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UFSC – Departamento de Química
QMC 5119 – Introdução ao Laboratório de Química
EXPERIÊNCIA 06: DETERMINAÇÃO DA MASSA MOLAR DE UM GÁS
1. Comportamento dos gases
Ao se examinar o comportamento experimental de diversos parâmetros de
diferentes gases, através das medidas de volume, pressão, temperatura e quantidade de
matéria, observa-se um desvio do comportamento que seria esperado para um gás que é
denominado de “gás ideal”. Neste último a relação pV/nRT deve ser igual a 1 (um). A
Figura 1 ao lado mostra a razão
(pV/nRT) em função da pressão para
diferentes gases na temperatura de
200 K. O valor para um
comportamento ideal, que obedece a
equação pV = nRT, seria igual a
unidade (Constante dos gases ideiais:
R = 0,082 atm L mol-1 K-1). É
importante
notar
que
o
comportamento de gás ideal restringese, como pode ser verificado na
Figura 1, apenas para pressões muito
baixas. Outra condição para tal
comportamento é a de temperaturas
altas. Localize na Figura 1 a linha reta
que corresponderia ao comportamento
de um gás ideal. No experimento a ser
realizado, as condições de pressão e
Figura. 1: pV/nRT em função da pressão para
diferentes gases reais na temperatura de 200 K
temperatura permitem considerar o
comportanmento como o de um gás ideal.
2. Pré-laboratório
1) Veja um link na internet, com simulações em java, sobre gases ideais
http://www.walter-fendt.de/ph14br e procure no item Termodinâmica, o link Processos
Especiais de um Gás Ideal. Faça um breve comentário.
2) Conforme o procedimento inicial descrito no item 3.1 (Determinação da massa molar
de um gás), você considera que poderia determinar a massa molar de outros gases, por
exemplo NH3 e SO2, utilizando água? Explique a sua resposta.
3. Procedimento experimental
3.1 Determinação da massa molar de um gás
Pese um isqueiro. Antes disso, pense o porquê deste procedimento e escreva sua
opinião para discutir com o professor.
Massa do isqueiro: _________ g
Uma proveta deve ser totalmente preenchida com água e invertida numa bacia
com água até 2/3 de seu volume. Segure a proveta com uma das mãos.
Uma das extremidades de um tubo de borracha
deve ser colocado no interior da proveta e a outra
extremidade conectada a um isqueiro de gás, conforme
ilustrado na figura ao lado. Atenção! Retire toda a água
que possa estar contida no tubo de borracha. Peça
ajuda ao monitor para isso. Quando a válvula do
isqueiro for aberta, pressionando levemente o botão, gás
butano (C4H10) será liberado, deslocando a água do
interior da proveta. Libere o gás vagarosamente, para
evitar o congelamento do gás na saída do isqueiro.
Figura 2. Esquema de coleta do gás
butano
Obs: Verifique se as janelas do laboratório estão abertas.
Transfira uma quantidade de gás, suficiente para que os níveis de água dentro e
fora da proveta fiquem iguais. Deste modo, as pressões interna (devido ao gás e à
pressão de vapor da água) e externa (pressão atmosférica) serão iguais. Responda: por
que a pressão interna e externa precisam ser iguais?
Leia o volume do gás na proveta.
Volume de gás: _______ mL
Nota: Se a conexão do tubo ao isqueiro apresentar vazamento, seus resultados
apresentarão erros.
Pese o isqueiro, após transferir uma massa de gás para o interior da proveta.
Caso o isqueiro esteja molhado, use uma toalha de papel para secá-lo antes da pesagem.
massa do isqueiro após transferir gás para o interior da proveta
_______ g
massa do gás transferido
_______ g
temperatura em que foi feito o experimento
_______ °C
Quanto ao valor da pressão atmosférica, será considerado o valor de 1,00 atm.
Com a temperatura devidamente verificada, observe a Tabela 1 a seguir e
verifique a pressão de vapor de água em função da temperatura observada. Anote o
valor para o seu experimento.
Tabela 1. Variação da pressão de vapor de água com temperatura (1 atm = 760 mmHg)
Temperatura (°C)
Pressão (mmHg)
Temperatura (°C)
Pressão (mmHg)
15
12,8
23
21,1
16
13,16
24
22,4
17
14,5
25
23,8
18
15,5
26
25,2
19
16,5
27
26,7
20
17,5
28
28,8
21
18,6
29
30,0
22
19,8
30
31,8
Pressão de vapor da água: ________ atm
A pressão medida em comparação com a atmosférica e considerada igual a 1
atm, deve ser as contribuições do gás e do vapor de água. Assim, calcule a pressão do
gás no interior da proveta, que deve ser, com valores em atm:
P(gás) = 1 - P(vapor de água)
Utilizando a equação geral dos gases pV = nRT e lembrando que a quantidade
de matéria (n) é igual a razão da massa pela massa molar, pode-se calcular a massa
molar do gás.
