Gases Ideais – Parte 2 Por Luís Cícero 1 Uma garrafa de 1,5 litro, inicialmente aberta, indeformável e seca, foi fechada com uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atm e a temperatura, de 27C. Em seguida, essa garrafa foi colocada ao sol e, após certo tempo, a temperatura em seu interior subiu para 57C e a tampa foi arremessada pelo efeito da pressão interna. a) Que tipo de transformação de estado ocorreu com o gás dentro da garrafa? b) Qual era a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à expulsão da tampa plástica? c) Qual a pressão no interior da garrafa após a saída da tampa? Justifique 2 Qual a temperatura a que deve ser aquecido um recipiente aberto a fim de que 1/3 do gás que ele encerra, à 27C, seja expulso do recipiente? 3 Em um recipiente aberto à atmosfera com capacidade volumétrica igual a 2,4 litros, nas C NTP, colocou-se uma massa de 0,36 g de grafite. Fechou-se o recipiente e, com o auxilio de uma lente, focalizando a luz solar sobre o grafite, iniciou-se sua reação com o oxigênio presente produzindo apenas gás carbônico. Assuma que todo o oxigênio presente tenha sido consumido na reação. a) Qual a quantidade de gás carbônico formado na reação? b) Qual será a pressão dentro do recipiente quando o sistema for resfriado ate a temperatura inicial? Justifique. 4 Um cilindro contendo gás oxigênio puro teve pressão reduzida de 2,60 atm para 2,0 atm, em 47,0 min, devido a um vazamento através de um pequeno orifício existente. Quando cheio com outro gás, à mesma pressão inicial, levou 55,1 min para que a pressão caísse outra vez ao valor de 2,0 atm. Determine a massa molecular do segundo gás. Considere que ambos os processos foram isotérmicos e que os gases, nessas condições de pressão e temperatura, apresentam comportamento ideal. 5 Num recipiente de 500 mL são introduzidos 62,5 mL de metano, medidos a 102 o C e 2,0 atm de pressão, e 400 mL de oxigênio, medidos a 27 o C e 1,5 atm de pressão. Processa-se a reação com formação de gás carbônico e água e verifica-se a existência de excesso de oxigênio. Quando a temperatura se estabiliza em 27 o C, estando a água na fase líquida , verifica-se, que a pressão do gás carbônico é 0,20 atm e a pressão total da mistura é de 1,0 atm. Qual a proporção entre os volumes dos gases participantes da reação, referida a mesma temperatura e pressão.
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Gases Ideais – Parte 2
Por Luís Cícero
1 Uma garrafa de 1,5 litro, inicialmente aberta, indeformável e seca, foi fechada com
uma tampa plástica. A pressão ambiente era de 1,0 atm e a temperatura, de 27C. Em
seguida, essa garrafa foi colocada ao sol e, após certo tempo, a temperatura em seu
interior subiu para 57C e a tampa foi arremessada pelo efeito da pressão interna.
a) Que tipo de transformação de estado ocorreu com o gás dentro da garrafa?
b) Qual era a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à
expulsão da tampa plástica?
c) Qual a pressão no interior da garrafa após a saída da tampa? Justifique
2 Qual a temperatura a que deve ser aquecido um recipiente aberto a fim de que 1/3
do gás que ele encerra, à 27C, seja expulso do recipiente?
3 Em um recipiente aberto à atmosfera com capacidade volumétrica igual a 2,4 litros,
nas C NTP, colocou-se uma massa de 0,36 g de grafite. Fechou-se o recipiente e, com o
auxilio de uma lente, focalizando a luz solar sobre o grafite, iniciou-se sua reação com
o oxigênio presente produzindo apenas gás carbônico. Assuma que todo o oxigênio
presente tenha sido consumido na reação.
a) Qual a quantidade de gás carbônico formado na reação?
b) Qual será a pressão dentro do recipiente quando o sistema for resfriado ate a
temperatura inicial? Justifique.
4 Um cilindro contendo gás oxigênio puro teve pressão reduzida de 2,60 atm para 2,0
atm, em 47,0 min, devido a um vazamento através de um pequeno orifício existente.
Quando cheio com outro gás, à mesma pressão inicial, levou 55,1 min para que a
pressão caísse outra vez ao valor de 2,0 atm. Determine a massa molecular do segundo
gás. Considere que ambos os processos foram isotérmicos e que os gases, nessas
condições de pressão e temperatura, apresentam comportamento ideal.
