Química – Frente IV – Físico-química
Prof. Vitor Terra
Lista 03 – Gases – Misturas Gasosas
RESUMO
EXERCÍCIO DE REVISÃO
Todas as misturas gasosas são HOMOGÊNEAS!
Não importa a natureza nem a quantidade dos gases
misturados.
12g de hidrogênio (H2) e 32g de metano (CH4)
foram misturados em um recipiente de 50 L. A mistura
exerce pressão de 4 atm. Determine, para cada um dos
componentes:
Número de mols de gás em uma mistura gasosa:
𝒏𝑻 = 𝒏𝑨 + 𝒏 𝑩 + 𝒏𝑪 + ⋯
a) a fração molar;
Pressão parcial de um gás em uma mistura: pressão que
esse gás exerceria sozinho se estivesse ocupando o
mesmo volume da mistura, na mesma temperatura.
Lei de Dalton das Pressões Parciais: a pressão total
exercida por uma mistura gasosa é igual à soma das
pressões parciais de cada componente.
𝑷𝑻 = 𝑷𝑨 + 𝑷𝑩 + 𝑷𝑪 + ⋯
b) a pressão parcial, em atm;
c) o volume parcial, em L;
Mistura de gases A, B, C...
PA, PB, PC ... : pressões parciais dos
componentes da mistura
PT : pressão total da mistura
d) a porcentagem em volume;
Volume parcial de um gás em uma mistura: volume que
esse gás ocuparia sozinho se estivesse sob a mesma
pressão da mistura, na mesma temperatura.
Lei de Amagat dos Volumes Parciais: o volume total
ocupado por mistura é igual à soma dos volumes parciais
de cada componente.
e) a porcentagem em massa;
𝑽𝑻 = 𝑽𝑨 + 𝑽𝑩 + 𝑽𝑪 + ⋯
Determine também:
Mistura de gases A, B, C...
VA, VB, VC ... : volumes parciais dos
componentes da mistura
VT : volume total da mistura
f)
𝑷𝑨 𝑽𝑨 𝒏𝑨
=
=
= 𝑿𝑨
𝑷𝑻 𝑽𝑻 𝒏𝑻
a densidade da mistura, em g/L;
g) a temperatura da mistura, em K;
XA é a fração molar do gás A
CUIDADO! Não aplique a equação de Clapeyron para um
componente de uma mistura gasosa da seguinte forma:
PAVA = nART. Isso está errado!
h) a massa molar média da mistura, em g / mol.
O correto seria: PAV = nART ou PVA = nART
(P é a pressão total, V é o volume total)
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EXERCÍCIOS PROPOSTOS
1. (UEL-PR) Considere a mistura de 0,5 mol de
CH4 e 1,5 mol de C2H6, contidos num recipiente de 30,0
litros a 300 K. A pressão parcial do CH4 em atmosferas é
igual a
a) 1,0
b) 0,82
c) 0,50
d) 0,41
e) 0,10
02. (UFAL) A concentração média do gás nobre
argônio no ar seco é 0,9% em volume. Sendo assim, a
pressão parcial desse gás em um cilindro contendo ar
comprimido exercendo pressão cem vezes superior à
pressão atmosférica ao nível do mar é de
a) 0,009 atm
b) 0,09 atm
c) 0,9 atm
d) 9 atm
e) 90 atm
3. (UFPE) Um frasco de 22,4 L contém 2,0 mol de
H2‚ e 1,0 mol de N2, a 273,15 K (R= 0,082 atm.L.K-1.mol-1).
Portanto, podemos afirmar que:
( ) as frações molares de H2‚ e N2 são 2/3 e 1/3,
respectivamente;
( ) as pressões parciais de H2‚ e N2 são 2,0 atm e 1,0
atm, respectivamente;
( ) a pressão total no vaso é de 3,0 atm;
( ) ao comprimirmos os gases até a metade do volume
inicial do frasco, teremos uma pressão final de 1,5 atm;
( ) os gases H2‚ e N2‚ possuem densidades diferentes e,
por isso, não se misturam.
