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Lis ta d e Exer ccio s Gases e Termo din mi ca Qumi ca

1. Considere o manmetro de extremidade aberta apresentado abaixo. Indique na figura Pgas, PHge Patm. Represente a frmula matemtica pela

qual estas grandezas possam ser relacionadas.

2. Uma certa massa gasosa de ar ocupa um volume de 0,452L, medidos a 87oC e 0,620atm. Qual o seu volume sob uma presso de 1atm e a

0oC?

R:0,212 L

3. Uma amostra de ar ocupa um volume de 1,0L a 25oC e 1atm. Que presso necessria para comprimir o volume a 100cm 3 nesta

temperatura?

R:10 atm

4. Um balo de borracha foi preenchido com hlio a 25oC e colocado em um bquer com nitrognio lquido a196oC. O volume de hlio gelado

era de 15cm3. Assumindo que o gs estava sobre condies isobricas e comportava-se idealmente, qual era o volume de hlio a 25oC?

R:57,968 cm3

5. Um gs perfeito sofre uma expanso isotrmica, a qual reduz seu volume em 2,20L. A presso e o volume final do gs era de 3,78x103torr

e 4,65L, respectivamente. Calcule a presso inicial do gs em (a) torr e (b) atm.

R:2,56x103torr; 3,38 atm

6. A composio em percentagem de massa do ar seco ao nvel do mar de aproximadamente: N2(75,5); O2(23,2) e Ar (1,3). Qual a presso

parcial de cada componente quando a presso total de 1atm?

R:p(N2)=0,781 atm; p(O2)=0,210 atm; p(Ar)=9,41x10-3atm

7. Uma mistura de gases consiste de 320mg de metano (CH4), 175mg de argnio (Ar) e 225mg de nenio (Ne). A presso parcial do nenio a

300K de 66,5 torr. Calcule (a) o volume e (b) a presso total da mistura.

R:3,14L; 211,7 torr

8. A presso em um termmetro de gs ideal aumentou de 589 torr a 785 torr quando o bulbo do termmetro foi transferido de um banho de

gelo a 0oC a um bquer com gua fervendo. Assumindo que o volume do bulbo do termmetro no muda, qual era a temperatura de ebulio

da gua?R:-90,9 C

9. A umidade relativa dentro de um quarto de 65%. Assumindo um comportamento ideal, qual a massa de vapor dgua num quarto a 25oC

cujas dimenses so 4mx4mx3m? A presso de equilbrio da gua lquida 23,8 torr a 25oC.

OBS: a umidade relativa a presso de vapor dgua no ar dividida pela presso de vapor de equilbrio da gua numa determinada temperatura

e usualmente expressa em %.

R:718 g

10. A composio de ar inalado pelo ser humano cerca de 21% de O 2e 0,03% de CO2(em volume), e o ar que exalado cerca de 16% de

O2e 4,4% de CO2. Assumindo um volume de 7200L de ar por dia, qual a massa de O2utilizada pelo corpo e qual a massa de CO2produzida

pelo corpo a cada dia? Assuma que o ar comporte-se idealmente a 37oC e 1atm.

R:O2= 453 g; CO2= 544 g

UNIVERSIDADE TECNOLGICA FEDERAL DO PARAN

PR

Ministrio da EducaoUniversidade Tecnolgica Federal do ParanDepartamento Acadmico de Qumica e BiologiaQumicaProfa Paula C. Rodrigues

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11. Discuta os seguintes fenmenos em termos das leis dos gases: (a) a presso de um pneu de automvel aumenta em um dia quente; (b)

o estouro de um saco de papel; (c) a expanso de um balo meteorolgico medida que ele sobe; (d) o som forte que se houve quando

uma lmpada estoura.

12. As leis dos gases so fundamentais para os mergulhadores de grandes profundidades. A presso exercida por 10,1 m de gua do mar

equivalente a presso de 1 atm. (a) um mergulhador ascende rapidamente at a superfcie da gua de uma profundidade de 11 m sem

expirar o gs de seus pulmes. Quanto o volume dos seus pulmes deve aumentar quando ele alcana a superfcie? Considere a

temperatura constante. (b) A presso parcial do oxignio no ar aproximadamente 0,20 atm. (No ar de aproximadamente 20 a

porcentagem de oxignio em volume). No mergulho a grandes profundidades, a composio do ar respirado pelo mergulhador deve mudar

de modo a manter esta presso parcial. Qual deve ser a quantidade de oxignio (em porcentagem por volume) quando a presso total

exercida no mergulhador for de 4,0 atm?

