Lista 1 - Gases

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DO SEMI-ÁRIDO - UFERSA 
 
 
LISTA DE EXERCÍCIOS DE FÍSICO-QUÍMICA: GASES 
 
 
Obs. A menos que seja mencionado ao contrário, considere o comportamento 
dos gases como ideal nos exercícios. 
 
1. Calcule a massa molar de um gás cuja densidade (ρ) é de 0,241 g.L-1, sabendo 
que a uma temperatura de 300 K e a pressão de 0,1 atm, o mesmo ocupa um 
volume de 1,0 L. 
R: 59,29 g.mol-1 
 
2. Uma das aplicações da teoria dos gases ideais na prática farmacêutica é do 
doseamento gasométrico de substâncias que, quando decompostas em meio ácido, 
liberam gás. 
 Qual é o grau de pureza de uma amostra de 2,0 g de bicarbonato de sódio 
(NaHCO3) sabendo-se que a mesma, quando em contato com HCl,libera 0,480 L de 
CO2, medido a 273 K e 1,0 atm? (Reação: NaHCO3 + HCl NaCl + H2O + CO2). 
R:90,06% 
 
3. a) Seria possível que uma amostra de 25 g de argônio gasoso, num vaso de 
volume igual a 1,5 L, exercesse uma pressão de 2,0 bar, a 30 ºC, se o seu 
comportamento fosse de um gás perfeito? Em caso negativo, qual seria a pressão 
do gás? b) Que pressão teria o argônio se ele fosse um gás de Van der Waals? 
(parâmetros de Van der Waals: a = 1,337 atm.L2.mol-2, b = 3,20x10-2 L.mol-1). 
R: a) 10 bar; b) 10,4 bar 
 
4. Um gás perfeito sofre uma compressão isotérmica que reduz de 1,80 dm3 o seu 
volume. A pressão final do gás é de 1,48x103 torr e o volume final é 2,14 dm3. 
Calcule a pressão inicial do gás em a) torr e b) bar. 
R:a) 8,04x102 torr; b) 1,07 bar 
 
5. A 500 ºC e 699 torr, a densidade do vapor de enxofre é 3,71 g.L-1. Qual a fórmula 
molecular do enxofre nessas condições? 
R: S8 
 
6. Uma mistura gasosa é constituída por 320 mg de metano, 175 mg de argônio e 
225 mg de neônio. A pressão parcial do neônio, a 300 K, é 66,5 torr. Calcule (a) o 
volume da mistura e (b) a pressão total da mistura. 
R: a) 3.14 L; b) 212 torr 
 
7. Calcule a pressão a que se encontra submetida uma amostra contendo 1,0 mol de 
isobutano a 20 ºC, 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. 
R: a) 2,4026 atm; b) 2,3016 atm 
 
8. Estime as coordenadas críticas de um gás que tem as seguintes constantes de 
Van der Waals: a = 0,751 atm.L2.mol-2 e b = 0,0226 L.mol-1. 
R: 67,8 mL.mol-1, 54,5 atm, 120 K 
 
9. Um gás a 350 K e 12 atm tem volume molar 12% maior do que o calculado pela 
lei dos gases perfeitos. Calcule (a) o fator de compressibilidade nestas condições e 
(b) o volume molar do gás. Que forças são dominantes no gás, as atrativas ou as 
repulsivas? 
R: a) 1,12; repulsivas; b) 2,7 L.mol-1 
 
10. As coordenadas críticas do metano são pc = 45,6 atm, Vc = 98,7 cm3.mol-1 e Tc = 
190,6 K. Calcule as constantes de Van der Waals do gás e estime o raio das 
moléculas. 
R: 32,9 cm3.mol-1, 1,33 L2.atm.mol-2, 0,24 nm 
 
11. Sugira a pressão e a temperatura em que 1,0 mol de (a) H2S, (b) CO2 e (c) Ar 
estarão em estados correspondentes ao de 1,0 mol de N2 a 1,0 atm e 25ºC. 
(sugestão: inicie pesquisando na literatura as coordenadas críticas dos gases e 
calcule as coordenadas reduzidas do N2). 
R: a) 2,6 atm, 881 K b) 2,2 atm, 718 K 
 