6. (Vunesp) Qual é a pressão, em atmosferas,
exercida por uma mistura de 1,0 g de H2 e 8,0 g de He
contida em um balão de aço de 5,0 L a 27 °C?
Massas atômicas: H = 1; He = 4.
Constante dos gases: R = 0,0821 atm L / (mol K)
7. (UFPE) O ideal é que a pressão parcial do
oxigênio no pulmão seja de 0,20 atm. Um mergulhador,
que está sujeito a altas pressões, deve dosar o gás que
respira para manter a pressão parcial do oxigênio neste
valor. Se ele estiver mergulhando a uma profundidade
onde a pressão seja de 2,5 atm, qual deve ser a fração
molar de oxigênio numa mistura oxigênio/nitrogênio para
que ele possa respirar sem dificuldades?
8. (UFRN) Uma mistura gasosa, num recipiente de
10 L, contém 28 g de nitrogênio, 10 g de dióxido de
carbono, 30 g de oxigênio e 30 g de monóxido de carbono,
a uma temperatura de 295 K. A alternativa que apresenta
o valor da pressão parcial do nitrogênio é:
a) 2,27 atm
b) 2,42 atm
c) 2,59 atm
d) 2,89 atm
e) 4,82 atm
9. (Enem) A adaptação dos integrantes da
seleção brasileira de futebol à altitude de La Paz foi muito
comentada em 1995, por ocasião de um torneio, como
pode ser lido no texto abaixo.
“A seleção brasileira embarca hoje para La Paz, capital da
Bolívia, situada a 3.700 metros de altitude, onde disputará
o torneio Interamérica. A adaptação deverá ocorrer em um
prazo de 10 dias, aproximadamente. O organismo
humano, em altitudes elevadas, necessita desse tempo
para se adaptar, evitando-se, assim, risco de um colapso
circulatório.”
(Adaptado da revista Placar, edição fev. 1995.)
4. (Unesp) Sabendo-se que o volume molar de
um gás nas condições normais de pressão e temperatura
(CNPT) é igual a 22,4 L e que R = 0,082 atm L / (mol K), o
maior número de moléculas está contido em 1,0 L de:
A adaptação da equipe foi necessária principalmente
porque a atmosfera de La Paz, quando comparada à das
cidades brasileiras, apresenta:
a) H2, nas CNPT
b) N2, nas CNPT
c) H2, a -73 °C e 2 atm
d) H2, a 27 °C e 1 atm
e) uma mistura equimolar de H2 e N2, a 127 °C e 1,5 atm
a) menor pressão e menor concentração de oxigênio.
b) maior pressão e maior quantidade de oxigênio.
c) maior pressão e maior concentração de gás carbônico.
d) menor pressão e maior temperatura.
e) maior pressão e menor temperatura.
5. (UFRGS) Se o sistema representado abaixo for
mantido a uma temperatura constante e se os três balões
possuírem o mesmo volume, após se abrirem as válvulas
A e B, a pressão total nos três balões será:
10. (UFC-CE) Considere um recipiente de 10 L
contendo um mistura gasosa de 0,20 mol de metano, 0,30
mol de hidrogênio e 0,40 mol de nitrogênio, a 25 °C.
Admitindo-se o comportamento do gás ideal, pede-se:
a) a pressão, em atmosferas, no interior do recipiente.
b) as pressões parciais dos componentes.
a) 3 atm
b) 4 atm
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c) 6 atm
d) 9 atm
e) 12 atm
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11. (UFPE) Em um recipiente fechado de volume
constante, contendo 0,5 mol de CO2‚ e 0,2 mol de NO2,
adiciona-se N2‚ até completar 0,3 mol. Identifique, dentre
os gráficos a seguir, o que melhor representa o que
acontece com as pressões total e parciais no interior do
recipiente durante a adição do nitrogênio.