3.2 Determinação do teor de carbonato
(i) Curva padrão para determinação do teor de carbonato
A determinação do teor de carbonato em uma amostra será feita através da
reação dessa amostra com uma solução aquosa de ácido clorídrico (HCl(aq)), de acordo
com a seguinte equação:
Na2CO3(s) + 2 HCl(aq)  2NaCl(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Monte o sistema como indicado na Figura 3
ao lado, sendo o isqueiro substituído por um
kitassato, onde será feita a reação de uma
determinada quantidade de carbonato de sódio
sólido com solução de ácido clorídrico.
Encha a proveta de 250 mL com água e
mantenha-a de boca para baixo, de maneira a não
entrar ar.
Figura 3. Esquema de coleta do gás
CO2.
Transfira, com cuidado, 20,0 mL de solução aquosa 6 mol L-1 de HCl para o
kitassato e tampe-o com a rolha de borracha. Atenção! Tenha cuidado ao trabalhar com
a solução de ácido clorídrico, evitando que ela seja derramada nas bordas do kitassato
Para a construção da curva de calibração, siga as orientações do professor, de
acordo com a seguinte tabela:
Responsáveis
pela medida
Dupla 1
Dupla 2
Dupla 3
Dupla 4
Dupla 5
Dupla 6
Dupla 7
Dupla 8
Dupla 9
Dupla 10
Dupla 11
Dupla 12
Massa de
Na2CO3 (g)
Massa
pesada de
Na2CO3 (g)
Média das
massas
pesadas (g)
Volume de
CO2 (mL)
Média dos
volumes de
CO2 (mL)
0,1
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Pese a quantidade de amostra de carbonato de sódio (indicada pelo professor,
seguindo as orientações da Tabela 2), num pedaço de papel fornecido pelo monitor,
embrulhe-o e transfira o conjunto para o interior do kitassato. Verifique se a outra
extremidade da mangueira está dentro da proveta de 250 mL. Gentilmente coloque a
bolinha de papel com o carbonato de sódio dentro do kitassato.
Feche rapidamente o kitassato com a rolha de maneira que o gás desprendido
seja transferido para o interior da proveta. Esta operação deve ser efetuada com muito
cuidado para evitar a perda do gás produzido durante a reação.
Anote a temperatura da água e leia o volume do gás carbônico contido no
interior da proveta.
temperatura:
_______ oC
volume de gás no interior da proveta:
_______ mL
Atenção: descarte o resíduo da reação no local indicado no laboratório e lave
todo o material utilizado nesta etapa.
Com as médias das massas pesadas e as médias dos volumes obtidos, construa
no papel milimetrado a curva de calibração, que servirá como base para a determinação
do teor de carbonato na amostra desconhecida.
(ii) Determinação do teor de carbonato em amostra desconhecida
Obtenha a amostra desconhecida com o monitor/professor. Essa amostra
consiste em uma mistura de carbonato de sódio e areia.
Repita o procedimento realizado, agora utilizando uma massa de 0,50 g da
amostra com teor de carbonato desconhecido.
Anote o volume de CO2 produzido.
volume de gás no interior da proveta:
_______ mL
1. Considerando o gráfico obtido na etapa anterior, determine a quantidade de
carbonato presente na amostra desconhecida.
2. Considerando a contribuição da pressão de vapor da água e utilizando a equação
dos gases ideais, calcule a quantidade de matéria (n) de CO2 formado na reação.
4. Observações para o relatório:
1. Calcule a massa molar do butano, a partir dos dados experimentais que você obteve e
compare esse valor experimental com o valor calculado a partir das massas atômicas de
cada componente da molécula e determine o erro relativo.
2. Calcule a quantidade de matéria (n) de carbonato de sódio contido nas amostras
adicionadas no kitassato, a partir da leitura do volume do gás produzido, da temperatura
do experimento, da pressão do gás e da massa da amostra utilizada.
3. Comente sobre possíveis erros (considere a possivel reação entre o gás liberado com
a água) nos procedimentos (i) e (ii).
Atenção: Você deve estudar desde a Experiência 01 até a Experiência 06 para realizar a
primeira prova. Pergunte ao seu professor onde será a sala para esta prova.
Boa prova.
Questões a serem consideradas:
1. Na primeira parte do experimento você teve que deixar os níveis de água dentro e
fora da proveta iguais. Pergunta-se:
a) Por que você teve que efetura este procedimento?
b) A unidade de pressão no SI (Sistema Internacional) é Pascal, equivalente a N/m 2.
Dessa forma, como você explica utilizar a relação de pressão de 1 atm como 760 mm de
Hg, já que mm é unidade para comprimento.
2. Por que você deve subtrair a pressão de vapor água nos dois sistemas estudados? O
erro experimental é relevante ou não se você considerar a pressão dentro da proveta
como sendo apenas devido à presença do gás? Explique.