química EXTENSIVO -­‐ MANHÃ GASES Lista de exercícios
1. (Unicamp 2015) Notícia 1- Vazamento de gás oxigênio nas dependências do Hospital e Maternidade São
Mateus, Cuiabá, em 03/12/13. Uma empresária que atua no setor de venda de oxigênio disse ao Gazeta Digital que
o gás não faz mal para a saúde. “Pelo contrário, faz é bem, pois é ar puro...”.
Adaptado de http://www.gazetadigital.com.br/conteudo/show/secao/9/materia/405285. Acessado em 10/09/2014.
Notícia 2- Vazamento de oxigênio durante um abastecimento ao pronto-socorro da Freguesia do Ó, zona norte de
São Paulo, em 25/08/14. Segundo testemunhas, o gás que vazou do caminhão formou uma névoa rente ao chão. O
primeiro carro que pegou fogo estava ligado. Ao ver o incêndio, os motoristas de outros carros foram retirar os
veículos...
Adaptado de http://noticias.r7.com/sao-paulo/cerca-de-40-pacientes-sao-transferidos-apos-incendio-em-hospital-dazona-norte-26082014. Acessado em 10/09/2014.
Ficha de informações de segurança de uma empresa que comercializa esse produto.
a) Levando em conta as informações fornecidas na questão, você concorda ou discorda da declaração da
empresária na notícia 1? Justifique sua resposta.
b) Após o vazamento descrito na notícia 2, motoristas tentaram retirar os carros parados, mas não tiveram êxito na
sua tentativa. Qual deve ter sido a estratégia utilizada para que eles não tenham tido êxito? Justifique, do ponto
de vista químico, a razão pela qual não deveriam ter utilizado essa estratégia.
2. (Unifesp 2015) Um professor de química realizou com seus alunos um experimento utilizando tubos de ensaio,
balões de borracha, solução de peróxido de hidrogênio e iodeto de potássio. Em cada um dos tubos de ensaio
foram colocados 11,3 g de solução de peróxido de hidrogênio, e somente em um deles foi adicionado o catalisador
iodeto de potássio. Em seguida, os balões de borracha foram fixados, simultaneamente, nas bocas dos dois tubos.
Após determinado tempo, observou-se um aumento de temperatura em ambos os tubos, mas os volumes coletados
de gás foram bem diferentes, conforme mostram as figuras.
1
H2O2 (aq) → H2O( l ) + O2 (g)
2
a) Considerando que a reação no tubo 2 foi completa, que o volume de gás coletado no balão de borracha foi de
1,2L a 300K e 1atm, e utilizando R = 0,08 atm ⋅ L ⋅ K −1 ⋅ mol−1, calcule o teor percentual de H2O2 , em massa,
presente na solução de peróxido de hidrogênio.
b) No gráfico a seguir, trace duas curvas, uma referente à reação ocorrida no tubo 1 e a outra referente à reação
ocorrida no tubo 2. Identifique as curvas.
3. (Ufg 2014) Em um experimento, 90 cm3 de um gás são injetados em uma proveta submersa, de modo que o
nível do gás em seu interior tenha a mesma altura que a água da cuba, conforme esquema apresentado a seguir. O
experimento ocorre a 29°C. A massa do gás injetado é de 203 mg.
Dados: Pressão de vapor da H2O a 29 °C = 30 mmHg
R = 0,082 atm ⋅ L ⋅ mol−1 ⋅ K −1
Considerando o exposto, determine a massa molar do gás em questão e escreva a fórmula estrutural plana de um
dos isômeros do gás.
4. (Uftm 2013) Considere o gráfico, que relaciona a pressão atmosférica com a altitude.
a) Considerando que a composição do ar se mantenha constante com a altitude e que o ar tenha comportamento
de gás ideal, calcule o valor aproximado do quociente:
(densidade do ar a 10 °C em São Paulo)
(densidade do ar a 10 °C em La Paz)
Mostre como obteve esse valor.
b) Considere duas garrafas contendo água mineral, proveniente de mesma fonte e à mesma temperatura,
gaseificada artificialmente com gás carbônico, CO2 . Uma dessas garrafas foi aberta em Aracaju (SE), cidade
localizada no nível do mar, e a outra foi aberta em Ouro Preto (MG), cidade localizada em região serrana. Indique
se a concentração de CO2 dissolvido na água da garrafa aberta em Aracaju é maior, menor ou igual à
concentração desse gás na água da garrafa aberta em Ouro Preto. Justifique sua resposta.