12. (FEI-SP) A mistura gasosa ciclopropanooxigênio pode ser usada como anestésico. Sabendo-se
que as pressões parciais do ciclopropano C3H6 e do
oxigênio O2 na mistura são respectivamente iguais a
160mmHg e 525mmHg, a relação entre suas
correspondentes massas é:
Massas molares: C3H6 = 42 g/mol; O2 = 32 g/mol
a) 160/525
b) 42/32
c) 2/5
d) 160/685
e) 2/7
13. (UFRJ) As figuras, a seguir, mostram dois
balões iguais e as condições de temperatura e pressão a
que eles estão submetidos. O balão A contém 41 litros de
oxigênio puro, e o B contém uma mistura de oxigênio e
vapor d’água (oxigénio úmido).
14. (Unicamp - Adaptada) A Química está
presente em toda atividade humana, mesmo quando não
damos a devida atenção a isso... Esta história narra um
episódio no qual está envolvido um casal de policiais
técnicos, nossos heróis, famosos pela sagacidade, o casal
Mitta: Dina Mitta, mais conhecida como "Estrondosa" e
Omar Mitta, vulgo "Rango". A narrativa que se segue é
ficção. Qualquer semelhança com a realidade é pura
coincidência.
Observando o local do incêndio, nossos heróis
perceberam que aquele não era o lugar ideal para guardar
nem medicamentos, nem reagentes destinados ao
laboratório de análises da empresa. Apesar disso, o local
era considerado o mais seguro e, como também era
refrigerado, fora o escolhido. Destruição geral! Como a
explosão fora seguida de incêndio e de outras explosões,
o teto e as janelas foram destruídos, e a chuva, apesar de
ajudar a extinguir o fogo, também causou estragos.
Examinando com cuidado o local, Rango
observou várias garrafas e garrafões quebrados além de
uma estante metálica caída e uma geladeira destruída...
Preso aos cacos de um garrafão de 5 litros pôde ler num
rótulo: "Éter etílico". O volume do almoxarifado foi
estimado em 82 metros cúbicos. - E se o éter de 5
garrafões, contendo 4kg de éter, cada um, houvesse se
evaporado naquela sala?... - perguntou-se Rango.
Considerando o conteúdo de cinco garrafões, qual
a pressão parcial aproximada do éter (C4H10O) que
evaporou no almoxarifado, supondo que ele tivesse se
distribuído
uniformemente
e
considerando
as
propriedades de gás ideal? Constante universal dos gases
= 0,082 atm.L.K-1mol-1. Temperatura = 27°C.
15. (PUCCAMP) A pressão do ar em uma cabine
de avião a jato que voa a 10.000 m de altitude equivale à
pressão do ar atmosférico a aproximadamente 2.400 m de
altitude, além de ser mais seco. Considerando tais
informações é possível concluir que a pressão parcial do
oxigênio no ar dentro da cabine:
I. é maior do que a pressão parcial que esse gás exerce
no ar externo à cabine a 10.000 m de altitude.
II. pode ser calculada pelo emprego da expressão:
pressão parcial de O2 = fração em mol de O2 × pressão
total do ar.
III. é igual à pressão parcial desse gás no ar a 2.400 m de
altitude.
É correto afirmar SOMENTE
a) I
b) II
c) III
d) I e II
e) II e III
a) Quantas moléculas de oxigênio existem no balão A?
b) Qual dos dois balões é o mais pesado? Justifique sua
resposta.
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16. (ITA) Temos um recipiente com N2 puro e
outro com O2 puro. Volumes e pressões iniciais estão
assinalados no esquema abaixo:
21. (Fuvest) Na respiração humana o ar inspirado
e o ar expirado têm composições diferentes. A tabela a
seguir apresenta as pressões parciais, em mmHg, dos
gases da respiração em determinado local.
Abrindo a torneira que separa os dois gases e
mantendo a temperatura, a pressão interna estabiliza-se
no valor de:
a) 6,00 atm
d) 2,50 atm
b) 3,00 atm
e) 2,17 atm
c) 2,60 atm
17. (IME-RJ) Borbulha-se oxigênio através de
uma coluna de água e, em seguida, coletam-se 100 cm³
do gás úmido a 23 °C e 1,06 atm. Sabendo que a pressão
de vapor da água a 23 °C pode ser considerada igual a
0,03 atm, calcule o volume coletado de oxigênio seco nas
CNPT.
