Centro Universitário Maurício de Nassau

Prof. Isaías Soares

Lista de Exercícios Físico Química

Aula 1-Gases ideais e gases reais

1) Uma bolha de ar forma-se no fundo de um lago, em que a pressão é de 2,2 atm.

A essa pressão, a bolha tem volume de 3,6 cm3. Que volume terá essa bolha

quando subir à superfície, na qual a pressão atmosférica é de 684 mm Hg,

admitindo-se que a massa de gás contida no interior da bolha e a temperatura

permanecem constantes? (Dado: 1 atm = 760 mmHg)

Resposta: 8,8 cm3

2) Um balão meteorológico apresenta volume de 2,0 L a 27 °C. Qual será seu

volume em um local em que a temperatura é de –33 °C, na mesma pressão?

Resposta: 1,6 L

3) Imagine-se responsável pela decoração de uma festa infantil e que será preciso

providenciar 300 bexigas cheias de gás hélio (He). Esse gás é comercializado

em cilindros com volume de 25 L, a uma pressão de 30,0 atm. Sabendo-se que

cada bexiga cheia contém 2,5 L de gás, a uma pressão de 1,04 atm, 1 cilindro

será suficiente para encher as 300 bexigas da festa? (sugestão: adote a

temperatura ambiente).

Resposta: Não.

4) Calcule a pressão exercida (em atm) por uma amostra de 131g de Xenônio

gasoso num vaso de volume igual a 1 litro a 25°C, considerando

comportamento de gás ideal e depois calcule considerando comportamento de

gás de Van der Waals. (Dado: a = 4,137 atm.L2/mol

2 e b = 0,0516 L/mol.

Massa atômica do Xe: 131g/mol). Calcule também o fator de compressibilidade

baseando-se na pressão calculada na equação de estado do gás real.

Resposta: 24,4 atm (ideal) e 21,6 atm (van der Waals); Z = 0,884.

5) A massa específica de um composto gasoso é de 1,45kg/m3, a 400K e 30kPa.

Qual a massa molar do composto? Considere o composto como um gás ideal.

Resposta: 160,7 g/mol

6) Qual a expressão do fator de compressibilidade, Z para um gás de van der

Waals? De posse dessa expressão, calcule o fator de compressibilidade para o

metano, que possui volume molar de 0,25 L/mol a 298K.(Dado: a = 2,273

atm.L2/mol

2 e b = 0,0431 L/mol)

Resposta: ; 0,836

7) Como se comporta a equação de van der Waals, quando consideramos sistemas

gasosos com grandes volumes?

Resposta: se comporta como um gás perfeito (demonstre isso

algebricamente).

8) Um vaso de 11,2L a 273K contém uma mistura de 2 mols de H2 e 3 mols de

CO2. Calcule a pressão parcial de cada gás.

Resposta: 4 atm (H2) e 6 atm (CO2)

9) SCUBA é o acrônimo em inglês para Self-Contained Underwater Breathing

Apparatus (dispositivo autônomo para respiração subaquática). Quando um

mergulhador utiliza um equipamento SCUBA ele respira com um cilindro que

contém ar altamente comprimido. A tabela abaixo mostra a composição do ar

atmosférico contido num SCUBA

Gás Fração molar

N2 0,21

O2 0,78

Ar 0,01

Um cilindro de SCUBA de 10 dm3 foi cheio com ar atmosférico até 300 atm e a

uma temperatura de 20°C. Considere que o ar atmosférico possui

comportamento ideal. Qual o percentual molar do oxigênio e o número de mols

de nitrogênio (aproximadamente) no cilindro?

Resposta: 21% e 97,4 mols.

10) Considere 1 mol de dióxido de enxofre, SO2, a 5 atm e que ocupa um volume

de 10,0 L. Considerando R = 0,082 atm.L/mol.K, calcule a temperatura desta amostra:

a) Utilizando a lei dos gases ideais; Resposta: T = 610 K

b) Utilizando a equação de Van der Waals onde a = 6,714 atm.L2/mol

2 e b =

0,05636 L/mol. Resposta: T = 614 K

O que justifica a diferença nos valores encontrados nos itens a e b?

11) Um gás perfeito sofre uma compressão isotérmica que reduz em 2,20 L o seu

volume. A pressão final do gás é de 5,04 bar e o volume final é de 4,65 L.

Calcule a pressão inicial do gás em bar. Resposta: 3,42 bar

12) Numa experiência para determinar um valor exato da constante dos gases

ideais, R, um estudante aqueceu um vaso de 20 L, cheio com 0,25132g de hélio

gasoso, a 500°C, e mediu a pressão num manômetro de água a 25°C,

encontrando o valor de 206,402 cm de altura de água. Calcule o valor de R a

partir desses dados. A densidade da água é 0,99707g/cm3 a 25°C e a aceleração

da gravidade g = 9,8 m/s2(Sugestão: a pressão será dada numa coluna de água,

então calcule a pressão hidrostática e faça essa pressão ser igual à pressão que o

hélio exerce).

13) A 500°C e 93,2 kPa, a massa específica do vapor de enxofre é de 3,71 kg/m3.

Determine a massa molecular do enxofre nessas condições, considerando que o

vapor de enxofre se comporta idealmente. Qual a sua fórmula molecular?

(Dado: massa atômica do enxofre: S = 32g/mol).

Aula 2 – Princípios da Termodinâmica

14) Considerando um gás ideal confinado numa câmara munida de pistão com volume

inicial de 2 L e pressão Inicial de 8 atm, e que esse pistão se desloca até um volume de

5,50 L contra uma pressão externa constante de 1,75 atm, calcule:

a) O trabalho para o processo em J;

b) A pressão final do gás;

15) Se 0,5 L de um gás são comprimidos até 0,25 L, sob uma pressão externa constante

de 300 kPa e se o gás também absorve 12,5 kJ de calor, calcule Q, W e ∆U para o gás.