5 Num recipiente de 500 mL são introduzidos 62,5 mL de metano, medidos a 102 oC e
2,0 atm de pressão, e 400 mL de oxigênio, medidos a 27 oC e 1,5 atm de pressão.
Processa-se a reação com formação de gás carbônico e água e verifica-se a existência
de excesso de oxigênio. Quando a temperatura se estabiliza em 27 oC, estando a água
na fase líquida , verifica-se, que a pressão do gás carbônico é 0,20 atm e a pressão
total da mistura é de 1,0 atm. Qual a proporção entre os volumes dos gases
participantes da reação, referida a mesma temperatura e pressão.
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6 20,0 litros de hidrogênio, medidos a 27 oC e a 700 mm de mercúrio, foram
misturados a 15 L de oxigênio medido a 57 oC e 770 mm de Hg. A seguir, provocou-se a
formação de água por meio de uma faísca elétrica. No final, verificou-se a existência de
35 L de vapor de água e 8,75 L de oxigênio em excesso, ambos medidos a 147 oC e 560
mm de Hg. Demonstrar com base na teoria atômico-molecular e na lei de Avogadro,
que o número de átomos na molécula de oxigênio é par. (Não são conhecidas as
fórmulas das substâncias).
7 Um balão esférico, contendo gás hélio, é solto no nível do mar, num local onde a
temperatura é de 27,0 oC. O balão sobe, mantendo-se em equilíbrio térmico com o ar
atmosférico, até atingir uma altitude onde a pressão atmosférica é 90 % da pressão ao
nível do mar e a temperatura do ar é de –3,0 oC. Qual a relação entre os raios do balão,
ao nível do mar e na altitude considerada?
8 Dois gases ideais, G1 e G2, estão contidos em recipientes rígidos, ligados por um tubo
longo de seção reta igual a 3,00 cm2.
G1 G2
Os gases inicialmente com volumes iguais a 1,00103 cm3 e temperaturas iguais a 27,0
oC, são separados por um embolo que pode se mover sem atrito. Suponha que a
temperatura de G1 aumente de 20 oC e a de G2 diminua também de 20 oC. Sabendo-se
que durante essa transformação o êmbolo se move no tubo longo, determine o
deslocamento que ele sofre.
9 Um gás se encontra em equilíbrio no interior de um cilindro vertical, ocupando um
volume de 5,0 L. O cilindro é provido de um embolo móvel, sem atrito, de massa m =
6,0 kg e de área A = 20 cm2. Coloca-se um novo embolo idêntico ao primeiro, sobre o
conjunto e, restabelecido o equilíbrio, o volume ocupado pelo gás passa a ser 4,0 L.
Sabendo-se que a temperatura do gás permaneceu constante durante a experiência,
determine o valor da pressão atmosférica local (considere g = 10 m/s2).
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10 No sistema abaixo, têm-se inicialmente um gás ideal no balão 1 de volume V1 = 9V2
sob pressão de 1atm, enquanto o balão 2 de volume V2 e o balão 3 de volume V3 = 9V1
estão evacuados, e, todos estão em uma mesma temperatura. Abre-se a torneira e
deixa-se o gás passar para o balão 2 e quando o equilíbrio é atingido feixa-se esta
torneira . A seguir abre-se a outra torneira e deixa-se o gás difundir-se para o balão 3,0
até o equilíbrio ser atingido. Sendo que durante toda a transformação a temperatura
permaneceu constante, determine:
Em qual dos balões existirá menor quantidade de matéria do gás;
Qual a relação entre as pressões nos balões 2 e 3.
11 Sabe-se que uma amostra gasosa é misturada de etano e butano. Um bulbo de
200,0 cm3 de capacidade é preenchido com gás a uma pressão de 100,0 kPa a 20,0 ºC.
Se o peso do gás no bulbo é 0,3846 qual é a porcentagem molar do butano na mistura?
12 Uma amostra de oxigênio e hidrogênio é analisada passando-se sobre óxido de
cobre aquecido e através de um tudo secador. O hidrogênio reduz o CuO de acordo
com a equação:
CuO + H2 Cu + H2O
O oxigênio, então reoxida o cobre formado: Cu + ½ O2 CuO ; 100,0 cm3 da mistura,
medidos a 25ºC e 750 torr, fornecem 84,5 cm3 de oxigênio seco, medidos a 25ºC e 750
torr depois de passar pelo CuO e pelo agente secante. Qual é a composição original da
mistura?