18. (PUC-SP) Uma mistura de N2 e vapor de água
foi introduzida a 20 °C num recipiente que continha um
agente secante. Imediatamente após a introdução da
mistura, a pressão era 750 mmHg. Depois de algumas
horas, a pressão atingiu o valor estacionário de 735
mmHg. Pedem-se:
a) a composição em porcentagem molar da mistura
original;
b) o volume do frasco, sabendo-se que o agente secante
aumenta seu peso em 0,150 g e que o volume ocupado
pelo agente secante pode ser desprezado.
19. (UFBA) Um mergulhador utiliza um cilindro de
15 L, provido de válvula reguladora, que contém uma
mistura gasosa de composição volumétrica igual a 68% N2
e 32% O2, à pressão de 200 atm. Considerando-se que o
mergulhador permanece por 36 minutos à profundidade
de 30 m; que, durante todo o procedimento do mergulho,
a temperatura é de 25 °C; e que, ao retornar à superfície,
a pressão no cilindro é de 50 atm, determine, em L/min, o
consumo de oxigênio no período em que o mergulhador
esteve a 30 m de profundidade, submetido à pressão de 4
atm. Considere desprezível o consumo de oxigênio
durante a descida e a subida do mergulhador.
20. (Unicamp) 1,0 litro de nitrogênio líquido, N2(ℓ),
foi colocado num recipiente de 30,0 litros, que foi
imediatamente fechado. Após a vaporização do nitrogênio
líquido, a temperatura do sistema era 27°C.
a) Qual a massa de nitrogênio colocada no recipiente?
b) Qual a pressão final dentro do recipiente? Considere
que a pressão do ar, originalmente presente no recipiente,
é de 1,0 atm.
Dados: densidade do N2(ℓ) a -196°C = 0,81 g/cm3;
massa molar do N2=28g/mol; R=0,082atm.ℓ/K.mol.
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Qual é o valor de x, em mmHg?
a) 12,4.
b) 31,7.
c) 48,2.
d) 56,5.
e) 71,3.
22. (Unicamp) Algumas misturas gasosas podem
ser importantes em ambientes hospitalares, assim como
na prática de esportes, como mergulho autônomo a
grandes
profundidades.
Uma
dessas
misturas,
denominada Trimix, contém 16 % de oxigênio, 24 % de
hélio e 60 % de nitrogênio (porcentagem em volume).
Suponha um cilindro de Trimix mantido à temperatura
ambiente e a uma pressão de 9000 kPa.
a) Escreva as fórmulas dos gases da mistura.
b) Qual é a pressão parcial do hélio no cilindro? Mostre os
cálculos.
c) Qual é a massa molar média da mistura? Mostre os
cálculos.
Dado: R = 8,3 kPa L mol-1 K-1.
23. (Unesp) A maior parte dos mergulhos
recreativos é realizada no mar, utilizando cilindros de ar
comprimido para a respiração. Sabe-se que:
I. O ar comprimido é composto por aproximadamente
20 % de O2 e 80 % de N2 em volume.
II. A cada 10 metros de profundidade, a pressão aumenta
de 1 atm.
III. A pressão total a que o mergulhador está submetido é
igual à soma da pressão atmosférica mais a da coluna de
água.
IV. Para que seja possível a respiração debaixo d'água, o
ar deve ser fornecido à mesma pressão a que o
mergulhador está submetido.
V. Em pressões parciais de O2 acima de 1,2 atm, o O2 tem
efeito tóxico, podendo levar à convulsão e morte.
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A profundidade máxima em que o mergulho pode ser
realizado empregando ar comprimido, sem que seja
ultrapassada a pressão parcial máxima de O2, é igual a:
a) 12 metros.
b) 20 metros.
c) 30 metros.
d) 40 metros.
e) 50 metros.
24. (Unesp) Uma mistura de 4,00 g de H2 gasoso
com uma quantidade desconhecida de He gasoso é
mantida nas condições normais de pressão e temperatura.
Se uma massa de 10,0 g de H2 gasoso for
adicionada à mistura, mantendo-se as condições de
pressão e temperatura constantes, o volume dobra.
Calcule a massa de He gasoso presente na
mistura.
