FUP - Faculdade UnB Planaltina
Disciplina: Energia e Dinâmica das Transformações Químicas
Professor: Alex Fabiano C. Campos
DADOS
Sempre que julgar necessário, utilize os valores de constantes e fatores de conversão a seguir:
R = 0,082 atm.L / mol.K = 62,3 mmHg.L / mol.K = 8,314 J / mol.K
2
1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 101325 N / m
M(H) = 1 g/mol; M(He) = 4 g/mol; M(C) = 12 g/mol; M(O) = 16 g/mol.
1. Redija um parágrafo sobre a Teoria Cinética dos Gases, discutindo suas principais suposições e
aplicações.
2. Quais são as principais variáveis de estado de um gás? Defina cada uma delas e destaque as principais
unidades de medida a elas relacionadas.
3. Conceitue transformação gasosa. Descreva as leis físicas dos gases, caracterizando-as por meio de
gráficos.
4. Partindo das leis físicas dos gases, deduza a equação de estado dos gases ideais e a equação geral dos
gases ideais. Em quais condições cada equação pode ser aplicada.
5. Partindo da definição formal de densidade, deduza a expressão para o cálculo da densidade no caso
dos gases ideais.
6. A partir da equação deduzida na questão anterior, discuta como um balão aberto tripulado pode
ascender ou descender na atmosfera. E no caso de um dirigível? Especifique as condições de todas as
variáveis de estado em cada caso.
7. Conceitue pressão parcial e escreva a expressão matemática que permite calculá-la para um gás ideal.
8. Conceitue efusão gasosa e deduza a equação de Graham.
9. Em uma sala fechada foram abertos simultaneamente três frascos, que continham NH3, SO2 e H2S,
respectivamente. Uma pessoa em uma posição eqüidistante dos frascos sentirá o odor dos gases em
que ordem? Justifique.
10. Conceitue difusão gasosa. Explique o principal fator que a influencia?
11. Conceitue livre caminho médio. Explique os principais fatores que o influenciam?
12. Explique as condições em que um gás real comporta-se mais aproximadamente a um gás ideal.
13. Escreva a equação de van der Waals para um gás real. Compare-a com a equação de estado dos
gases ideais e explique a que se relacionam as diferenças.
14. Num frasco de 4,5 L encontram-se 144 g de O2 a temperatura de 27 ºC. Calcule a pressão exercida
pelas moléculas no frasco.
15. Calcule a massa molar de um gás ideal X, desconhecido, sabendo-se que 0,8 g desse gás ocupa um
volume de 1,12 L a 273 ºC e 2 atm.
2
16. A pressão interna do pneu de certa bicicleta era inicialmente de 18 lb/pol a 25 °C. Após algumas
horas em movimento, a temperatura do ar no interior desse pneu foi a 40 °C. Nessas condições, calcule
a nova pressão do ar no interior do pneu. Considere que não houve vazamento de ar e que a variação de
volume do pneu tenha sido desprezível.
17. 0,15 mol de CO2, 0,25 mol de CH4 e 0,40 mol de O2 são colocados em um balão de vidro com 41 L de
capacidade mantido a –23 °C. Calcule:
a) a pressão da mistura em atmosferas; b) as pressões parciais de cada gás em atmosferas.
18. Temos um balão contendo CO e outro contendo He,
cujos volumes e pressões iniciais estão assinalados no
esquema a seguir:
Abre-se a torneira e os gases misturam-se. Calcule:
a) a pressão total da mistura;
b) as pressões parciais;
19. (PUC – SP) Comparando-se as densidades dos gases a seguir, nas mesmas condições de temperatura
e pressão, qual deles é o melhor para encher um balão que deve subir na atmosfera?
a) CO2
b) O3
c) N2
d)Cl2
e) CH4
20. Uma massa fixa de gás ideal foi submetida a uma série de transformações conforme descrito no
gráfico abaixo. Usando seus conhecimentos sobre as leis físicas dos gases julgue os itens.
10
8
Volume / L
6
A
C
4
T2
2
B
T1
0
0
2
4
6
Pressão / atm
8
10
(1) A transformação de B para C é
isobárica.
(2) A temperatura T2 é menor que a
temperatura T1.
(3) Sob temperatura T1, o volume
ocupado pelo gás a 10 atm é de 500
mL.
(4) Na transformação de A para B, a
energia cinética média das moléculas
do gás permaneceu constante.
(5) Sob temperatura T2, a pressão
exercida pelas moléculas do gás
quando estas ocupam um volume de
20L é de 1atm.
21. As extremidades A e B de um tubo aberto são fechadas simultaneamente com algodão embebido
em NH3(aq) e HCl(aq) , como mostra a figura abaixo. Depois de certo tempo forma-se numa região do
interior do tubo uma névoa branca constituída por NH4Cl(s) coloidal, proveniente da reação
NH3(g) + HCl(g)  NH4Cl(s)
Supondo que o tubo tenha 24 cm de comprimento, a névoa branca forma-se aproximadamente a
que distância da extremidade A?
3
22. Um caminhão tanque com capacidade de 12,3 m transportava etano gasoso, sob uma temperatura
de –23 °C, quando se envolveu numa colisão contra um muro. Verificou-se uma queda de pressão de 0,6
atm em decorrência da perda de gás para o ambiente. Admitindo-se que no acidente a temperatura do
sistema se manteve constante, calcule a massa de etano perdida no ambiente.
23. Um frasco aberto contendo gás NO2, inicialmente a 27 °C, é aquecido a 127 °C. Calcule a relação
entre a quantidade de matéria contida no frasco antes e depois do aquecimento.
24. Uma mistura de 4,00 g de H2 gasoso com uma quantidade desconhecida de He é mantida nas
5
condições normais de temperatura e pressão (273,15 K; 10 Pa). Se uma massa de 10,0 g de hidrogênio
for adicionada à mistura nas mesmas condições de temperatura e pressão anteriores, o volume dobra.
Calcule, em gramas, a massa de He presente na mistura.
25. Objetivando-se determinar a massa molar de um líquido, um técnico de laboratório adicionou 5 g
deste em um balão de vidro, inicialmente vazio, de capacidade igual a 380 mL, massa de 100 g, sob
pressão atmosférica local de 1 atm. O recipiente foi tampado com uma rolha contendo um pequeno
orifício e levado a uma estufa cuja temperatura foi mantida em 107 °C. Quando não mais se percebeu
líquido dentro do balão, o mesmo foi retirado da estufa e deixado esfriar até a temperatura ambiente.
Após o resfriamento, formou-se um líquido no interior do balão. O sistema foi pesado e acusou uma
massa de 101,85 g. Determine a massa molar do líquido.
26. A pressão de uma amostra de fluoreto de hidrogênio está mais baixa que a esperada e sobe mais
depressa, à medida que a temperatura aumenta, do que é previsto pela lei dos gases ideais. Sugira uma
explicação.
27. Usando a equação de estado dos gases ideais, calcule a pressão exercida por 1 mol de gás carbônico
a 298 K quando limitado a um volume de:
a) 15,0 L
b) 0,500 L
c) 50,0 mL
Repita os cálculos anteriores utilizando a equação de van der Waals. O que indicam esses cálculos sobre
a precisão das leis dos gases ideais para o CO2?
2
2
Dados: Parâmetros de van der Waals para o CO2: a = 3,640 L atm/mol e b = 0,04267 L/mol.
28. Usando a equação de estado dos gases ideais, calcule a pressão exercida por 1 mol de gás carbônico
em um recipiente de 1 L sob temperatura de:
a) 300 K
b) 800 K
c) 2000 K
Repita os cálculos anteriores utilizando a equação de van der Waals. O que indicam esses cálculos sobre
a precisão das leis dos gases ideais para o CO2?
2
2
Dados: Parâmetros de van der Waals para o CO2: a = 3,640 L atm/mol e b = 0,04267 L/mol.
29. Além da equação de van der Waals, outras abordagens foram propostas no sentido de se considerar
os desvios do comportamento ideal. Uma delas foi a equação de Berthelot:
p
RT
a