R:2,1 x; 5%

13. O motor de um automvel produz monxido de carbono (CO), um gs txico, taxa de aproximadamente 188 g de CO por hora. Um

carro deixado ligado em uma garagem mal ventilada com 6,0 m de comprimento, 4,0 m de largura e 2,2 m de altura a 20 C. (a) calcule

a taxa de produo de CO em mols por minuto. (b) quanto tempo levaria para atingir a concentrao letal de CO (igual a 1000 ppmv -

partes por milho por volume)?

R:20 min

14. Um estudante quebra um termmetro e derrama a maior parte do mercrio (Hg) no cho de um laboratrio que mede 15,2 m de

comprimento, 6,6 m de largura e 2,4 m de altura. (a) calcule a massa de vapor de mercrio (em gramas) no laboratrio a 20 C. A presso

de vapor do mercrio a 20 C 1,7 x10-6 atm. (b) a concentrao de vapor de mercrio excede 0,050 mg de Hg / m 3 de ar, valor

regulamentado para a qualidade do ar? (c) um processo para tratar quantidades pequenas de mercrio derramado consiste em pulverizar

enxofre em p sobre o Hg. Sugira uma explicao com base na fsica e outra na qumica para este procedimento.

R: 3,4 g Hg; 14 mg Hg/m3

15. (a) as lmpadas fluorescentes contm uma pequena quantidade de mercrio, cujo vapor tem uma presso de cerca de 1x10-5atm. Quando

os tomos de Hg so excitados eletricamente, eles emitem luz UV que, por sua vez, excita o revestimento de fsforo no interior do tubo

e emitida luz (branca) visvel. Estime a massa de vapor de Hg contida nas lmpadas fluorescentes. (b) as lmpadas de tungstnio

incandescentes ainda utilizadas em algumas residncias contm argnio gasoso a cerca de 0,5 atm para retardar a sublimao do

filamento de tungstnio. Estime o nmero de molculas de argnio em uma lmpada comum. Dados: dimenses (lmpada fluorescente:comprimento = 120 cm e dimetro = 4 cm) (lmpada de tungstnio: aproximar a forma de bulbo com a de uma esfera de dimetro 6 cm).

R: 0,1mg; 1,20x1021molculas

16. A gua expande-se ao congelar. Quanto trabalho uma amostra de 100,00 g de gua realiza ao congelar em 0oC e estourar um cano de gua

que exerce uma presso oposta de 1,070 atm? As densidades da gua e do gelo em 0oC, so 1,00 e 0,92 g cm -3, respectivamente.

R:-0,9J

17. Os gases se expandem, nos quatro cilindros de um motor de automvel, de 0,22L a 2,2L durante um ciclo de ignio. Imaginando que o

virabrequim exera uma fora constante equivalente presso de 9,60 atm sobre os gases, qual o trabalho realizado pelo motor em um

ciclo?

R:-1,9kJ

18. Um sistema foi aquecido usando-se 300J de calor, mas sua energia interna caiu 150J. Calcule w. O sistema realizou trabalho ou foi o

contrrio?

R:w = -450 J

19. Suponha que 1,00 mol de molculas de gs ideal, em 292K e 3,00 atm, sofra uma expanso de 8,00 L a 20,00 L e atinja a presso final por

dois caminhos diferentes. (a) o caminho A uma expanso isotrmica reversvel. (b) o caminho B tem duas partes. Na etapa 1, o gs

esfriado em volume constante at que a presso atinja 1,20 atm. Na etapa 2, ele aquecido e se expande contra uma presso externa

constante igual a 1,20 atm at que o volume atinja 20,00L e T = 292K. Determine o trabalho realizado, o calor transferido e a troca de energia

interna para os dois caminhos.

R: U q w

Pelo caminho reversvel (a) 0 +2,22 kJ -2,22 kJ

Pelo caminho irreversvel (b) 0 +1,46 kJ -1,46 kJ

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20. Suponha que 2,00 mols de CO2, tratado como um gs ideal, em 2,00 atm e 300 K, so comprimidos isotrmica e reversivelmente at a

metade do volume original, antes de serem usados para carbonatar a gua. Calcule w, q e U.

R:w = + 3,46 kJ; q = -3,46 kJ; U = 0

21. Um gs em um cilindro foi colocado em um aquecedor e ganhou 5500 kJ de calor. Se o volume do cilindro aumentou de 345 mL para 1846

mL contra uma presso atmosfrica de 750 Torr durante o processo, qual a variao da energia interna do gs dentro do cilindro?

R:+5499,8 kJ

22. Uma amostra de benzeno, C6H6, foi aquecida at 80C, seu ponto de ebulio. O aquecimento continuou at que 28 kJ fossem fornecidos.

Como resultado, 71g de benzeno, em ebulio, foram vaporizados. Qual a entalpia de vaporizao molar do benzeno no ponto de ebulio?

