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FÍSICO-QUÍMICA I 2019 Prof.a Vanessa Gentil Ricordi GABARITO DAS AUTOATIVIDADES 2 FÍSICO-QUÍMICA I UNIDADE 1 TÓPICO 1 UNI AUTOATIVIDADE 1 A quantos litros corresponde o volume de 9,5 m3? R.: O primeiro passo é determinar quantos L tem em 1 m3 e realizar uma regra de três. Na regra de três devemos colocar os valores que apresentam a mesma unidade de um mesmo lado e, o x no lado da unidade que desejamos encontrar: 1 m3 1.000 L 9,5 m3 x Se 1 m3 tem 1.000 L, quantos litros tem 9,5 m3? Para responder esse questionamento devemos multiplicar em cruzes: 1 m3 = 1.000 L 9,5 m3 = x 1 x X = 9,5 x 1.000 Em seguida, passamos o que multiplica X para o denominador do outro lado da equação e, realizamos a operação de divisão: X = 9,5 x 1.000 1 X = 9,500 L UNI AUTOATIVIDADE 1 Vamos resolver o exercício a seguir para facilitar a compreensão: A quantos milímetros de mercúrio corresponde uma pressão de 8 atm? R.: Como dito na resolução do exercício anterior, primeiramente deve-se determinar quantos mmHg tem em 1 atm e realizar uma regra de três. Vamos seguir os mesmos passos apresentados anteriormente, apenas vamos trocar as unidades e utilizar as unidades solicitas pelo exercício em questão. 3 FÍSICO-QUÍMICA I 1 atm 760 mmHg 8 atm x Seguindo o mesmo raciocínio, se em 1 atm tem 760 mmHg, quantos mmHg tem 8 atm? Multiplicamos em cruzes: 1 atm = 760 mmHg 8 atm = x 1 x X = 8 x 760 Logo temos que: X = 8 x 760 1 X = 6.080 mmHg UNI AUTOATIVIDADE 1 Para praticar, vamos resolver o seguinte exercício: Qual é a temperatura em Kelvin e Fahrenheit correspondente a 35 °C? R.: Nesse caso, precisamos apenas aplicar as fórmulas: K = °C + 273 e °F = [9/5 °C] + 32 Primeiramente, vamos calcular a temperatura K; precisamos apenas colocar o valor fornecido em °C para converter em Kelvin: K = °C + 273 K = 35 °C + 273 K = 308 O mesmo procedimento utiliza-se para encontrar a temperatura em Fahrenheit, precisamos apenas colocar o valor fornecido em °C: °F = [9/5 °C] + 32 °F = [9/5 * 35 °C] + 32 °F = 95 4 FÍSICO-QUÍMICA I TÓPICO 1 AUTOATIVIDADES 1 De acordo com a teoria cinética dos gases, prediga as propriedades dos gases. R.: As partículas gasosas são muito pequenas e seu volume é desprezível em relação ao volume ocupado pelo gás; movimentam-se em linha reta, de modo contínuo e desordenado; chocam-se entre si e com as paredes do recipiente de tal maneira que há conservação de energia (as colisões das partículas dos gases contra as paredes do recipiente constituem a pressão do gás; as forças de atração entre as moléculas são pouco significantes. 2 Entre os valores apresentados, qual indica a pressão mais elevada? a) (x) 1,2 atm. b) ( ) 700 mmHg. c) ( ) 80 cmHg. d) ( ) 0,8 atm. e) ( ) 70 cmHg 3 Qual é a pressão equivalente a 4,5 atm? a) ( ) 342 atm. b) ( ) 3.420 cmHg. c) (x) 3.420 torr. d) ( ) 34,2 mHg. e) ( ) 342 dmHg. 4 Qual é a temperatura em centígrados correspondente a 200 K? a) (x) – 73 °C. b) ( ) 73 °C. c) ( ) 473 °C. d) ( ) 273 °C. e) ( ) – 273 °C. 5 Converta as seguintes unidades: a) 1,3 atm em mmHg b) 159,6 