25. (Fuvest) Os humanos estão acostumados a
respirar ar com pressão parcial de O2‚ próxima de
2,1.104 Pa, que corresponde, no ar, a uma porcentagem
(em volume) desse gás igual a 21%. No entanto, podem
se adaptar a uma pressão parcial de O 2‚ na faixa de
(1 a 6).104 Pa, mas não conseguem sobreviver se
forçados a respirar O2‚ fora desses limites.
a) Um piloto de uma aeronave, em uma cabine
não pressurizada, voando a uma altitude de 12 km, onde
a pressão atmosférica é de 2,2.104 Pa, poderá sobreviver
se a cabine for alimentada por O2‚ puro? Explique.
b) Um mergulhador no mar, a uma profundidade
de 40m, está sujeito a uma pressão cinco vezes maior do
que na superfície. Para que possa sobreviver, ele deve
respirar uma mistura de gás He com O2, em proporção
adequada. Qual deve ser a porcentagem de O 2, nessa
mistura, para que o mergulhador respire um "ar" com a
mesma pressão parcial de O2‚ existente no ar da
superfície, ou seja, 2,1×104 Pa? Justifique.
Obs.: O He substitui com vantagem o N2.
5. Considere o volume de cada balão como V.
Calcule o número de mols de H2 e He em cada um dos
balões (vai ficar em função de V, T e R, as pressões são
conhecidas. Depois da abertura das válvulas, o que
acontece com o número total de mols de gás? Qual vai ser
o volume ocupado pela mistura dos gases?
8. Note que a mistura tem quatro componentes,
daria algum trabalho calcular a pressão parcial do N2 pela
pressão total e pela fração molar do N2. Basta utilizar a
definição de pressão parcial: é a pressão que os 28g de
N2 exerceriam caso estivessem ocupando sozinhos o
volume de 10L a 295 K.
9. A pressão atmosférica total diminui com o
aumento da altitude. A fração molar do oxigênio
permanece a mesma. O que acontece com a pressão
parcial e a concentração do oxigênio?
11. O volume e a temperatura permanecem
constantes, logo a pressão parcial de cada componente é
diretamente proporcional ao número de mols de cada
componente. A pressão total é diretamente proporcional
ao número total de mols de gás. O que acontece com o
número de mols de N2, CO2, NO2 e o total?
12. A razão entre as pressões parciais é igual à
razão entre os números de mols (por quê?). Usamos
n = m/M para encontrar a razão entre as massas.
13. b) Os dois balões possuem o mesmo volume
e estão sob mesmas condições de pressão e temperatura.
O que podemos afirmar, segundo o Princípio de
Avogadro? Quais moléculas são mais pesadas: as de O2
ou as de H2O?
15. Fora da cabine, a fração molar de oxigênio é a
mesma, mas a pressão total de ar é menor.
A pressão total do ar no interior da cabine é igual
a pressão total do ar a 2400m, mas o ar é mais seco no
interior da cabine, ou seja, a fração molar do vapor d’água
na cabine é menor. O que podemos afirmar sobre a fração
molar do oxigênio na cabine? Como as pressões totais
são as mesmas, o que podemos afirmar sobre a pressão
parcial do oxigênio na cabine?
DICAS
Tente fazer o exercício primeiro antes de olhar
as dicas.
2. A concentração em volume do argônio
(VAr /VTotal) é igual à fração molar do argônio (XAr). Lembrese de que a pressão atmosférica no nível do mar é 1 atm.
3. 22,4 L é o volume de 1 mol de gás a 1 atm e
273K. Se a mistura tem 3 mols de gás e está ocupando
22,4 L a 273K, qual deve ser a pressão total exercida por
ela? (Essa dica é para evitar contas desnecessárias)
16. Veja a dica da questão 5. O que vai mudar
nesse caso é que o volume dos balões será diferente, mas
o raciocínio pra resolver é o mesmo (isso vale pra boa
parte dessas questões envolvendo balões).
17. Podemos aplicar a Lei de Dalton: a soma da
pressão parcial do oxigênio mais a pressão parcial de
vapor d’água é igual a pressão total do gás úmido.
