 P’ = 0,41 atm Dados: H2 = 2 g/mol; He = 4 g/mol I. O número de mol do H2 e do He. 2 HenH2 = = 3 mol n = = 7 mol 6 28 4 II. A pressão total da mistura P x V = nT x R x T P x 10 = 10 x 0,082 x 300 P = 24,6 atm III. A pressão parcial de cada componente da mistura P’H2 x V = nH2 x R x T P’He x V = nHe x R x T P’H2 x 10 = 3 x 0,082 x 300 P’He x 10 = 7 x 0,082 x 300 P’H2 = 7,38 atm P’He = 17,22 atm P x V PA x VA PB x VB = + T TA TB Mantendo a PRESSÃO e a TEMPERATURA V’A é o volume parcial do gás A V’B é o volume parcial do gás B P x V’A = nA x R x T P x V’B = nB x R x T P x V’A PA x VA P x V’B PB x VB = = T TA T TB Lei de AMAGAT: V = VA + VB 01) Uma mistura gasosa contém 4 mols de gás hidrogênio, 2 mols de gás metano exercem uma pressão de 4,1 atm, submetidos a uma temperatura de 27°C. Calcule os volumes parciais destes dois gases. T = 2370°0CK V’ H2 = ? V’ CH4 = ? P X VH2 = nH2 x R x T 4,1 X V’H2 = 4 x 0,082 x 300 V’H2= 4 x 0,082 x 300 4,1 V’H2 = 24 L 4,1 X V’CH4 = 2 x 0,082 x 300 V’CH4 = 2 x 0,082 x 300 4,1 V’CH4 = 12 L 02) Uma mistura gasosa contém 6 mols de gás hidrogênio, 2 mols de gás metano e ocupa um recipiente de 82 L. Calcule os volumes parciais destes dois gases. Podemos relacionar, também, o volume parcial com o volume total da mistura pela expressão abaixo = 6 molsn H2 x = 0,75H2 CH4 = V’A = x A V x 6 =x 8 2 8 V’ = 0,75H2 x 82 = 61,5 L n CH4 = 2 mols V = 82 L V’ = 0,25 x 82 = 20,5 LCH4= 0,25 Densidade dos Gases O gás H2 é menos denso que o ar atmosférico O gás CO2 é mais denso que o ar atmosférico Gás hidrogênio (H2) Gás carbônico (CO2) A densidade absoluta de um gás é o quociente entre a massa e o volume deste gás medidos em certa temperatura e pressão P x M d = R x T Dado: O = 16 u a) 16 g/L. b) 32 g/L. c) 3,9 g/L. d) 4,5 g/L. e) 1,0 g/L. d = x g/L T = 27°C P = 3 atm MO2 = 32 u R = 0,082 atm . L / mol . K + 273 = 300 K 96 24,6 = d = 3,9 g/L d = x P x M 3 x 32 = R T 0,082 x 300 T = 273 k P = 1 atm ou 760 mmHg R = 0,082 atm . L / mol . K ou R = 62,3 mmHg . L / mol . K 1 x M d = 0,082 x 273 M d = 22,4 É obtida quando comparamos as densidades de dois gases, isto é, quando dividimos as densidades dos gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão DENSIDADE RELATIVA P x MA dA = R x T P x MB dB = R x T Gás A Gás B dA P x MA R x T = x dB R x T P x MB MA d A, B = MB Dados: H = 1u; C = 12 u; O = 16 u a) 44. b) 16. c) 2,75. d) 0,25 e) 5,46 d CO2 , CH4 = CH4 M 4C4O2 M16 M CO2 = 12 + 2 x 16 = 44 u.m.a. = 2,75 4 M CH = 12 + 4 x 1 = 16 u.m.a. DIFUSÃO E EFUSÃO Quando abrimos um recipiente contendo um perfume, após certo tempo sentimos o odor do perfume Isso ocorre porque algumas moléculas do perfume passam para a fase gasosa e se dispersam no ar chegando até nossas narinasEsta dispersão recebe o nome de DIFUSÃO Uma bola de festas com um certo tempo murcha, isto ocorre porque a bola tem poros e o gás que se encontrava dentro da bola sai por estes poros Este fenômeno denomina-se de EFUSÃO DIFUSÃO E EFUSÃO A velocidade de difusão e de efusão é dada pela LEI DE GRAHAM que diz: A velocidade de difusão e de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade Nas mesmas condições de temperatura e pressão a relação entre as densidades é igual à relação entre suas massas molares, então: = vB vA dA dB = vB vA MA MB Dados: H = 1 g/mol; O = 16 g/mol. a) 4 km/h. b) 108 km/h. c) 405 km/h. d) 240 km/h. e) 960 km/h. = 27 km / (1/60) h 27 x 60 = 405 km/h v H2 v O2 = 27 km/min = x km/h = vO2 vH2 MH2 MO2 v O 2 = 16 2 32 27 x 60 4 vO 2 = 1620 = 4 vO 2 FIM