Qual o valor de ∆U para as vizinhanças?

16) A 298K, a variação de entalpia-padrão de combustão do hidrogênio é de um valor

de -286 kJ/mol. Os valores correspondentes para a grafita e o metanol são,

respectivamente, -394 kJ/mol e -727 kJ/mol. Calcule a variação da entalpia-padrão de

formação do metanol a 298K. Resposta: -239 kJ/mol

17) Uma reação química ocorre num vaso de seção reta uniforme, de 100cm2, provido

de um pistão. Devido à reação, o pistão se desloca 10 cm contra a pressão externa de 1

atm. Calcule o trabalho realizado pelo sistema. Resposta: - 101,32 J

18) Uma amostra de 1 mol de um gás perfeito com Cvmolar = 3R/2, inicialmente a uma

pressão de 1 atm e a uma temperatura de 300K, é aquecida de forma reversível até 400K

a volume constante. Calcule a pressão final, Q, W e ∆U para esse processo.

Resposta: P = 1,33 atm; Q = +1,25 kJ; W = 0; ∆U = + 1,25 kJ

19)Uma amostra de 0,1 mol de propano, um gás muito utilizado para cozinhar em zonas

rurais, foi inflamado com excesso de oxigênio numa bomba calorimétrica (recipiente

que mede calores de combustão à pressão constante). A temperatura inicial da bomba

era de 25,0°C e sua capacidade calorífica é de 96 kJ/°C. Ao final da combustão, a

temperatura da bomba foi de 27,3°C. Calcule a entalpia de combustão do propano.

Resposta: 2208 kJ/mol

20)Sendo o ∆H de formação do óxido de cobre II igual a –37,6 kcal/mol e o ∆H de

formação do óxido de cobre I igual a –40,4 kcal/mol, o ∆H da reação:

Cu2O(s) + 1/2 O2(g) → 2 CuO(s) será:

a) –34,8 kcal.

b) +115,6 kcal.

c) –115,6 kcal.

d) +34,8 kcal.

e) –5,6 kcal.

Resposta: Alternativa A

21) Dadas as seguintes equações termoquímicas e seus respectivos valores de

entalpia:

2H2(g) + O2(g) => 2H2O(l) ∆H = -571,5 kJ

N2O5(g) + H2O(l) => 2HNO3(l) ∆H = -76,6 kJ

½ N2(g) + 3/2 O2(g) + ½ H2(g)=> HNO3(l) ∆H = -174,1 kJ

Qual o ∆H para a seguinte reação?

2 N2(g) + 5 O2(g) => 2N2O5(g)

Resposta: + 28,3 kJ

22) Qual o trabalho realizado por um gás de van der Waals quando ele se expande de

forma reversível e isotérmica?

Resposta:

23) Qual a variação de entropia quando 15 kJ de energia em forma de calor são

transferidos reversível e isotermicamente para um bloco de ferro a 27°C? O que

aconteceria se essa transferência fosse feita a uma temperatura inferior?

Resposta: 50 J/K

24)Por que um edifício destruído após uma implosão não volta a ficar “de pé”

espontaneamente?

25)Calcule a variação de entropia das seguintes reações (use a tabela fornecida no

material da aula):

a) ½ N2(g) + O2(g) NO2(g);

b) 9H2O(g) +7N2O(g) 6NH3(g) +8 NO2(g)

c) H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)

Resposta: a) -60,25 J/mol.K; b) – 159,3 J/mol.K; c) + 19,8 J/mol.K

26)Para as reações do exercício anterior, quais são espontâneas? (use a tabela fornecida

no material da aula)

Resposta: Apenas a do item c).

27)Qual o ponto de ebulição do Br2 no estado líquido, isto é, a temperatura na qual

Br2(l) e Br2(g) podem coexistir em equilíbrio um com o outro? (Dados: ∆S (Br2)(g) =

245,4 J/mol.K; ∆S (Br2)(l) = 152,2 J/mol.K; ∆H (Br2)(g) = 30,9 kJ/mol ; ∆H (Br2)(l) = 0

kJ/mol).

Resposta: 59°C

28)Mostre que a variação de entropia de um gás perfeito que se expande de forma

reversível e isotérmica de um volume inicial Vi até um volume final Vf é:

i

f

V

VlnnRS

29)O calor latente de fusão da água, a 0°C, é de 6,02 kJ/mol e o seu calor latente de

vaporização é 40,7 kJ/mol, a 100°C. Calcule a variação de entropia para as duas

mudanças de fase (fusão e ebulição) considerando 2 mols de água. Por que a variação de

entropia na vaporização é maior que a de fusão? Respostas: ∆Sfus = 44,1 J/K; ∆Svap =

218,2 J/K.

30)Qual o sinal da variação de entropia (do sistema) para os seguintes processos?

a) Cristalização do açúcar;

b) Evaporação da água;

c) Na+ (aq) + Cl

-(aq)NaCl(s);

d) Um palito de fósforo sendo aceso;

e) Açúcar sendo colocado numa xícara de café.

31) Considere uma massa de 10g de água (calor específico 1cal/g°C) a 70°C sendo

adicionada a 50g de óleo de cozinha (calor específico 0,4cal/g°C) a 25°C. Determine as

variações de entropia da água, do óleo e a variação de entropia total, após o equilíbrio

térmico, considerando que não há perdas de calor. Respostas: ∆Ságua = - 0,915 J/K;

∆Sóleo = +0,982 J/K; ∆Stotal = +0,067 J/K