cmHg em atm 5 FÍSICO-QUÍMICA I c) 100 mL em L d) 0,5 L em dm3 e) 2500 cm3 em m3 f) 27 °C em K g) 295 K em °C R.: A: 988 mmHg; B: 2,1 atm; C: 0,1 L; D: 0,5 dm3; E: 0,0025 m3; F: 300 K; G: 22 °C. 6 Quais são as grandezas fundamentais no estudo dos gases? R.: As grandezas fundamentais dos gases são: volume, temperatura, pressão e quantidade de matéria. TÓPICO 2 UNI AUTOATIVIDADE 1 Calcule o peso (P) exercido sobre o êmbolo em cada ponto. Considere: Peso sistema = Peso garrafa + Peso água = (m garrafa x g) + m água x g) Massa específica da água (p) = 1000 Kg/m3 1 mL = 1 cm3 = 1 x 10-6 m3 g = 9,8 m/s2 Kg.m/s2 = N N/m2 = Pa 1 atm = 1,01 x 105 Pa R.: As respostas irão depender das observações feitas pelos alunos, pois é um experimento. Além disso, as respostas podem variar dependendo da pressão, temperatura... no momento do experimento. 2 Calcular a pressão (p) considerando que: R.: As respostas irão depender das observações feitas pelos alunos, pois é um experimento. Além disso, as respostas podem variar dependendo da pressão, temperatura...no momento do experimento. p = F = Peso sistema A 6 FÍSICO-QUÍMICA I 3 Fazer o gráfico da pressão x volume do gás e observar qual a curva formada. R.: As respostas irão depender das observações feitas pelos alunos, pois é um experimento. Além disso, as respostas podem variar dependendo da pressão, temperatura...no momento do experimento. 4 Como poderíamos denominar esta curva: isoterma, isobárica ou isovolumétrica? Por quê? Se fizermos esta mesma experiência em um dia mais quente, a curva será a mesma? Em caso negativo, para onde ela será deslocada? R.: As respostas irão depender das observações feitas pelos alunos, pois é um experimento. Além disso, as respostas podem variar dependendo da pressão, temperatura...no momento do experimento. TÓPICO 2 AUTOATIVIDADE 1 (Estácio-RJ) Um volume de 10L de um gás perfeito teve sua pressão aumentada de 1 para 2 atm e sua temperatura aumentada de – 73°C para + 127°C. O volume final, em litros, alcançado pelo gás foi de: a) ( ) 50. b) ( ) 40. c) ( ) 30. d) (x) 10. e) ( ) 20. 2 (PUC-RJ) Um pneu de bicicleta é calibrado a uma pressão de 4 atm em um dia frio, à temperatura de 7°C. O volume e a quantidade de gás injetada são os mesmos. Qual será a pressão de calibração no pneu quando a temperatura atinge 37 °C? a) ( ) 21,1 atm. b) (x) 4,4 atm. c) ( ) 0,9 atm. d) ( ) 760 mmHg. e) ( ) 2,2 atm. 7 FÍSICO-QUÍMICA I 3 (F. M. Pouso Alegre-MG) Ao sair de viagem, o motorista calibrou os pneus de seu veículo colocando no seu interior 2 atm de pressão, num dia quente (27 °C). Ao chegar ao destino, mediu novamente a pressão dos pneus e encontrou 2,2 atm. Considerando-se desprezível a variação do volume, a temperatura do pneu, ao final da viagem, era: a) ( ) 660 °C. b) (x) 57 °C. c) ( ) 330 °C. d) ( ) 272 °C. e) ( ) 26,7 °C. 4 Temos 60L de N2 no estado inicial de uma transformação física. Se a temperatura passar de 27 °C para 77 °C e a pressão reduzir de 1/8 da pressão inicial, qual o volume no N2 no estado final? R.: 80 L. 5 Um tanque rígido de oxigênio colocado no exterior