Gases

5/9/2018 Gases - slidepdf.com

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FÍSICO-QUÍMICA I 1aLISTA DE EXERCÍCIOS PROFESSOR: GIOVANNI FALANGOLA

1. A respiração é um processo no qual ocorre a troca de gases no corpo humano. Na inspiração, odiafragma é contraído, ocasionando um aumento de volume da cavidade torácica. Esta mudança emvolume faz com que a pressão interna diminua em relação à pressão atmosférica (pressão externa). Comoa pressão externa está maior que a pressão interna (cavidade torácica), o ar é transportado aos pulmões. Na expiração, ocorre o processo inverso.De acordo com o texto, podemos afirmar que:

a) a relação envolvida representa a lei de Charles que afirma que o volume de uma quantidade fixa de gásmantido em uma temperatura constante varia inversamente com a pressão aplicada; b) a relação envolvida representa a lei de Boyle que afirma que o volume de uma quantidade fixa de gásmantido em uma temperatura constante varia inversamente com a pressão aplicada;c) a relação envolvida representa a lei de Charles que afirma que o volume de uma quantidade fixa de gásmantido em uma temperatura constante varia diretamente com a pressão aplicada;d) a relação envolvida representa a lei de Boyle que afirma que o volume de uma quantidade fixa de gásmantido em uma temperatura constante varia diretamente com a pressão aplicada;e) a relação envolvida representa a lei de Gay-Lussac que afirma que o volume de uma quantidade fixa degás mantido em uma temperatura constante varia diretamente com a pressão aplicada.

2. Um sistema fechado e sem fronteiras móveis contém uma determinada massa gasosa inerte. Sabe-seque, após aquecimento, o sistema registra um aumento de 5% na pressão e de 15 ºC na temperatura(considere que o gás se comporta idealmente). A respeito do valor da temperatura inicial, pode-se dizer

que:a) é igual ou inferior a 30 ºC. b) é superior a 30 ºC e inferior a 300 ºC.c) é igual ou superior a 300 ºC.d) somente pode ser calculado conhecendo-se o volume e a massa de gás.e) somente pode ser calculado conhecendo-se o volume, a massa e a pressão inicial do gás.

3. O desenho abaixo representa um recipiente cilíndrico que é aberto na parte superior, hermeticamentefechado na parte inferior e vedado com auxílio de um êmbolo que pode ser deslocado verticalmente. Orecipiente contém 4 g do gás H2 que se encontra a uma temperatura de ±73 oC. Considere o H2(g) um gásideal e desconsidere a pressão atmosférica e o atrito entre o êmbolo e as paredes do recipiente. Sobre oexposto, assinale o que for correto.(Dados: constante dos gases = 8,314 Pa.m3mol ±1.K ±1, aceleração da gravidade = 10,0 m.s ±2, = 3,1.)

01. Para que o êmbolo não se movimente nem para cima e nem para baixo, sua massa deve ser

aproximadamente 27,7 kg.02. Se a massa do êmbolo fosse igual a 25 kg, a temperatura do gás deveria ser aproximadamente ±92,6oC para que não houvesse movimento vertical do êmbolo.04. Ao se elevar a temperatura do gás para 0 oC, o êmbolo se deslocará aproximadamente 4,4 m para cima para manter-se a mesma pressão inicial.08. Ao se alterar a temperatura para ±88 oC, o êmbolo se deslocará para baixo.16. Ao se aumentar a temperatura e a pressão interna do gás, o êmbolo se deslocará para baixo.