5. (Unicamp 2013) Na década de 1960, desenvolveu-se um foguete individual denominado “Bell Rocket Belt", que
fez grande sucesso na abertura das Olimpíadas de 1984.
Simplificadamente, esse foguete funciona à base da decomposição de peróxido de hidrogênio contido no
compartimento 2, onde ele é estável. Abrindo-se a válvula 3, o peróxido de hidrogênio passa para o compartimento
4, onde há um catalisador. Nesse compartimento, o peróxido se decompõe muito rapidamente, de acordo com a
equação abaixo:
H2O2 ( l ) → H2O ( g ) + ½ O2 ( g );
ΔH = −54 kJ mol−1
Com base nessas informações, responda:
a) No funcionamento do dispositivo há liberação ou absorção de energia? Justifique.
b) Considerando a decomposição total de 68 quilogramas de peróxido de hidrogênio contidos no dispositivo,
quantos metros cúbicos de gases são produzidos? Leve em conta que nas condições de uso do dispositivo o
3
-1
volume molar gasoso é de 0,075 m mol .
6. (Fuvest 2012)
Uma estudante de Química realizou um experimento para investigar as velocidades de difusão dos gases HCl e
NH3. Para tanto, colocou, simultaneamente, dois chumaços de algodão nas extremidades de um tubo de vidro,
como mostrado na figura acima. Um dos chumaços estava embebido de solução aquosa de HCl (g), e o outro, de
solução aquosa de NH3(g). Cada um desses chumaços liberou o respectivo gás. No ponto de encontro dos gases,
dentro do tubo, formou-se, após 10 s, um anel de sólido branco ( NH4 Cl ), distante 6,0 cm do chumaço que liberava
HCl (g).
a) Qual dos dois gases, desse experimento, tem maior velocidade de difusão? Explique.
b) Quando o experimento foi repetido a uma temperatura mais alta, o anel de NH4 Cl (s) se formou na mesma
posição. O tempo necessário para a formação do anel, a essa nova temperatura, foi igual a, maior ou menor do
que 10 s? Justifique.
c) Com os dados do experimento descrito, e sabendo-se a massa molar de um dos dois gases, pode-se determinar
a massa molar do outro. Para isso, utiliza-se a expressão
velocidade de difusão do NH3 (g)
massa molar do HCl
=
velocidade de difusão do HCl (g)
massa molar do NH3
Considere que se queira determinar a massa molar do HCl . Caso o algodão embebido de solução aquosa de
NH3 (g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que libera HCl (g) (e não simultaneamente), como
isso afetará o valor obtido para a massa molar do HCl ? Explique.
7. (Ime 2012) Na figura, uma solução concentrada de HCl , contida em A, é gotejada sobre zinco sólido em B. Um
dos produtos dessa reação escoa para C, onde é completamente consumido na reação com o vapor de uma
substância simples, cujo elemento pertence à família 17. O produto da reação ocorrida em C é um gás incolor. A
válvula V permite somente o escoamento no sentido de B para C. O recipiente C possui volume de 1,0 L, é mantido
a 100°C durante todo o processo e contém inicialmente 0,05 mol da substância simples supracitada.
Observações:
— os volumes das conexões e tubulações devem ser desconsiderados;
— a substância presente inicialmente em C é um líquido marrom-avermelhado à temperatura ambiente.
Determine:
a) as reações que ocorrem em B e C, identificando o estado físico de cada uma das substâncias envolvidas.
b) o número máximo de mols do produto da reação em B que pode escoar para C, sem que a pressão neste exceda
2,0 atm, se a extremidade D for fechada.
8. (Fuvest 2012)
A um recipiente, contendo solução aquosa de ácido sulfúrico, foi adicionada uma massa m de carbonato de sódio.