de um edifício tem a pressão de 20 atm às 6 horas da manhã, quando a temperatura é 10 °C. Qual será a pressão no tanque às 18 horas, quando a temperatura chega a 30 °C? R.: 21,4 atm. TÓPICO 3 1 Certo gás ocupa um volume de 6 litros a uma pressão de 720 mmHg, a 25°C. Que volume ocupará este gás nas CNTP? R.: 5,2 L 2 500mL de um gás foram inicialmente medidos à pressão de 650 mmHg e à temperatura de 73°C abaixo de zero. A seguir, o volume do gás foi reduzido a 400mL e a temperatura elevada a 127°C. Pede- se a pressão final do gás em atmosferas. R.: 2,14 atm. 8 FÍSICO-QUÍMICA I 3 Calcule: a) A densidade absoluta do gás carbônico e do acetileno a 57°C e 1520 mmHg. R.: 3,25g/L e 1,92 g/L b) A densidade do acetileno em relação ao gás carbônico. R.: d(C2H2)/d(CO2) = 0,59 4 (Faap-SP) Um recipiente fechado contém uma mistura constituída por 8g de oxigênio e 1g de hidrogênio a 0,82 atm e 27 °C. Determine: a) O volume do recipiente R.: 22,5 L. b) As pressões parciais dos componentes da mistura. R.: pO2: 0,27 atm e pH2: 0,55 atm. 5 (PUC-SP) A pressão exercida por 1,2 x 1024 moléculas de nitrogênio confinadas em um recipiente de 6 L a 27 °C é: a) ( ) 0,82 atm. b) ( ) 2,0 atm. c) ( ) 4,1 atm. d) (x) 8,2 atm. e) ( ) 20,0 atm. 9 FÍSICO-QUÍMICA I TÓPICO 1 1 Para a reação C(s) + O2(g) 2 CO(g), calcule o trabalho de expansão considerando a temperatura igual a 27 °C e utilizando R = 2 cal/K.mol. R.: W = - 600 cal 2 Calcular o trabalho efetuado quando 50g de ferro reagem com o ácidoclorídrico: a) num vaso fechado de volume fixo; R.: W = 0. b) num béquer aberto, a 25 °C. R.: W = - 532,14 cal. 3 Um corpo de 40g e calor específico 0,01cal/g°C esfria de 45 a 25°C. Qual a quantidade de calor cedido pelo corpo? R.: - 8 cal. 4 Uma reação produz 32,8kcal, dentro de um calorímetro de capacidade térmica 20cal/°C, onde existem 800g de água inicialmente a 20°C. Qual a temperatura final atingida pelo sistema? R.: 60 °C 5 Uma bateria elétrica é carregada pelo fornecimento de 250kJ de energia na forma de trabalho elétrico, mas há uma perda de 25kJ de energia como calor, para as vizinhanças, durante o processo. Qual é a variação da energia interna da bateria? R.: + 225 kJ 6 Suponha que 2 moles de CO2, tratado como um gás ideal, em 2atm e 300K, são comprimidos isotérmica e reversivelmente até a metade do volume original, antes de serem usados para carbonatar a água. Calcule w, q e ΔU. R.: W = + 3,46 kJ; q = - 3,46 kJ; ΔU = 0 UNIDADE 2 10 FÍSICO-QUÍMICA I TÓPICO 2 1 Em certa reação exotérmica, em pressão constante, 50kJ de calor deixam o sistema na forma de calor e, 20kJ de energia deixam o sistema na forma de trabalho de expansão. Quais os valores de (a) ΔH e (b) ΔU desse processo? R.: (a) – 50kJ e (b) – 70 kJ 2 Uma amostra de benzeno, C6H6, foi aquecida até 80 °C, seu ponto de ebulição normal. O aquecimento continuou até que 15, 4 kJ fossem fornecidos. Como resultado, 39, 1 g de benzeno, em ebulição, foram vaporizados. Qual a entalpia de vaporização do benzeno no ponto de ebulição? R.: + 30,8 kJ.mol-1 3 A gasolina, que contém octano, pode queimar até monóxido de