12. Um certo gás segue a equação de Van der Waals com a = 0,76 m6.Pa.mol-2. O 
seu volume é de 4,00x10-4 m3.mol-1, a 288 K e 4,0 MPa. Com estas informações, 
calcule a constante b de Van der Waals. Qual o fator de compressibilidade do gás 
nessas condições de temperatura e pressão. 
 R: 0,13 L.mol-1, 0,67 
 
13. Calcule a velocidade média quadrática de moléculas de nitrogênio a 298 K e 
estime a velocidade média das mesmas. 
R: 515 ms-1; 473,8 ms-1. 
 
GASES (EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES DE APROFUNDAMENTO) 
1. Em relação ao comportamento dos gases, esclareça se as considerações a 
seguir são errôneas ou não. “Um gás que está na sua temperatura de Boyle 
tem fator de compressibilidade igual a 1, portanto nestas condições, o gás é 
ideal”. 
 
2. Massa de 12,76 g de pentacloreto de fósforo é introduzida em recipiente de 
3,5 litros de capacidade. Sabendo que o aquecimento do sistema levará à 
dissociação do PCl5, determinar o grau de dissociação, a partir das seguintes 
informações: a) a 200 °C observa-se que a pressão do recipiente, após atingir 
valor constante, mantêm-se igual a 753 mmHg; b) a 250 °C a pressão 
estabiliza-se em 1021,5 mmHg. A reação de dissociação do PCl5 é: PCl5 (g) = 
PCl3 (g) + Cl2 (g) 
 
3. A Figura abaixo mostra alguns gráficos P-V para um gás que obedece a 
equação de Van der Waals. Calcular as constantes a e b para este gás. 
Identifique no gráfico as regiões na qual o gás se comporta dentro do previsto 
pelo modelo do gás ideal, onde há o equilíbrio líquido-gás e em que região 
este equilíbrio de fase não é mais observado. 
 
4. Esboce esquematicamente, em um mesmo gráfico, o fator de 
compressibilidade com a pressão para um gás não ideal e para um gás ideal. 
Explique e indique no gráfico, em que região o gás é mais compressível, e 
menos compressível. Explique também em que região do gráfico o tamanho das 
partículas é predominante no desvio do comportamento físico do gás. 
 
5. Uma amostra de gás é constituída por 7 g de N2, 4 g de O2 e 4 g de H2. A 
amostra é introduzida num frasco vazio a 50 ºC, com o volume de 150 L. Qual a 
fração molar de cada gás na mistura? Quantos gramas de H2 deveriam ser 
removidas para reduzir a pressão à metade do valor inicial? Quantos gramas de 
O2 deveriam ser adicionados para dobrar a pressão. 
 
6. A temperatura crítica do etano é 32,3 ºC, a pressão crítica é 48,2 atm. Calcule 
o volume crítico empregando: 
a) a lei do gás ideal. 
b) a equação de Van der Waals, tendo em conta que para o gás de Van der 
Waals PcVc/RTc = 3/8 
c) compare os resultados dos itens a e b com o valor experimental de 0,139 L 
mol-1, e comente. 
 
7.a) Explique o que seja temperatura de Boyle. 
7.b) Explique a isoterma de uma gás real e comente o que seja o estado crítico e 
como identificá-lo graficamente numa isoterma. 
7.c) Explique quais os dois fatores que provocam o afastamento do gás da 
idealidade e como são levados em conta esses dois fatores na equação de van 
der Waals. 
7.d) Explique o que seja o princípio dos estados correspondentes. 
7.e) Explique como os experimentos de Charles permitiram estabelecer a escala 
Kelvin de temperatura. 
 
8. Explique porque no gráfico mostrado abaixo, o hidrogênio não apresenta um 
mínimo como o nitrogênio e o gás carbônico. 
 
 
 
9. Um gás hipotético tem a equação de estado indicada abaixo. Sendo a e b 
constantes diferentes de zero, determine se este gás tem ponto crítico. Em caso 
afirmativo, expresse as constantes críticas em função de a e b. Em caso 
negativo, explique como chegou a esta conclusão. 
 
P = [RT/(V-b)] – (a/V2)