R:+30,76 kJ mol-1

23. A entalpia de fuso do metal sdio 2,6 kJ mol -1, em 25C, e a entalpia de sublimao do sdio slido 101kJ mol-1. Qual a entalpia de

vaporizao do sdio em 25C?

R:+98 kJ mol-1

24. Quando 0,113g de benzeno, C6H6, queimam em excesso de oxignio em um calormetro de presso constante calibrado, cuja capacidade

calorfica 551 J (oC)-1, a temperatura do calormetro aumenta 8,60C. Calcule a entalpia molar de combusto do benzeno

C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O (l)

R:-3,27 kJ mol-1

25. A gasolina, que contm octano, pode queimar at monxido de carbono se o fornecimento de ar for reduzido. Determine a entalpia molar

padro de reao da combusto incompleta, no ar, de octano lquido at o gs monxido de carbono e gua lquida, a partir das entalpias

padro de reao da combusto do octano e do monxido de carbono:

2 C8H18(l) + 25 O2(g) 16 CO2(g) + 18 H2O(l) Ho= -10942 kJ

2 CO(g) + O2(g) 2 CO2(g) Ho= -566 kJ

R:-3207 kJ

26. O metanol um combustvel lquido de queima limpa, que est sendo considerado o substituto da gasolina. Suponha que ele pode ser

produzido na reao controlada de oxignio do ar com metano. Determine a entalpia padro de reao da formao de 1 mol de CH3OH (l)

a partir de metano e oxignio, dadas as seguintes informaes:

CH4(g) + H2O(g) CO(g) + 3 H2(g) Ho= +206,10 kJ

2 H2(g) + CO(g) CH3OH(l) Ho= -128,33 kJ

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) Ho= -483,64 kJ

R:-164,05 kJ

27. A radiao, em um forno de microondas, absorvida pela gua da comida que se quer aquecer. Quantos ftons de comprimento de onda

4,50 mm so necessrios para aquecer 350g de gua de 25C at 100C? Imagine que toda a energia utilizada no aumento de temperatura

(dado Cp = 75 J K-1

mol-1

)

R:2,49 x 1027ftons

28. Coloca-se um cubo de gelo de 50,0g, em 0 oC, em um copo que contm 400g de gua, em 45C. Qual a temperatura final do sistema?

Imagine que no h perda de calor para a vizinhana.

Dados: Cs(H2O, slida, 0oC) = 2,03 J / (oC g); Cs(H2O, lquida) = 4,184 J / (

oC g); Hfuso= 6,01 kJ mol-1

R:31C

29. Imagine que um carvo de densidade 1,5 g cm -3 carbono puro (ele possui uma estrutura mais complexa, mas esta uma primeira

aproximao razovel). A combusto do carbono descrita pela reao:

C(s) + O2(g) CO2(g) Ho= -3,94 kJ mol-1

(a) Calcule o calor produzido quando um pedao de carvo de 7,0cm x 6,0cm x 5,0cm queimado.

(b) Estime a massa de gua que pode ser aquecida de 25C at 100C na queima deste pedao de carvo. Dado: Cp(H2O) = 75 J K-1mol-1

R:(a) 103,42 kJ; (b) 330,94 g de H2O

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30. Um estudante vai escola diariamente de bicicleta, num percurso de 10 milhas nos dois sentidos, o qual leva 30 minutos em cada direo.

O estudante utiliza 1250 kJ / h no esforo de pedalar. A mesma distncia necessitaria 0,40 gales de gasolina em um automvel. Imagine

que o estudante vai escola 150 dias por ano e que a entalpia de combusto da gasolina igual a entalpia de combusto do octano, cuja

densidade 0,702 g cm-3. Qual a energia gasta, em um ano, nesta jornada (a) pela bicicleta e (b) pelo automvel.

Dados: 1 milha = 1,61 km; 1 galo = 3,785 L; Hcombo(octano) = -5471 kJ mol-1

R:(a) 1,9 x 105kJ; (b) 7,6 x 106kJ

31. Dois estgios sucessivos da preparao industrial do cido sulfrico so a combusto do enxofre e a oxidao do dixido de enxofre atrixido de enxofre. A partir das entalpias padro de reao,

S(s) + O2(g) SO2(g) Ho= -296,83 kJ

2 S(s) + 3O2(g) 2SO3(g) Ho= -791,44 kJ

Calcule a entalpia de reao da oxidao do dixido de enxofre a trixido de enxofre na reao, 2 SO2(s) + O2(g) 2SO3(g)

R:-197,78 kJ

32. Calcule a entalpia de reao da formao do cloreto de alumnio anidro, 2 Al(s) + 3 Cl2(g) 2AlCl3(s), a partir dos seguintes dados:

2 Al(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g) Ho= -1049 kJ

HCl (g) HCl(aq) Ho= -74,8 kJ

H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g) Ho= -185 kJ

AlCl3(s) AlCl3(aq) Ho= -323 kJ

R:-1406,8 kJ

33. Durante exerccios fsicos, as gorduras reagem com gua para produzir cidos graxos. Estes so, ento, convertidos em gua e dixido de

carbono, uma reao que libera energia. O organismo usa essa energia para suas atividades. Um cido graxo tpico o cido lurico,

CH3(CH2)10COOH, que tem o mesmo nmero de tomos de carbono do acar sacarose, C 12H22O11. (a) que massa de sacarose necessria

para produzir a mesma energia que 15,00 g do cido lurico? (b) por que mais eficiente armazenar energia na forma de gordura do que na

forma de carboidratos?

Dados: Hfo(CH3(CH2)10COOH)= -774,6 kJ mol

-1; Hfo(C12H22O11)= -2222 kJ mol

-1; Hfo(CO2)= -393,51 kJ mol

-1;Hfo(H2O)= -285,83 kJ mol

-1

R:33,5 g de sacarose

34. Calcule a constante de equilbrio a 25oC da reao: H2(g) + Cl2(g)HCl(g). Dados: Hof= 35,63 kJ/mol; S

of= 10,25 J/mol

R:K = 1,96x10-6

35. Calcular Hor, Sor, e G

ora 298K para a reao de combusto da sacarose, C12H22O11(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(g), a partir dos valores

deHoe Sodas substncias envolvidas na reao:

Ho/ (kJ/mol) So/ (J / K.mol)

C12H22O11(s) -2222 360,2

O2(g) 0 205,138

CO2(g) -393,51 213,74

H2O(g) -285,83 69,91

R:G = -5796kJ/mol

36. Um peixe dourado, nada dentro de um aqurio cuja temperatura da gua igual a 20oC. Aps um determinado tempo, o peixe transfere 120J

de calor a gua como resultado de seu metabolismo. Qual a mudana na entropia da gua?

R:S =0,402 J/K

37. Qual a mudana na entropia de 100g de gua quando esta aquecida a partir da temperatura ambiente (20 oC) temperatura corporal

(37oC)? Dado: Cp = 75,5J/K.mol

R: S =23,6 J/K

38. Suponha que, quando voc se exercita, h o consumo de 100g de glicose e que toda a energia liberada como calor permanece em seu corpo

(temperatura 37oC). Assim, qual a mudana na entropia (S) do seu corpo? Dado: Hcombusto= -2808 kJ/mol

R: S =5,03kJ/K

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39. A figura seguinte mostra uma seo transversal de uma lata de bebidas autorefrigerante.

A lata equipada com um revestimento externo contendo carbonato de sdio (Na2CO3), que se dissolve na gua rapidamente de maneira

endotrmica.

Na2CO3(s) 2Na+(aq) + CO3

2-(aq) Ho= 67,7 kJ

O usurio adiciona gua ao revestimento externo, e o calor absorvido na reao qumica resfria a bebida. Considere que a lata contm 200

g de bebida, o revestimento contm 55 g de Na2CO3e so adicionados 100 g de gua. Se a temperatura inicial da lata e da gua de 32 C

em um dia de vero, qual a temperatura mais baixa que a bebida pode atingir? A lata em si tem uma capacidade calorfica de 40 J oC -1.

Suponha que tanto a soluo de Na2CO3quanto a bebida tenham a mesma capacidade calorfica da gua pura, 4,184 J g-1oC-1.

R: T = 9oC

40. A chamada economia do hidrognio baseia-se na produo de hidrognio a partir da gua usando energia solar. A combusto do gs faz-

se de acordo com a reao: 2H2(g) + O2(g) 2 H2O(l). Uma das principais vantagens de usar hidrognio como combustvel o fato de ele

no ser poluente. Uma grande desvantagem que ele um gs e, portanto, mais difcil de armazenar do que um combustvel lquido ou

slido. Assim, calcule o volume de hidrognio, a 25 C e 1,00 atm, necessrio para produzir uma quantidade de energia equivalente obtida

na combusto de um galo de octano (C8H18). A densidade do octano 2,66 kg/galo e os valores de Hofdos compostos envolvidos so:

Hof(C8H18) = -249,9 kJ / mol; Hof(CO2) = -393,5 kJ / mol; H

of(H2O) = -285,8 kJ / mol. Dados: 1 galo = 3,785 L e reao de formao do

octano (no balanceada):

C8H18(l) + O2(g) CO2(g) + H2O(l)

R:1,09x104L