Físico-Química

Professor: Pedro Henrique Amorim

Lista de Exercícios I

Obs: A menos que seja informado o contrário, considere que todos os gases se comportem

como gás ideal.

1. Qual a pressão que é exercida por uma amostra com 2,045 g de N2 gasoso num

recipiente de volume igual a 2,00 L a 21°C?

2. Para surpresa de muitas pessoas, descobriu-se que o gás NO atua como

neurotransmissor. Para estudar o seu feito, uma amostra foi coletada num recipiente de

volume igual a 250,0 mL. A 19,5° C, observou-se que a pressão era de 24,5 kPa. Que

quantidade (em moles) de NO foi coletada?

3. Uma amostra gasosa é mistura de etano e butano. Um bulbo de 200 mL de capacidade

é preenchido com esta mistura a uma pressão de 750 Torr a 20 °C. Se a massa do gás

no bulbo foi de 0,384 g, quais as porcentagens molar e em massa do butano na

mistura? (Dados: Mbut= 58 g mol-1; Met= 30 g mol-1).

4. O efeito das pressões altas sobre os organismos, inclusive humanos, é estudado com o

objetivo de se obter informações sobre mergulhos em águas profundas e sobre

anestesia. Um a amostra de ar ocupa 1,00 L a 25°C e 1,00 atm. Que pressão é

necessária para comprimir esta amostra a 100 cm3, nesta temperatura?

5. Suponha que 2,65 L de um gás ideal a 25°C e 1,00 atm sejam simultaneamente

aquecidos e comprimidos até que a temperatura final seja 75 °C e a pressão final 2,00

atm. Qual é o volume final?

6. Existe uma advertência para não se descartar latas pressurizadas lançando-as ao fogo.

O gás em um recipiente deste tipo exerce uma pressão de 125 KPa, a 18 °C. Quando o

recipiente é lançado ao fogo, sua temperatura sobe para 700 °C. Qual é a pressão

nesta temperatura?

7. Balões de ar quente conseguem ascender devido ao abaixamento da densidade do ar

que ocorre quando o ar no balão é aquecido. A que temperatura se deveria aquecer

uma amostra de ar, inicialmente a 340 K, para aumentar seu volume 14%?

8. Sabe-se que a densidade de um gás depende de sua massa molar, considerando que a

densidade de um gás, de comportamento ideal, é de 2,009 g.L-1a 20°C e 1,0 atm, qual é

a massa molar desse gás?

9. Gás O2 com um volume de 1130 cm3 a 42,0 °C e a uma pressão de 101 kPa expande

até que seu volume seja 1530 cm3 e a sua pressão seja 106 kPa. Determine: a) o

número de moles de O2 no sistema e b) a sua temperatura final.

10. Numa experiência para a medida da massa molar de um gás, 250 cm3 de um gás foram

confinados num recipiente de vidro. A pressão era de 152 Torr, a 298 K, e a massa do

gás era de 33,5 mg. Qual é a massa molar do gás?

11. Considere uma amostra de 1,00 mol de dióxido de enxofre, SO2, com uma pressão de

4,00 atm e um volume de 10 L. Calcule a temperatura dessa amostra de gás utilizando

a lei dos gases ideais e a equação de van de Waals. Dados: a = 6,714 L2 atm mol-2, b =

0,05636 L mol-1

12. Calcule a pressão exercida por 1,0 mol de C2H4 que se comporta como a) ás ideal, b)

gás de Van der Waals. Em cada caso, considere que o gás está nas seguintes

condições: i) a 273,15 K em 22,414 L; ii) a 1000 K em 100 cm3. Dados: a = 4,471 L2 atm

mol-2, b = 0,0572 L mol-1

13. Um gás a 350 K e 12 atm tem o volume molar 12% menor do que o calculado pela lei

dos gases ideais. Calcule a) o fator de compressibilidade nestas condições e b) o

volume molar do gás. Que forças são dominantes no gás, as atrativas ou as repulsivas?

14. A capacidade calorífica do N2 é dada pela expressão Cp,m = a + bT + c/T2 (J K-1 mol-1), onde a= 28,58, b=3,77(10-3 K) e c= -0,50x105 K2). Qual a variação da entalpia molar do N2, quando ele é aquecido de 298 K a 373 K.