4. Em um motor de combustão interna, quando o pistão está totalmente comprimido, o combustível éinjetado em uma câmara de 60 mL. Sabe-se que, para o pistão mover-se, é necessária uma pressão de 10atm. A massa, em gramas, de octano necessária para realizar esse movimento, considerando que os gases




produzidos na combustão completa tenham comportamento de gás ideal e que a temperatura de operaçãoseja de 150 ºC, é:Considere R = 0,082 L.atm.K ±1. mol ±1 a) 0,032 b) 0,114 c) 0,214 d) 0,241 e) 1,938

5. Um balão contendo gás metano, com volume igual a 4,9 L, foi retirado de um sistema de aquecimento,cuja temperatura era de 86ºC, e resfriado até a temperatura de 5ºC. Após este procedimento, realizado a

uma pressão constante, o volume do referido balão era de:a) 0,28 L b) 1,22 L c) 2,45 L d) 3,79 L e) 4,90 L

6. O material orgânico do lixo gera grande quantidade de metano (CH 4), muito mais danoso à camada deozônio do que o CO2. A solução ideal, que já começa a ser adotada em algumas cidades do Brasil, é oaproveitamento do CH4 na geração de energia. A compressão do metano tem papel importante, desde a produção até o consumo, para desenvolver as atividades de transporte, armazenagem ou alimentação deequipamentos.Em um determinado processo de compressão, os valores de pressão e temperatura usados, para umamassa fixa de CH4, são mostrados nas figuras (i), (ii) e (iii), abaixo:

a) Sabendo que o volume inicial do gás é V1 = 12L e considerando o seu comportamento ideal,calcule os valores de V2 e V3 e construa na figura abaixo uma curva de pressão versus volume.

b) Considerando o volume do gás na figura (i) e o comportamento ideal do CH4 (PV=nRT), calculeo número de mols de CH4 contidos nesse recipiente.

7. A região Oeste do Paraná possui um grande rebanho de suínos, cujos dejetos são os principais poluidores das águas. Uma forma de minimizar o impacto ambiental desta atividade é a utilização de biodigestores anaeróbicos. O biogás gerado, constituído principalmente por metano e dióxido de carbono,muitas vezes, é armazenado em balões de borracha. Um balão de 100.000 L, completamente cheio esubmetido à temperatura de 27 ºC, foi deixado ao sol, sofrendo um aquecimento até a temperatura de 77ºC.A pressão constante, o volume final aproximado do balão e a porcentagem aproximada do aumento devolume são:a) 116.600L, 16,6%. b) 116.600L, 116,6%.c) 150.600L, 50,6%.d) 150.600L, 150,6%.e) 100.600L, 10%.

8. Na cozinha, as panelas de pressão são bastante utilizadas por facilitarem o processo de cozimento dosalimentos. É correto afirmar que o cozimento em uma panela de pressão é mais rápido porque:a) o material da panela de pressão tem alta condutividade térmica, o que ocasiona uma transferência decalor mais eficiente. b) na panela de pressão, a água entra em ebulição em uma temperatura menor do que em uma panelaaberta.c) na panela de pressão, a pressão interna pode atingir valores maiores que a pressão atmosférica.




d) como a panela de pressão é um sistema adiabático perfeito, ocorre menos perda de calor para oambiente.e) a válvula da panela de pressão impede que haja perda de calor para o ambiente, permitindo a obtençãode temperaturas maiores no seu interior.

9. A maioria dos gases são compostos moleculares, com exceção dos gases nobres, que são formados por átomos isolados. Sobre esse assunto, julgue a validade das afirmativas a seguir.

I. O gás hélio utilizado para encher balões apresenta energia de ionização menor que o gás hidrogênioutilizado como combustível para foguete.II. O gráfico acima mostra uma curva isoterma, pois as variações de pressão e volume ocorrem na mesmatemperatura.III. Determinada massa de um gás ocupa um volume de 30 litros a 27 ºC e exerce uma pressão de 4,0 atm.

Caso o volume se altere isotermicamente para 62 litros, a nova pressão estará entre 1,5 atm e 2,5 atm.IV. É comum liquefazerem-se os gases, pois eles ocupam grandes volumes. Exemplo disto é o queacontece com o botijão de gás, daí o nome GLP (gás liquefeito de petróleo).

Assinale a alternativa CORRETA:a) Apenas a afirmativa I é verdadeira. b) Apenas as afirmativas I, II e III são verdadeiras.c) Apenas as afirmativas II e IV são verdadeiras.d) Apenas as afirmativas II, III e IV são verdadeiras.