Imediatamente após a adição desse sal, foi adaptado, à boca do recipiente, um cilindro de raio r, no interior do qual
um êmbolo, de massa desprezível, pode se deslocar sem atrito. Após algum tempo, o carbonato de sódio foi
totalmente consumido, e o gás liberado moveu o êmbolo para cima. Nessa transformação, o ácido sulfúrico era o
reagente em excesso.
a) Escreva a equação química balanceada que representa a transformação que ocorreu dentro do recipiente.
b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio. A massa
de carbonato de potássio utilizada nesse segundo experimento também foi m. A altura atingida pelo êmbolo foi a
mesma nos dois experimentos? Explique. (Considere desprezível a variação de temperatura no sistema).
c) Escreva a expressão matemática que relaciona a altura x, atingida pelo êmbolo, com a massa m de carbonato de
sódio. Para isso, considere que
- a solubilidade do gás, na solução, é desprezível, e não há perda de gás para a atmosfera;
- nas condições do experimento, o gás formado se comporta como um gás ideal, cujo volume é dado por V =
nRT/P, em que:
P = pressão do gás
n = quantidade de matéria do gás (em mol)
R = constante universal dos gases
T = temperatura do gás (em K)
Observação: Use a abreviatura MM para representar a massa molar do carbonato de sódio.
Gabarito:
Resposta da questão 1:
a) Não concordo. O ar que respiramos é composto por, aproximadamente, 20% de gás oxigênio e 80% de gás
nitrogênio. O gás que vazou é 100% puro, ou seja, deve ser inalado em quantidades controladas.
A inalação de gás oxigênio puro pode levar ao desequilíbrio do metabolismo.
b) A estratégia utilizada para que eles não tenham tido êxito foi o fato dos motoristas terem tentado tirar os carros
com os motores ligados.
O gás vazou e como o oxigênio (32g / mol) é mais denso do que o ar ( ≈ 29g / mol) ficou próximo ao solo
favorecendo a combustão e o incêndio do primeiro carro que estava ligado (já que o gás oxigênio acelera
vigorosamente a combustão). Se os outros motoristas tentassem ligar seus carros iniciariam novas combustões.
Resposta da questão 2:
a) Utilizando a equação de estado de um gás ideal, vem:
P× V = n×R× T
P = 1 atm
V = 1,2 L
n = 0,082 atm ⋅ L ⋅ mol−1K −1
T = 300 K
1× 1,2 = nO2 × 0,082 × 300
nO2 = 0,05 mol
1
O2
2
0,5 mol
H2O2 → H2O +
34 g
mH2O2
0,05 mol
mH2O2 = 3,4 g
11,3 g
3,4 g
100 % (solução)
pH2O2
pH2O2 = 30 %
b) Identificação das curvas:
Resposta da questão 3:
Ppressão exercida pelo gás = Ptotal - Pvapor da água
P = 760 − 30 = 730 mmHg
1 atm
760 mmHg
x
730 mmHg
x = 0,960 atm
V = 90 cm3 = 90 mL = 0,090 L
T = 29 + 273 = 302 K
0,960 × 0,090 = n × 0,082 × 302
n = 3,49 × 10 −3 mol ≈ 3,5 × 10 −3 mol
m
m
0,203 g
n= ⇒M=
=
= 58 g / mol
M
n 3,5 × 10−3 mol
Fórmula estrutural plana de um dos isômeros do gás (C4H10 = 58) :
Resposta da questão 4:
a) Teremos:
P×M
R×T
P×M
P×M
dSP =
; dLP =
R×T
R×T
0,92 × M
dSP
0,92
R×T
=
=
= 1,4
dLP 0,65 × M 0,65
R×T
d=
b) A concentração de CO2 será maior em Aracaju, pois esta cidade se encontra em nível do mar, onde a pressão
atmosférica é maior do que em Ouro Preto e consequentemente ocorrerá menor escape de gás.