carbono se o fornecimento de ar for reduzido. Determine a entalpia padrão de reação da combustão incompleta, no ar, de octano líquido até o gás monóxido de carbono e água líquida, a partir das entalpias padrão de reação da combustão do octano e do monóxido de carbono. R.: 2C8H18(l) + 17 O2(g) 16 CO(g) + 18 H2O(l), ΔH° = - 6414 kJ 4 (UFRGS-RS) Os valores de energia de ligação entre alguns átomos são fornecidos no quadro a seguir: Ligação Energia de ligação (kJ/mol) C – H 413 O = O 494 C = O 804 O – H 463 Considerando a reação representada por: CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(v) 11 FÍSICO-QUÍMICA I O valor aproximado de ΔH, em kJ, é de: a) (x) – 820. b) ( ) + 360. c) ( ) + 106. d) ( ) – 360. e) ( ) + 820. TÓPICO 3 1 Calcule a variação de entropia de um grande bloco de gelo quando 50J de energia, na forma de calor, são removidos reversivelmente, em uma geladeira em 0 °C. R.: - 0,18 J/K 2 A temperatura de 1 mol de hélio (g) aumenta de 25 °C até 300 °C, em volume constante. Qual é a variação de entropia do hélio? Imagine comportamento ideal e use Cv,m = ¾ R. R.: + 8,15 J/K 3 Calcule a entropia padrão de fusão do mercúrio no ponto de fusão. Dados mercúrio: Ponto de fusão: 234,3 K; ΔHfus° = 2,292 kJ/mol. R.: 9,782 J/K/mol 4 Calcule a entropia padrão para a reação: N2O4(g) 2 NO2(g), a 25 °C. Dados: Sm° N2O4(g): 304,29 J.K-1.mol-1; Sm° NO2 (g): 240,06 J.K-1.mol-1. R.: + 175,8 J/K 5 Qual a energia disponível para sustentar a atividade muscular e nervosa na combustão de 1 mol de moléculas de glicose nas condições normais, a 37 °C (temperatura do sangue)? A entropia padrão da reação é + 182,4 J.K-1.mol-1 e a entalpia padrão é – 2808 J.K-1.mol-1. R.: - 2864,544 J.K-1.mol-1 12 FÍSICO-QUÍMICA I UNIDADE 3 TÓPICO 1 1 Qual é a massa de glicina, NH2CH2COOH, que deve ser utilizada para preparar 250mL de uma solução de NH2CH2COOH(aq) 0,015 M? R.: 0,282 g 2 Determine a fração molar da glicina em uma solução 0,140m? R.: 2,52 x 10-3 3 Os volumes parciais molares da propanona e do triclorometano em uma mistura, onde a fração molar de CHCl3 é 0,4693, são 74,166 e 80,235cm3 mol-1, respectivamente. Qual é o volume de uma solução com massa total de 1,000kg? R.: 886,8 cm3 4 Calcule (a) a energia de Gibbs molar da mistura; (b) a entropia molar da mistura, quando os dois componentes principais do ar (nitrogênio e oxigênio) são misturas para formar ar, a 298K. As frações molares de N2 e O2 são, respectivamente, 0,78 e 0,22. A mistura é espontânea? R.: (a) ΔGm = - 131 KJ. mol-1; (b) ΔSm = + 4,38 J.K-1. mol-1 TÓPICO 2 1 Foi preparada uma solução dissolvendo-se 1,23g de C60 (fulereno) em 100 de tolueno (metilbenzeno). Dado que a pressão de vapor do tolueno puro é 5kPa, a 30°C, qual é a pressão de vapor do tolueno nessa solução? R.: 4,99 kPa 2 A 300K, as pressões de vapor de soluções diluídas de HCl em GeC4 líquido são as seguintes: 13 FÍSICO-QUÍMICA I x(HCl) 0,005 0,012 0,019 p/kPa 32 76,9 121,8 Mostre que a solução obedece à lei de Henry nessa faixa de frações molares e calcule a constante da lei de Henry, a 300K. R.: 6,4 x 103 kPa 3 