10. A figura apresentada a seguir descreve o processo da respiração

(www.qmc.ufsc.br)

Na respiração, a lei de Boyle pode ser observada. À temperatura constante, na etapa daa) inalação, o diafragma se expande deixando o volume do pulmão maior. Como o produto PV deve ser constante, a pressão interna do pulmão diminui. b) inalação, o diafragma se expande deixando o volume do pulmão menor. Como o produto PV deve ser constante, a pressão interna do pulmão aumenta.c) inalação, o diafragma retrai deixando o volume do pulmão menor. Como o produto PV deve ser constante, a pressão interna do pulmão aumenta.d) exalação, o diafragma se expande deixando o volume do pulmão maior. Como o produto PV deve ser

constante, a pressão interna do pulmão diminui.e) exalação, o diafragma se retrai deixando o volume do pulmão maior. Como o produto PV deve ser constante, a pressão interna do pulmão aumenta.

11. A calibração dos pneus de um automóvel deve ser feita periodicamente. Sabe-se que o pneu deve ser calibrado a uma pressão de 30 lb/pol2 em um dia quente, a uma temperatura de 27 °C. Supondo que ovolume e o número de mol injetados são os mesmos, qual será a pressão de calibração (em atm) nos diasmais frios, em que a temperatura atinge 12 °C?Dado: Considere 1 atm $ 15 lb/pol2.a) 1,90 atm. b) 2,11 atm.




c) 4,50 atm.d) 0,89 atm.e) 14,3 atm.

12. Três gases A, B e C, à mesma temperatura, estão acondicionados em três recipientes elásticosdiferentes. O recipiente de C contém o quádruplo de mols em relação ao recipiente de A e o dobro emrelação ao recipiente que contém B. Sabendo que estão, respectivamente, em pressão de 2, 4 e 8 atm, com

relação a este sistema a única afirmação incorreta é:a) Os recipientes possuem o mesmo volume b) O volume do recipiente que contém C é ¼ do volume do recipiente que contém Ac) Não é necessário saber o valor da temperatura para encontrar uma relação entres os volumes dosrecipientes que contém A, B e Cd) 0,41T seria o volume de cada recipiente se o número de mols no recipiente que contém B for igual a 20e) A relação volumétrica dos três recipientes é igual a 0,041nT

13. Considere o gráfico a seguir:

O gráfico acima representa um comportamento típico de um gás submetido à lei de Boyle-Mariotte ( P.V = K ). Com relação à curva pode-se afirmar que:a) É uma isocórica e o valor de K é igual a 2,0. b) É uma isoterma e o valor de K é igual a 12,0.c) É uma isocórica e o valor de K é igual a 12,0.d) É uma isoterma e o valor de K é igual a 2,0.e) É uma isobárica e o valor de K é igual a 2,0.

14. Assinale a alternativa correta a respeito da compressão de um gás ideal sob temperatura constante.a) A densidade do gás aumenta, e a energia cinética das moléculas aumenta. b) A densidade do gás aumenta, e a energia cinética das moléculas permanece constante.

c) A densidade do gás aumenta, e a energia cinética das moléculas diminui.d) A densidade do gás permanece constante, e a energia cinética das moléculas permanece constante.e) A densidade do gás permanece constante, e a energia cinética das moléculas aumenta.

15. Recentemente três brasileiros atingiram o cume do monte Everest. Todos usavam um suprimentoextra de oxigênio. Se, durante a escalada, um deles tivesse enchido um balão flexível com uma certaquantidade de O2, a uma temperatura de - 48 ºC (225 K), a uma pressão de 30 kPa, e o balão atingisse umvolume de 2,5 L, o volume do mesmo balão, contendo a mesma quantidade de oxigênio, próximo ao níveldo mar, a 100 kPa e a 27 ºC (300 K), seria:a) 2,5 L b) 1,0 Lc) 2,24 Ld) 11,1 Le) 0,42 L