2
V  b TV ,
em que a e b são parâmetros empíricos constantes. Comparando-a com a equação de van der Waals,
em qual consideração na correção dos desvios do comportamento ideal elas diferem: no volume próprio
das moléculas ou nas atrações intermoleculares? O que a equação de Berthelot traz de novo nesse
sentido? Explique.
30. Em situações de baixas pressões, a equação de Berthelot assume a forma:
V
em que a e b são constantes. Exprima
 V

 T

RT
a
b
p
RT 2 ,

 utilizando:

p
a) a equação de Berthelot para regime de baixas pressões; e
b) a equação de estado dos gases ideais.
Compare os resultados obtidos em termos da Lei de Charles e discuta as diferenças observadas.
31. O que é a temperatura de Boyle? Explique.
32. Considere que para certo gás o fator de compressibilidade possa ser escrito com boa aproximação
por:
Z  1
1 
a
b 
RT 
RT

 p.

Sabendo que para esse gás Z = 1,00054 (a 298 K e 1 atm) e a temperatura de Boyle vale TB = 107 K, faça
uma estimativa dos valores das constantes a e b.
-5
33. O livre caminho médio das moléculas de nitrogênio (N2) a 0 °C e 1 atm é 0,80 x 10 cm. Nestas
19
3
condições, existem 2,7 x 10 moléculas por cm . Calcule o diâmetro molecular.
-10
34. O diâmetro molecular do oxigênio (O2) é 2,9 x 10 m. Resolva:
5
a) calcule o livre caminho médio do oxigênio sob pressão de 1,01 x 10 Pa e 300 K. Interprete
fisicamente seu resultado; e
b) se a velocidade média de uma molécula de oxigênio for tomada como 450 m/s, qual a frequência
média de colisões por segundo de uma molécula típica? Interprete fisicamente seu resultado.
35. A partir da equação da lei de distribuição estatística de Maxwell, demonstre que a velocidade mais
provável é dada pela equação vmp 
2 RT
.
M