O aumento do dióxido de carbono atmosférico tem como consequência o aumento da concentração de dióxido de carbono dissolvido nos corpos d’água na natureza. Use a lei de Henry e os dados da Tabela 1 para calcular a solubilidade do CO2 em água, a 25°C, quando sua pressão parcial é (a) 4 kPa, (b) 100 kPa. R.: (a) 1,3 mmol.kg-1; (b) 33 mmol.kg-1 4 Uma máquina de carbonatação de água é disponível para uso caseiro e funciona fornecendo dióxido de carbono a 3 atm. Estime a concentração molar do CO2 na água carbonatada produzida pela máquina. R.: 0,101 mol.L-1 TÓPICO 3 1 Qual é a temperatura de ebulição, sob pressão normal, de uma solução de 4,7g de fenol em 600g de álcool etílico? Dados: temperatura de ebulição do álcool 78,4 °C (a 1 atm); constante ebuliométrica do álcool 1,2K.kg.mol-1. R.: 78,5 °C. 2 Calcular a pressão osmótica a 47 °C de uma solução aquosa que contém 13,68g de sacarose em 800mL de solução. R.: 1,31 atm. 14 FÍSICO-QUÍMICA I 3 Para determinar a massa molecular de um aminoácido, ensaiou- se uma solução aquosa do mesmo, de concentração 23,4g/L, num osmômetro, e obteve-se uma pressão de 4,92 atm a 27 °C. Qual a massa molecular do aminoácido analisado? R.: 117 g. 4 Considere o diagrama de fases do CO2 (dióxido de carbono) representado a seguir e responda às questões: a) Qual é a fase do CO2 quando a sua temperatura for de - 60ºC e a pressão de 50 atm? b) Uma certa quantidade de CO2 líquido é submetida a uma pressão de 56 atm e está confi nada em um recipiente. Se o líquido for aquecido, mantendo-se a pressão constante, qual o valor da temperatura em que irá ocorrer a vaporização? c) Qual é o valor da temperatura e da pressão do ponto triplo do CO2? d) Uma pedra de gelo seco (CO2) está submetida a uma pressão de 2 atm. Ela é aquecida, mantendo-se a pressão constante. Em um determinado instante começa a ocorrer uma mudança de fase. Qual é o nome desta mudança? FONTE: <https://static.todamateria.com.br/upload/di/ag/diagramadefasecobeatrriz-1.jpg>. Acesso em: 16 maio 2019. R.: a) Observando o diagrama, concluímos que o CO2 estará na fase sólida. b) Irá ocorrer a vaporização quando a temperatura atingir 20 ºC. c) O ponto triplo corresponde a interseção das três curvas, no caso do CO2, quando apresenta uma temperatura de - 57 ºC e pressão de 5,2 atm, os três estados físicos podem coexistir. d) Irá ocorrer a sublimação. 15 FÍSICO-QUÍMICA I 5 (UF-GO) O gráfi co a seguir representa o diagrama de fases para a água. Dentre as afi rmações a seguir diga quais são verdadeiras? FONTE: <http://angelafsica.blogspot.com/2013/08/diagrama-de-fases-exercicios.html>. Acesso em: 16 maio 2019. a) ( ) Só existe água no estado gasoso ou de vapor para temperaturas superiores a 100°C. b) (x) A pressão de 15 mmHg a água a 10°C está no estado de vapor. c) (x) A pressão de 15 mmHg a água a 25°C está no estado de vapor. d) ( ) A qualquer pressão a água sempre está sólida a 0°C. e) (x) A temperatura constante e igual a -3°C e uma variação na pressão de 10 mmHg para 1mmHg faz com que a água sublime.
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