Resposta da questão 5:
a) No funcionamento do dispositivo há liberação de energia (reação exotérmica), pois o sinal do ΔH é negativo,
ou seja, a variação de entalpia é negativa.
b) Teremos:
1H2O2 ( l ) → 1H2O ( g ) + ½ O2 ( g )
34 g
1,5 mol de gases
34 g
68 × 103 g
1,5 × 0,075 m3
Vgases
Vgases = 225 m3
Resposta da questão 6:
a) De acordo com a figura, o anel de NH4Cl se forma a 6,0 cm da extremidade do algodão com HCl e a 9,0 cm
da extremidade do algodão com NH3 . Quanto maior a distância, maior a velocidade do gás no tubo, concluí-se
que o NH3 é o gás que apresenta maior velocidade de difusão.
b) Quanto maior a temperatura, maior a velocidade de difusão das moléculas e a velocidade da reação.
Consequentemente o anel de será formado num tempo menor do que 10 s.
c) Caso o algodão embebido de solução aquosa de NH3 (g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que
libera HCl (g) (e não simultaneamente) o anel de NH4Cl será formado a uma distância maior da extremidade do
algodão embebido com NH3 dando a impressão de que a velocidade de difusão do HCl é menor do que a
verdadeira. De acordo com a expressão matemática fornecida, quanto menor a velocidade de difusão, maior a
massa molar. Consequentemente, a massa molar do HCl parecerá maior do que a verdadeira.
Resposta da questão 7:
a) Na figura, uma solução concentrada de HCl , contida em A, é gotejada sobre zinco sólido em B. A reação que
ocorre em B é a seguinte: 2HCl (conc) + Zn(s) → H2 (g) + ZnCl 2 (aq) .
A substância presente inicialmente em C é um líquido marrom-avermelhado (substância simples, cujo elemento
pertence à família 17) à temperatura ambiente, ou seja, trata-se do bromo líquido (Br2 ) que passa para a forma
de vapor. A reação que ocorre em C na presença de gás hidrogênio é a seguinte: H2 (g) + Br2 (v) → 2HBr(g) .
b) A pressão não deve exceder 2 atm (C possui volume de 1,0 L, é mantido a 100°C), então:
P× V = n×R× T
2 × 1 = n × 0,082 × (100 + 273)
n = 0,065565 mol
Inicialmente existe 0,05 mol de Br2 (v), logo:
nmáximo = n − 0,05 mol = 0,065565 mol − 0,05 mol = 0,015565 mol
nmáximo = 0,015565 mol = 1,56 × 10 −2 mol
Resposta da questão 8:
a) Teremos:
Carbonato de sódio + ácido sulfúrico, então:
Na2CO3(s) + H2SO4(aq) → H2 O( l ) + CO2(g) + Na2 SO4(aq)
b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio, então:
K 2CO3(s) + H2SO4(aq) → H2 O( l ) + CO2(g) + K 2 SO4(aq) As massas molares do Na2CO3 e K 2CO3 são diferentes.
Como as massas não foram fornecidas, devemos lembrar que, na tabela periódica, a massa atômica do potássio
é maior do que a do sódio, pois o potássio, na família IA, está abaixo do sódio.
Concluí-se que a massa molar do K 2CO3 (MM' ) é maior do que Na2CO3 (MM) .
Para uma mesma massa m dos dois compostos, teremos:
MM' > MM
m
m
; nK 2CO3 =
MM
MM'
> nK 2CO3
nNa2CO3 =
nNa2CO3
Como a quantidade de gás carbônico formada varia de acordo com o número de mols de Na2CO3 e K 2CO3 ,
concluí-se que o número de mols de gás carbônico ( CO2 ) formado na reação com carbonato de sódio ( Na2CO3 )
é maior do que na reação com carbonato de potássio ( K 2CO3 ).
nNa2CO3(s) + _ H2SO4(aq) → _ H2O( l ) + nCO2(g) + _ Na2SO4(aq)
n'K 2CO3(s) + _ H2SO4(aq) → _ H2O( l ) + n'CO2(g) + _ K 2SO4(aq)
A altura atingida pelo êmbolo não será a mesma, pois dependerá da quantidade de gás carbônico liberada.
c) O volume do cilindro pode ser dado por: Volume = área da base ( π × (raio)2 ) x altura (x)
V = π × r 2 × x . Como o volume é dado por volume é dado por V = nRT/P, teremos:
n×R× T
m
V=
; n=
P
MM
n×R× T
m R×T
2
π×r × x =
⇒ π × r2 × x =
×
P
MM
P
m×R× T
x=
MM × P × π × r 2