Sabendo a pressão parcial do oxigênio, o volume ocupado
por ele e a temperatura em que ele se encontra, como
encontrar o volume ocupado pela mesma quantidade de
oxigênio nas CNTP?
4. Pela equação de Clapeyron, n = PV / RT. Como
V e R são constantes (o volume é igual a 1 L em todos os
casos), basta ver qual dos gases possui a maior razão
P/T (lembrando que T deve estar em Kelvin!).
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18. a) A pressão parcial do N2 é igual a pressão
depois que todo o vapor d’água foi absorvido pelo agente
secante. Sabendo a pressão total da mistura (pressão
antes de introduzir o agente secante), podemos encontrar
a fração molar do N2.
b) O aumento de massa do agente secante
corresponde à massa de vapor d’água originalmente na
mistura. Com isso, encontramos o número de mols de
água, então o número total de mols, e então aplicamos a
equação de Clapeyron.
19. Para encontrar a taxa de consumo de
oxigênio, devemos considerar que ele está sendo
consumido sob pressão de 4 atm. Sabendo a diferença
entre a pressão inicial e a pressão final no cilindro,
podemos encontrar o número de mols de O2 consumidos
e então o volume que ele vai ocupar a 4 atm. Como a
temperatura é igual a 25°C tanto dentro quanto fora do
cilindro, podemos deixa-la indicada (assim como a
constante R) que eles vão cortar.
21. A pressão total do ar inspirado é igual a
pressão total do ar expirado. Por que isso acontece?
22. c) Uma forma de calcular massa molar média
de uma mistura é calcular a massa total e dividir pelo
número total de mols. Outra forma é fazendo uma média
ponderada das massas molares dos componentes, onde
o peso é dado pelas fracões molares. Qual destas formas
é melhor nesse caso?
5. B
6. P = 12,315 atm
7. XO2 = 0,08 = 8%
8. E
9. A
10. a) P = 2,2 atm
b) PCH4 = 0,489 atm, PH2 = 0,73 atm,
PN2 = 0,978 atm
11. A
12. C
13. a) 3·1024 moléculas
b) O balão A contém apenas moléculas de O2
(massa molar: 32 g/mol). Parte das moléculas do
recipiente B são de H2O (massa molar: 18 g/mol), de
massa molar menor do que as de O2.
Como ambos os balões possuem o mesmo
número de moléculas (pois possuem o mesmo volume e
estão nas mesmas pressão e temperatura), a massa de
gás é maior no balão A.
14. Péter = 0,081 atm
15. D
16. C
17. VO2 = 95 cm³
24. Aplique a equação de Clapeyron duas vezes:
antes e depois da adição de 10g de H2, e divida uma pela
outra.
25. b) Lembre-se de que a porcentagem em
volume do oxigênio (VO2 / VTotal) é igual a PO2 / PTotal a
40 m de profundidade.
18. a) Fração molar do N2: 98%
Fração molar do vapor d’água: 2%
b) V = 10,14 L
19. 5 litros de O2 por minuto (a 30 m de
profundidade com 4 atm de pressão)
GABARITO
20. a) m = 810 g
b) P = 24,72 atm
Exercício de revisão
21. B
a) XH2 = 0,75, XCH4 = 0,25
22. a) O2, He e N2
b) PH2 = 3 atm, PCH4 = 1 atm
b) PHe = 2160 kPa
c) VH2 = 37,5 L, VCH4 = 12,5 L
̅ = 22,88 g/mol
c) M
d) H2: 75%, CH4: 25%
e) H2: 27,27%, CH4: 72,73%
23. E
f)
24. mHe = 12g
d = 0,88 g/L
25. a) O piloto poderá sobreviver, pois o valor da
pressão parcial do O2 (2,2.104 Pa) está dentro
da faixa de valores aceitáveis (entre 104 e
6.104 Pa)
b) 4,2 %
g) T = 304,87 K
̅ = 5,5 g/mol
h) M
Exercícios propostos
1. D
* Supondo que a temperatura permanece constante.
Sem essa informação, nada podemos afirmar.
2. C
3. V V V F* F
4. C
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