Lista de Exercícios de Gás Ideal_Parte 2 respondida

Prévia do material em texto

Universidade Estadual da Paraíba 
Centro de Ciências e Tecnologia 
Departamento de Química/Físico-Química I 
Professor Dr. Juracy Régis de Lucena Júnior 
Aluno: Eduardo Cavalcante de Lima
1 – 5 g de etano estão contidas num bulbo de 1 dm3 de capacidade. O bulbo é tão fraco que romperá se a pressão exceder 1 MPa. A que temperatura a pressão do gás atingirá o valor de ruptura? 
m= 5g				M etano = M C2H6 = 30 g/mol		T=P*V / n *R
V= 1dm³ = 1L		n = m/M
P= 1Mpa = 9,869 atm	n = 5g / 30 mol = 0,166 g/mol
T = 9,869 atm * 1L / 0,166 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1
T = 9,869 / 0,0136 = 722,42 K 	ou	449,27 °C
2 – Suponhamos que, no estabelecimento de uma escala de massas atômicas, as condições padrões foram escolhidas p0= 1 atm, V0 = 0,03 m3 (exatamente) e T0= 300 K (exatamente). Calcule a “constate dos gases”, a constante de Avogadro e as massas de um mol de átomos de hidrogênio e de átomos de oxigênio. 
P0 = 1 atm		R=?		P*V = n*R*T
T0 = 300 K		NA=?		R = P*V / n*T = P * V / 1 mol * T
V0 = 0,03 m³		M H = 1g/mol	M = O = 16 g/mol
R = 1,0325*105 Pa * 0,03 m³ / 1 mol * 300K
R = 10,1325 Pa * m³ * mol-1 * K-1		(sistema adaptado).
R =8,314 Pa * m³ * mol-1 * K-1		(sistema internacional).
8,314 Pa ----------- 6,02*10²³ unidades
10,1325 Pa --------	X
X = 7,336*10²³ unidades/mol
6,02*10²³ átomos de H --------- 	1g		1g ---------- 1,218 g/mol
7,336*10²³ átomos de H --------	X		16g de O --------- X g/mol
X = 7,336*10²³ / 6,02*10²³				O = 19,48 g/mol
H = 1,218 g/mol
3 – Considere uma mistura gasosa num recipiente de 2 dm3 a 27ºC. Para cada mistura, calcule a pressão parcial de cada gás, a pressão total e a composição da mistura em percentagem molar. Compare os resultados dos quatro cálculos.
V = 2 dm³ = 2L	T = 20°C = 300,15K	P=? em porcentagem molar
a) 1 g de H2 e 1 g de O2 
H2 = 2 g/mol		n = 1g / 2mol = 0,5 g/mol			P = n * R * T / V
O2 = 32 g/mol	 n = 1g / 32mol = 0,03125 g/mol
Pressão parcial de H2
P = 0,5 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 12,30615 / 2 = 6,153 atm
Pressão parcial de O2 
P = 0,03125 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 0,7691 / 2 = 0,384 atm
Pressão total de H2 + O2:
Pt = 6,537 atm
Porcentagem do H2:			Porcentagem do O2:
6,537 atm ------- 100			6,537 atm ------- 100
6,153 atm ------- X				0,384 atm ------- X
X = 615 / 6,537 = 94,18 %			X = 38 / 6,537 = 5,81 %
b) 1 g de N2 e 1 g de O2 
N2 = 28 g/mol	n = 1g / 28 mol = 0,0357 g/mol		P = n * R * T / V
O2 = 32 g/mol	 n = 1g / 32mol = 0,03125 g/mol
Pressão parcial de N2:
P = 0,0357 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 0,87 / 2 = 0,439 atm
Pressão parcial de O2 
P = 0,03125 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 0,7691 / 2 = 0,384 atm
Pressão total de N2 + O2:
Pt = 0,823 atm
Porcentagem do N2:			Porcentagem do O2:
0,823 atm ------- 100			0,823 atm ------- 100
0,439 atm ------- X				0,384 atm ------- X
X = 43,9 / 0,823 = 53,34%			X = 38 / 0,823 = 46,65 %
c) 1 g de CH4 e 1 g de NH3 
CH4 = 16 g/mol	n = 1g / 16 mol = 0,0625 g/mol		P = n * R * T / V
NH3 = 17 g/mol	 n = 1g / 17mol = 0,0588 g/mol
Pressão parcial de CH4:
P = 0,0625 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 1,538 / 2 = 0,769 atm
Pressão parcial de NH3:
P = 0,0588 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 1,447 / 2 = 0,723 atm
Pressão total de NH3 + CH4:
Pt = 1,492 atm
Porcentagem do Ch4:			Porcentagem do NH4:
1,492 atm ------- 100			1,492 atm ------- 100
0,769 atm ------- X				0,723 atm ------- X
X = 76,9 / 1,492 = 51,54%			X = 72,3 / 1,492 = 48,45 %
d) 1 g de H2 e 1 g de Cl2 
H2 = 2 g/mol		n = 1g / 2 mol = 0,5 g/mol			P = n * R * T / V
Cl2 = 70 g/mol	 n = 1g / 70 mol = 0,0412 g/mol
Pressão parcial de H2
P = 0,5 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 12,30615 / 2 = 6,153 atm
Pressão parcial de Cl2:
P = 0,0412 mol * 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 300,15K / 2L
