Gases ideais e reais - exercícios + resolução

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
1a Lista de Exercícios 
 
 
GASES IDEAIS E REAIS 
 
 
Exercício 1: 
 Trezentos gramas de metano estão confinados em um reservatório de trezentos litros de 
capacidade. Mediante a abertura de uma válvula o gás escapa para a atmosfera até sua pressão igualar-
se à pressão externa. Determinar: a) a pressão inicial do metano; b) a massa de metano que ao final 
restará no reservatório. Admitir a temperatura constante e igual a 38o C. Tomar a pressão atmosférica 
igual a 1,01 bar. 
Resp.: a) 1,61 bar; b) 188 g. 
 
Exercício 2: 
 Um cilindro provido de um pistão contém um gás sob as seguintes condições: P = 1 bar, V = 10 
litros e T = 300 K. a) Qual será o volume ocupado pelo gás se ele expandir-se isotermicamente até ter a 
pressão reduzida à metade? b) Qual será a temperatura final se, a partir do estado inicial, o gás resfriar-
se, a volume constante, até ter sua pressão reduzida à metade do valor inicial? c) Quais serão a 
temperatura e o volume finais se o gás expandir-se isotermicamente, desde o estado inicial, até a 
pressão de 0,75 bar e, a seguir, resfriar-se a volume constante até a pressão de 0,5 bar? d) Quais serão a 
temperatura e o volume finais se o gás, a partir do estado inicial, sofrer um resfriamento isocórico até 
0,75 bar, seguido de uma expansão isotérmica até 0,5 bar? Representar os processos c e d no plano pV. 
Resp.: a) 20 L; b) 150 K; c) 200K e 13,3 L; d) 225 K e 15 L. 
 
Exercício 3: 
 9,1 litros de monóxido de carbono (medidos em CNTP) são introduzidos em um recipiente de 
volume constante e igual a 100 litros. Neste mesmo recipiente colocam-se 26,6 litros de hidrogênio 
(medidos a 25 oC e 1 bar). A mistura, assim obtida, é mantida a 27 oC. A que pressão estará submetida? 
Qual será sua massa específica? 
Resp.: 0,368 bar e 0,135 kg/m3. 
 
Exercício 4: 
 Determinar a massa específica do ar atmosférico seco e do ar atmosférico saturado de vapor de 
água, a 25 oC e sob pressão de 1,01 bar. A pressão de vapor da água nesta temperatura é igual a 23,8 
mm Hg e a composição do ar atmosférico seco e isento de dióxido de carbono é 78,1% de nitrogênio, 
21,0% de oxigênio e 0,9% de argônio. 
Resp.: 1,17 kg/m3. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Exercício 5: 
 A composição de uma mistura de gases ideais, em percentagem ponderal, é a seguinte: 5% de 
hidrogênio, 10% de dióxido de carbono, 30% de nitrogênio e 55% de monóxido de carbono. 
Determinar a composição da mistura em fração molar e percentagem volumar. Calcular a pressão a que 
estão submetidas 5 g desta mistura, encerradas num recipiente de 7 litros, na temperatura de 25oC. 
Resp.: 1,01 bar. 
 
Exercício 6: 
 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 oC observa-se que a pressão no recipiente, 
após atingir valor constante, mantém-se igual a 753,5 mm Hg; b) a 250 oC a pressão estabiliza-se em 
102l,5 mm Hg. 
Resp.: a) 0,452 e b) 0,787. 
 
Exercício 7: 
 A 500 K e sob pressão de l bar a dissociação do cloreto de nitrosila, 2NOCl(g) = 2NO(g) + Cl2 
(g), resulta em mistura gasosa de massa específica igual a 1,302 kg/m3. Determinar o grau de 
dissociação do cloreto de nitrosila, nesta temperatura. 
Resp.: 0,45. 
 
Exercício 8: 
As constantes de van der Waals para dois gases a e b são dadas na tabela abaixo. 
 
Gás a / Pa m6.mol-2 b / 10-6 m3/mol 
CO2 0,21400 42,9 
H2 0,02574 26,6 
 
Responda, justificando: 
a) Qual dos gases possui moléculas maiores? b) Qual dos gases se liquefaz mais facilmente? c) Qual o 
tipo de forças que predominam no comportamento do gás a 100 K e baixas pressões? d) Que relações 
devem satisfazer as temperaturas e pressões dos dois gases para que eles ocupem o mesmo estado 
correspondente? 
Resp.: a) CO2; b) CO2; c) atrativas; atrativas; d) TCO2/TH2 = 5 e PCO2/PH2 = 3. 
 