16. Com relação às Propriedades Gerais dos Gases, assinale a(s) alternativa(s) correta(s).01. Os gases reais obedecem à equação de estado, nRTPV ! , somente sob condições de altastemperaturas e baixas pressões. Nessa equação, R é denominado constante de Avogadro.02. Segundo a lei de Charles-Gay Lussac, mantendo-se a pressão constante, o volume ocupado por umgás aumenta proporcionalmente ao aumento da temperatura.04. No ar atmosférico comum, existem aproximadamente 21%, em volume, de oxigênio. Logo, nessamistura gasosa, a fração em mol do oxigênio é igual a 21.08. O volume de uma massa fixa de gás ideal, sob pressão constante, é diretamente proporcional àtemperatura absoluta.




16. Os gases ideais não existem, pois são apenas modelos teóricos em que o volume das moléculas e suasinterações são considerados desprezíveis.32. Sob condições apropriadas, a decomposição do sólido, azida de sódio )(NaN3 leva à formação de N2

gasoso e sódio metálico (princípio de funcionamento dos dispositivos de segurança automotivoschamados "airbags"). Assumindo que o N2 se comporta como gás ideal e que a reação se dá à temperaturade 30°C e à pressão de 1atm (R=0,082Latmmol ±1K ±1), a massa de azida de sódio necessária para preencher um "airbag" de 45L deverá ser de aproximadamente 78,5g.

17. ³Geralmente, os poluentes do ar que causam danos às plantas são gasosos, como os óxidos denitrogênio, dióxido de enxofre, hidrocarbonetos e substâncias fotooxidantes. O efeito é direto ou indiretosobre as plantas e depende de sua concentração e período de exposição.´www.ambientebrasil.com.br A respeito do comportamento de um gás, podemos afirmar quea) o zero absoluto é a temperatura onde o volume de um gás seria reduzido a zero e corresponde a 273 ºC. b) o volume de uma determinada quantidade de um gás, à temperatura constante, é diretamente proporcional à sua pressão.c) o volume e a temperatura absoluta de um gás, à pressão constante, são inversamente proporcionais.d) o volume ocupado por um mol de um gás no estado padrão é igual a 22,414 litros.e) para uma amostra de gás constituído de um certo número de mols de moléculas, existem três variáveismensuráveis matematicamente relacionadas entre si: pressão, volume e temperatura.

18. Considere um balão muito flexível que contém um gás ideal. O volume inicial é 1,2 L, a pressão é 1atm e a temperatura é 300 K. Esse balão é solto e atinge uma altura em que a temperatura é de 250 K e a pressão é de 3×10 ±3 atm. Qual é o volume final do balão, em L, quando se encontra nessas condições?a) 16,5 L. b) 3,3 L.c) 66,6 L.d) 333,3 L.e) 33,3 L.

19. Um balão cheio de gás propano ocupa um volume de 600 L a 27°C. Ao ser resfriado a 7°C, o balãosofre uma contração. Qual o volume dessa contração, em litros? (Considere que o gás não se liquefaz sobresfriamento de 7°C).

20. Um cilindro de gás industrial com capacidade para 100 L, contém 44 Kg de gás propano a 27°C.

Considerando que em uma semana seja consumido gás suficiente para que a pressão seja reduzida àmetade e supondo que a temperatura permaneça constante, a pressão inicial no cilindro e número de molsde gás utilizado serão respectivamente: (Dado: C=12 g/mol, H=1 g/mol)a) 246 atm e 500 mols b) 246 atm e 22 molsc) 123 atm e 1000 molsd) 123 atm e 500 molse) 123 atm e 44 mols

21. Os pesquisadores procuram desenvolver novos equipamentos esportivos que favoreçam uma maior performance do atleta. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizadaseria inflar os pneus com um gás bastante leve e inerte à combustão.Dado: R = 0,082 L.atm/K.mol

a) Escolha dentre os gases: CO2, N2, Ne e O2, o que seria mais adequado para inflar o pneu da bicicleta.Justifique sua resposta. b) Se, para inflar um pneu com 0,4 L de volume e a pressão de 6,15 atm, a 27oC, a massa foi de 2,8 g,qual dos gases acima foi utilizado? Justifique a resposta.