15. Calcule a expressão do trabalho realizado sobre n moles de um gás de van de Waals,

em uma expansão isotérmica do volume vi para vf

16. Uma amostra de 1,00 mol de um gás perfeito com Cv,m= (3/2)R , inicialmente a p1 = 1,00 atm e T1 = 300 K, é aquecida reversivelmente, até 400 K, a volume constante. Calcule a pressão final, ΔU, q e w.

17. Uma amostra de 1,00 mol de Ar se expande isotermicamente, a 22°C de 22,8 L para

31,7 L, a) reversivelmente, b) contra uma pressão externa constante igual a pressão final do gás e c) livremente (contra uma pressão externa nula). Em cada processo calcule q, w, ΔU e ΔH.

18. Uma amostra consistindo de 1,0 mol de um gás perfeito monoatômico (com Cv,m =

(3/2)R) efetua o ciclo da figura abaixo. (a) Calcule as temperaturas em 1, 2 e 3. (b)

Calcule q, w, ΔU e ΔH para cada etapa do ciclo e para todo o ciclo.

19. Uma amostra de gás ideal para por uma transformação cíclica abca, de acordo com a figura abaixo. No ponto a temos Ta = 200 K.

a) Quantos moles de gás há na amostra? b) Quais as temperaturas nos pontos b e c ? c) Calcule q, w, e ΔU para todo o ciclo.

20. Quando se fornecem 178 J de calor a pressão constante, a 1,9 mol de um gás, a temperatura da amostra se eleva de 1,78 K. Calcule as capacidades caloríficas molares do gás a volume constante e a pressão constante.

21. Calcule a variação de entropia quando 50 kJ de energia, na forma de calor, se

transferem reversível e isotermicamente para um bloco de cobre a a) 0°C e b) 70° C.

22. Calcule a entropia molar de uma amostra de argônio, mantida a volume constante, a

250 K, sabendo que ela é igual a 154,84 J K-1 mol-1 a 298 K. (Cp,m = 20,786 J K-1 mol-1)

23. Uma amostra de 2,00 mol de um gás ideal diatômico, a 250 K é comprimida reversível e

adiabaticamente até sua temperatura atingir 300 K. Dado que CV,m= 27,5 J K-1 mol-1,

calcule q, w, ΔU, ΔH e ΔS.

24. Um mol de um gás ideal (com Cv,m = (5/2)R) realiza o processo cíclico mostrado abaixo.

a) determine a temperatura em cada estado, b) calcule q, w, ΔU, ΔH e ΔS para cada

estágio e para o ciclo.

25. Calcule a entropia-padrão das seguintes reações, a 298 K:

a) Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

b) C12H22O11(s) + 12 O2(g) 12 CO2(g) + 11 H2O(l)

26. Com as entropias-padrão das reações calculadas no exercício anterior e com as

entalpias-padrão das mesmas reações, calcule as energias de Gibbs padrão das

reações a 298 K.

Dados quetões 25 e 26

Compostos/elementos S°m / J K-1 mol-1 ΔfH° / kJ mol-1

Zn(s) 41,63 0

Zn2+(aq) -112,1 -153,89

Cu(s) 33,150 0

Cu2+(aq) -99,6 64,77

C12H22O11(s) 360,2 -2222

O2(g) 205,138 0

CO2(g) 213,74 -393,51

H2O(l) 69,91 -285,83

27. Calcule a variação da energia de Gibbs molar do dióxido de carbono (considerado como

gás perfeito), a 20°C, quando sua pressão parcial no ar muda isotermicamente de 1,0

atm para a) 3,0 atm e b) 2,7 x 10-4 atm.

Tabelas

Resumo de fórmulas

Lei de Dalton das pressões parciais

pj = xj.p p = pA + pB + ... pn

ΔU = q + w

w = – pexΔV

w = – pΔV

w = – nRTln(Vf /Vi)

ΔH =ΔU + pΔV

ΔH = n Cp,m ΔT

Cp,m – Cv,m = R

ΔU = n CV,m ΔT

ΔGm = R T ln(pf/pi)

ΔS = nR ln (Vf /Vi) ; ΔS = – nR ln (pf /pi)