Exercício 9: 
As coordenadas críticas do etano e do acetileno são dadas na tabela abaixo. Sabe-se que os dois gases, 
sob mesmas condições de T e p, estão igualmente afastados da idealidade, e que o volume molar do 
etano é 1,33 L/mol. Determine o volume molar do acetileno. 
Gás Tc (K) Pc (bar) Vc (cm3/mol) 
Etano 305,4 48,2 148 
Acetileno 308,3 60,6 113 
Resp.: 1,29 L/mol. 
 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
1a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
 
Exercício 10: 
 Qual o volume ocupado por 300 g de dióxido de enxofre, a 200 oC, sob pressão de 30 bar? 
Utilizar a equação de van der Waals, sabendo que as constantes a e b do dióxido de enxofre valem, 
respectivamente: 0,678 J.m3/mol2 e 5,64x10-5 m3/mol. 
Resp.: 5,48 L. 
 
Exercício 11: 
 Um mol de um gás está submetido à pressão de 40 bar, a 25 oC. Determinar o volume molar 
ocupado pelo gás, utilizando a equação dos gases perfeitos e a equação de van der Waals, nos seguintes 
casos: 1) o gás é o neônio [a = 0,0213 J.m3 /(mol)2 e b = 1,7x10-5 m3/mol]; 2) o gás é o metano [a = 
0,228 J.m3 (mol)2 e b = 4,3x10-5 m3/mol]; 3) o gás é o amoníaco [a = 0,421 J.m 3 /(mol)2 e b = 3,7x10-5 
m3/mol]. 
Resp.: 1) 0,628 L/mol; 2) 0,560 L/mol; 3) 0,375 L/mol. 
 
Exercício 12: 
 Seis quilogramas de vapor d'água estão sob pressão de 396 bar, a 387 oC. Qual o volume 
ocupado pela massa de água, calculado pela equação de Redlich-Kwong, nestas condições? 
Resp.: 15,5 L. 
 
Exercício 13: 
 O volume molar do etano, sob pressão de l4,6 bar e na temperatura de 8 oC, vale 1,33 litro. 
Qual será o volume molar do acetileno quando apresentar o mesmo desvio da idealidade? Usar o 
método do fator de compressibilidade. 
Resp.: 1,07 L/mol. 
 
Exercício 14: 
 A pressão exercida por 5,7 moles de metano em um recipiente de 712,5 cm3 de volume, a 50 
oC, tem o valor, medido experimentalmente, de 187 bar. Qual seria o valor da pressão calculada por: a) 
equação dos gases perfeitos; b) equação de van der Waals; c) equação de Redlich-Kwong e d) método 
do fator de compressibilidade? 
Resp.: a) 215 bar; b) 180 bar; c) 189 bar; d) 190,5 bar. 
 
Exercício 15: 
 Em um recipiente de 10 litros de capacidade está comprimida, a 50 bar e 60 oC, uma certa 
massa de dióxido de carbono. O recipiente está ligado através de uma válvula a um outro vaso, 
completamente vazio, com volume de 10 litros. Qual será a pressão nos dois frascos quando a válvula 
for aberta e o CO2 enchendo completamente os vasos, ficar em equilíbrio na temperatura de 60 
oC? 
Resp.: 28,1 bar. 
 
Exercício 16: 
 O fator de compressibilidade de um gás, a 20 oC e para valores da pressão de até 85 bar, é 
expresso por: z = 1 - 6,25x10-3 p + 2,87x10-5 p2, com p em bar. 5,7 moles do gás, ocupando o volume 
de 1,117 litro, expandem-se isotérmicamente a 20 oC, até triplicar o volume que ocupam. Determinar o 
valor da pressão a que o gás está submetido no início e ao término da expansão. 
Resp.: 83,3 bar e 33,6 bar. 
 
 
UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE 
Departamento de Físico-Química 
Físico-Química I – Turma 3as e 5as - tarde – Prof. Raphael Cruz 
1a Lista de Exercícios 
 
 
 
 
 
Exercício 17: 
 Uma mistura de 3 kg de etano, 2 kg de propano e 4 kg de butano é comprimida até 35 bar, a 
160 oC. Estimar o volume ocupado pela mistura, utilizando o método do fator de compressibilidade. 
Resp.: 0,185 m3. 
 
Exercício 18: 
 Dez moles de mistura de propano e butano ocupam o volume de 9,67 litros, sob pressão de 30 
bar e na temperatura de 450 K. Determinar o volume ocupado pela mistura quando a pressão for igual 
a 60 bar e a temperatura 550 K. 
Resp.: 6,17x10-3 m3. 
 
Exercício 19: 
 A pressão de equilíbrio da dissociação do cloreto de amônio, 
 NH4Cl(s) = NH3 (g) + HCl(g), 
a 315 oC, é igual a 21 bar.