22. A reação de explosão da nitroglicerina acontece quando este composto é submetido a uma onda dechoques provocada por um detonador, causando sua decomposição de acordo com a reação: 4

C3H5(NO3)3(l) �p� 6 N2(g) + O2(g) + 12 CO2(g) + 10 H2O(g)




Considerando que esta reação ocorre a 1,0 atm e a 298,15 K e que os gases gerados apresentamcomportamento ideal, assinale a alternativa que corretamente indica o volume total (em L) de gás produzido quando ocorre a explosão de quatro moles de nitroglicerina.Dado: R = 0,082 atm L mol -1 K -1.a) 509 b) 609c) 709

d) 809e) 909

23. O gás hélio é utilizado para encher balões e bexigas utilizados em eventos comemorativos e em festasinfantis. Esse gás pode ser comercializado em cilindros cujo conteúdo apresenta pressão de 150 bar a 300K. Considerando-se que 1 atm = 1 bar, e que a massa de gás He no cilindro é 170 g, então, o valor quemais se aproxima do volume de gás hélio contido naquele cilindro a 300 K éDado: R = 0,082 atm.L.K ±1.mol ±1 a) 14 L. b) 7,0 L.c) 1,0 L.d) 500 mL.e) 140 mL.

24. Gustavo Kuerten impôs respeito entre os tradicionais e melhores tenistas do mundo. Seu saque, por exemplo, é considerado entre os mais velozes da história do tênis. Ele entrou para o clube dos grandesnomes do tênis pela porta da frente. Seu primeiro título no principal circuito profissional foi conquistado justamente em um torneio da exclusivíssima série Grand Slam, o de Roland Garros, em 1997. Então umilustre desconhecido no cenário internacional, Guga, aos 20 anos, mostrou nas quadras de terra maisfamosas do mundo, as credenciais que fariam dele, mais tarde, o "Rei do Saibro".A desenvoltura nos saques desses profissionais tem íntima relação com tecnologias empregadas nas atuais bolas de tênis, que são normalmente cheias com ar ou gás N2, com pressão acima da pressão atmosférica, para aumentar seus 'quiques'.Se uma bola de tênis em particular tem volume de 144cm3 e contém 0,33 g de gás N2, qual é a pressãodentro da bola a 24°C? (Dado: R= 0,082 atm L mol-1 K -1)a) 2,0 atm b) 4,0 atmc) 1,2 atmd) 0,16 atme) 2,0v10-3 atm

25. Um extintor de incêndio contém 3 kg de CO2. O volume máximo de gás que é liberado na atmosfera,a 27°C e 1 atm, é:Dados:Constante dos gases: 0,082 atm.L.K 1.mol 1.Massa molar em g . mol 1: C = 12 e O = 16a) 732 L b) 954 Lc) 1.677 Ld) 2.405 Le) 3.170 L

26. Diversos gases formam a atmosfera da Terra, sendo que a quantidade de alguns deles vemaumentando por ação antropogênica, o que pode causar problemas. O oxigênio, em suas diferentes formasalotrópicas, tem funções distintas e essenciais para a manutenção da vida no planeta.a) Escreva a fórmula qu

¡

mica das duas formas alotrópicas mais comuns do oxigênio, apontando a funçãode cada uma delas relacionada com a manutenção da vida na Terra. b) Considerando que cerca de 20% em volume da atmosfera é constitu

¡

da de oxigênio em sua formaalotrópica mais abundante, calcule a massa desse gás contido num reservatório de 24,6m3 cheio de ar a27ºC e 1 atm de pressão.Dados: P v V = n v R v T; R = 0,082atm L mol ±1 K ±1.




27. Um recipiente, de capacidade 500 cm3, contém 340 mg de uma substância no estado gasoso, a 0,4 atme 43 ºC. De acordo com essas informações, a substância contida no recipiente possui a fórmula molecular Dados: massa molar (g/mol) H =1, C = 12, N = 14, O = 16 e R = 0,082 L·atm·mol ±1·K ±1.a) NH3. b) CO.c) CH4.d) CO2.

e) C2H2.