P = 0,349 / 2 = 0,174 atm
Pressão total de H2 + Cl2:
Pt: 6,327 atm
Porcentagem do H2:			Porcentagem do Cl2:
6,327 atm ------- 100			6,327 atm ------- 100
6,153 atm ------- X				0,174 atm ------- X
X = 615,3 / 6,327 = 97,24%		X = 17,4 / 6,327 = 2,75 %
5	– Um bulbo de 138,2 mL de volume contém 0,6946 g de gás a 756,2 Torr e 100ºC. Qual a massa molar do gás? 
V = 138,2 mL = 0,1382 L			n = P * V / R *T
m = 0,6936 g					M = m / n
P = 756,2 Torr = 0,995 atm
t = 100°C = 373,15K
n = 0,995 atm * 0,1382 L / 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 373,15K
n = 0,137 / 30,598 = 0,00449 mols
M = 0,6949 / 0,00449 = 154,76 g/mol
6	– Uma amostra de C2H6 é queimada num volume de ar suficiente para fornecer o dobro da quantidade de oxigênio necessária para queimar o C2H6 completamente a CO2 e H2O. Qual a composição (fração molar) da mistura gasosa após a queima completa do etano? Assume que toda a água presente está na fase vapor e que o ar possui 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio e 1% de argônio. 
Reagentes				 Produtos
C2H6(g) + 7/2O2(g) + N2(g) + Ar(g)	 2CO2(g) + 3H2O(g) + N2(g) + Ar(g)
78% de N2		nitrogênio e argônio não entram na mistura.
21% de O2		7mols de O2 ------- 21%			7mols de O2---- 21%
1% de Ar		x mols de N2 ------ 78%			x mols de Ar ----- 1%
			x = 546 / 21 = 26 mols de N2		x = 0,333 mols de Ar
nt = 3,5 + 26 + 2 + 3 + 0,33 = 34,83 mols	X = n / nt
3,5 mols de O2		X CO2 = 2 mol / 34,83 mol = 0,054 (5,74%)
26 mols de N2		X H2O = 3 mol / 34,83 mol = 0,0861 (8,61%)
0,333 mols de Ar		X N2 = 26 mol / 34,83 mol = 0,746 (74,64%)
2 mols de CO2		X Ar = 0,333 mol / 34,83 mol = 0,0095 (0,95%)
3 mols de H2O
7	– Sabe-se que uma amostra gasosa é mistura de etano e butano. Um bulbo de 200,0 cm3 de capacidade é preenchido com o gás a uma pressão de 100 kPa a 20ºC. Se o peso do gás no bulbo é 0,3846 g, qual é a percentagem molar de butano na mistura? 
Etano = M C2H6 = 30 g/mol		t = 20°C = 293,15K
Butano = M C4H10 = 58 g/mol		P = 100 kPa = 0,986 atm
n = P*V / R*T				V = 200 cm³ = 0,2 L
						mE + mB = 0,3846 g
n = 0,986 atm * 0,2L / 0,082 atm * L * mol-1 * K-1 * 293,15K
n = 0,197 / 24,03 = 0,00819 mols
nE +nB = 0,00819 mols
mE + mB = 0,00819 	mE + mB = 0,00819 	 (fazer m.m.c. de 30 e 58)
				30 58
				58 mB + 30 mE = 14,2506	 (corta denominador)
					1740	 1740
Método da adição 		58 mB + 30 mE = 14,2506
			(-58)	 mE + mB	 0,3846
				58 mB + 30 mE = 14,2506
				-58 mB – 58 mB	-22,3058
					 - 28 mB = - 8,0562	(-1)
				 28 mB = 8,0562
					 mB = 8,0562 / 28 = 0,287 g
X B = nB / nt					nB = mB / M
X B = 0,00494 mol / 0,00891 mol 	nB = 0,287 g / 58 mol = 0,00494 g/mol
X B = 0,60 (60%).
8	– Reduzindo-se à quarta parte a pressão exercida sobre 400 mL de ar, qual o novo volume, à temperatura constante, em mL? 
P1*V1/T1 = P2*V2/T2		V = 400 mL = 0,4L
P1*V1 = P2*V2			Po * Vo = Pf * Vf
					Po * 0,4 = (Po/4) * Vf
					1 * 0,4 = (1/4) * 4
					0,4 = Vf / 4
					Vf = 0,4 * 4
					Vf = 1,6 ou 1600mL
9	– Se um certo gás contido em um compartimento e exercendo pressão de 10 cmHg foi comprimido de maneira a ocupar um vigésimo do seu volume inicial, qual será a pressão final (temperatura constante)? 
P = 10 cmHg 		P1*V1/T1 = P2*V2/T2	P1*V1 = P2*V2
10 * 1 = P2 * 1/20
P2 = 10 / 1 / 20
Reorganizando: 	P2 = 10 * 20 / 1 = 200 cmHg
4 – A pressão total de uma mistura de oxigênio e hidrogênio é 1,00 atm. Após se inflamar a mistura, a água formada é retirada. O gás restante é hidrogênio puro e exerce uma pressão de 0,40 atm, quando medido nas mesmas condições de T e V da mistura original. Qual era a composição original da mistura (% molar)? 
P = 1 atm		pi = xi * p		O2 = 0,5 * 2 = 1	H2 = 1 * 2 = 2
							
H2 + 1/2O2 + H2 		H2O + H2		O2 + H2 = 1 + 2 = 3 mols 
3 mol ------------- 0,6 atm		3 mol ------------- 0,6 atm
1 mol de O2 ----------- X			2 mol de H2 ----------- X
X = 0,6 / 3 = 0,2 (20%)		X = 1,2 /3 = 0,4 
somando H2(0,4) do produto, mais o H2(0,4) excedente.
0,4+0,4 = 0,8 (80%).