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13 Uma mistura gasosa de hidrogênio e um composto A está contida em um recipiente
de 10,0 L, sob pressão de 0,74 atm e temperatura de 27 ºC. Posteriormente, adiciona-
se ao recipiente a quantidade estequiométrica de oxigênio para a combustão
completa da mistura, que gera 17,6 g de CO2. Quando a mistura de produtos é
resfriada a 27 ºC, o valor da pressão se reduz a 2,46 atm. A análise elementar revelou
que A é formado por carbono e hidrogênio. Sabe-se, ainda, que o composto A é
gasoso a 25°C e 1 atm. Considerando que os gases se comportam idealmente.
Determine a fórmula molecular de A e as pressões parciais de A e de hidrogênio nas
condições iniciais do problema.
14 A um reator de 16 L de capacidade, contendo 1 L de um líquido não-volátil e uma
certa quantidade de um gás inerte não-solúvel, são adicionados dois gases puros e
insolúveis A e B, que reagem entre si segundo a reação irreversível: A(g) + B(g) → C(g)
Considerando que o reator é mantido a 300 K durante a reação, que no instante inicial
não há composto C no reator e utilizando os dados da tabela abaixo, determine a
pressão total no reator ao término da reação.
15 Uma amostra de 0, 512 g de uma liga metálica Al-Zn reage com HCl, recolhendo-se
o gás formado. Após a total dissolução da amostra, o gás recolhido é seco, resfriado e
submetido a um processo de compressão representado pela reta AB no diagrama PV.
Sabendo que a temperatura máxima ao longo do processo de compressão é 298 K,
determine o teor de alumínio nesta amostra. Considere que o gás se comporta
idealmente.
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16 No equipamento esquematizado na figura abaixo, as torneiras A, B e C estão
inicialmente fechadas. O compartimento 1 de volume 2,00 L contém oxigênio sob
pressão de 1,80 atm. O compartimento 2 contém nitrogênio. O compartimento 3 de
volume 1,00 L contém nitrogênio e uma certa quantidade de sódio metálico.
Executam-se, então, isotermicamente, as três operações descritas a seguir:
1ª) mantendo a torneira A fechada, abrem-se B e C e faz-se o vácuo nos recipientes 2 e
3, sem alterar a quantidade de sódio existente em 3;
2ª) fecham-se B e C e abre-se A, constatando que, após atingir o equilíbrio, o
manômetro M1 indica uma pressão de 1,20 atm;
3ª) fecha-se A e abre-se B, verificando que, atingido o equilíbrio, o manômetro M2
indica uma pressão de 0,300 atm. Finalmente, fecha-se a torneira B e eleva-se a
temperatura do recipiente 3 até 77,0 oC, quando então, a pressão indicada por M2 é
de 0,400 atm. Calcule a massa inicial de sódio, considerando que, antes da elevação da
temperatura, todo o sódio se transformara em óxido de sódio, e que os volumes das
tubulações e dos sólidos (sódio e seu óxido) são desprezíveis.
17 Considere infinitos balões interligados por tubos de volumes desprezíveis providos
de torneira, todos a uma mesma temperatura que permanece constante durante todo
o experimento. No 1º balão, de 9,0 L, há gás a uma pressão de 8,0 atm. No 2º e 3º
balão, cada qual com 3,0 L, há o mesmo gás a uma pressão de 4,0 atm. No 4º, 5º e 6º
balões, cada qual com 1,0 L, ha o mesmo gás a uma pressão de 2,0 atm, e assim por
diante até o infinitésimo balão. Pergunta-se:
A) Quando forem abertas as infinitas torneiras, qual será a pressão final?
B) Se o gás a que se refere o problema for oxigênio gasoso, e a massa total deste gás
nos infinitos balões for de 3,2 Kg, qual será o valor da temperatura (que foi
mantida constante ) do oxigênio gasoso nos balões, em ºC?
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Por Luís Cícero
Soluções:
1
a) o volume da garrafa é o mesmo antes e depois da transformação, portanto
isovolumétrica.
b) 1/300 = Pf/330 ; Pf = 1,1 atm
c) depois que a tampa é arremessada a pressão interna se iguala a pressão externa =
1,0 atm
2
P.V = n.R.T (1) P.V = n.R.T (2) ; em sistema aberto a pressão e o volume são