TEXTO: 1 - Comum à questão: 28O gás butano é utilizado como propelente em desodorantes e em cremes de barbear. O rótulo de umcreme de barbear indica a composição de 4% em massa de butano numa embalagem de 145 g de produto.

28. A pressão a 300 K, em um recipiente de 1,00 L, exercida pela igual quantidade de butano contida naembalagem de creme de barbear éDado: R = 0,082 atm.L.K ±1.mol ±1 a) 10,0 atm. b) 8,00 atm.c) 5,80 atm.d) 4,20 atm.e) 2,46 atm.

TEXTO: 2 - Comum à questão: 29O champagne é um vinho espumante, obtido por fermentação do açúcar do suco de uva. Para obter o gás,que borbulha no espumante, há várias possibilidades, entre as quais uma segunda fermentação realizadana garrafa, por adição de uma nova quantidade de sacarose. A equação global que descreve o processo deconversão da sacarose em etanol está representada a seguir:

(g)4CO(aq)OHH4C (l)OH(aq)OHC 2522112212 p

n

29. Em um bom ³estouro´ da rolha, a pressão interna em uma garrafa de 1L de champagne, resfriada a 7ºC, é de cerca de 6 atm. Sabendo-se que o gás nesse champagne é produzido pela adição de 34 g/L desacarose, o estouro é provocado por um volume de CO2, aproximadamente, igual aDado: R = 8,2 x 10 ±2 atm.L.mol ±1.K ±1 a) 8,8 L. b) 3,4 L.

c) 2,2 L.d) 1,5 L.e) 0,8 L.

TEXTO: 3 - Comum à questão: 30

Muitas frutas são colhidas ainda verdes, para que não sejam danificadas durante o seu transporte. Sãodeixadas em armazéns refrigerados até o momento de sua comercialização, quando são colocadas em umlocal com gás eteno por determinado período, para que o seu amadurecimento ocorra mais rapidamente.

As reações I e II representam dois métodos diferentes na produção de eteno.

O¢

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I.

222Cº170,SO

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222T.,catal

33

42!� � � � � p�

!� � � p�

Dado: R = 0,082 atm.L.K ±1

.mol ±1

30. A massa aproximada de eteno, equivalente a 50,0 L desse gás contido num cilindro a 300 K e 2,00atm, é igual aa) 4 000 g. b) 2 050 g.c) 816 g.d) 224 g.e) 112 g.




GABARITO:

1) Gab: B 2) Gab: A 3) Gab: 15 4) Gab: B

5) Gab: D

6) Gab:

a)V2 = 6LV3 = 3L

b) 5,0$ mol

7) Gab: A 8) Gab: C 9) Gab: D 10) Gab: A

11) Gab: A 12) Gab: B 13) Gab: D 14) Gab: B

15) Gab: B 16) Gab: 056 17) Gab: E 18) Gab: D

19) Gab: 40 20) Gab: A

21) :a) O gás mais adequado para inflar os pneus da bicicleta de modo que viesse a favorecer odesempenho do atleta seria o gás mais leve, ou seja, aquele que tivesse a menor massa molecular. O gásmais adequado seria o gás neônio, considerando a justificativa acima e os valores das massas molecularesdadas na tabela abaixo.

32

20

28

44

(g/mol)molecular MassaGás

2

2

2

O

N e

N

CO

b) O único gás que possui esta massa molecular dentre os gases citados é o gás nitrogênio(28g/mol)

22) Gab: C 23) Gab: B 24) Gab: B 25) Gab: C

26) Gab:a) � O2(g): gás oxigênio gás vital e essencial à respiração.� O3(g): gás ozônio proteção contra raios ultravioleta provenientes do Sol, constituindo a camada deozônio. b) m = 6400 g de O2

27) Gab: D 28) Gab: E 29) Gab: D 30) Gab: E

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