Revisão para a 1 prova · m constante no intervalo de temperatura estudado: D + D = − = − D...
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CQ 050 FÍSICO QUÍMICA EXPERIMENTAL I Revisão para a 1 a prova UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
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CQ 050 FÍSICO QUÍMICA EXPERIMENTAL I
Revisão para a 1a prova
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ
SETOR DE CIÊNCIAS EXATAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
PRÁTICA 01 – DENSIDADE DOS GASES
• O Gás Perfeito (ideal)
1ª Hipótese: as moléculas se encontram em movimento desordenado,
regido pelo princípio da Mecânica Newtoniana.
2ª Hipótese: as moléculas não exercem força umas sobre as outras,
exceto quando colidem, de maneira que as colisões entre as mesmas
são perfeitamente elásticas;
3ª Hipótese: as colisões das moléculas entre si e contra as paredes do
recipiente que as contém são perfeitamente elásticas e de duração
desprezível;
4ª Hipótese: as moléculas têm dimensões desprezíveis em
comparação com os espaços vazios entre elas.
mpV RT
M
m
V
m RTp
V M
=
=
=
RTp
M
pM
RT
=
=
pV nRT = Ex.: Qual a densidade do CO2 a 0oC e 1 atm?
1
1 -1
1atm 44,01g.mol
0,08206atm L mol K .273,15K
−
−
=
11,963 g L− =
Dado do Handbook of Chemistry and Physics
11,976 g L− =
lab lab ref
ref ref lab
p T
p T
=
Erro de 0,66 % Logo, podemos dizer que o
CO2 tem comportamento de gás perfeito nas
CNTP
No laboratório a exp foi determinada por: m
V =
E a ideal foi calculada por:
2
2
CO
CO atm v 2
p M onde p p p (H O)
RT = = −
Prática 2 - DETERMINAÇÃO ELETROQUÍMICA DA CONSTANTE DE AVOGADRO
ELETRÓLISE DE SOLUÇÃO AQUOSA DE NaOH:
Polo positivo (oxidação):
2H2O(l) → O2(g) + 4H+(aq) + 4e Eo = +1,83V
4OH- → O2 + 2H2O + 4e Eo = +0,40V
Cu → Cu2+ + 2e Eo = + 0,34V
Polo negativo (redução):
2H2O(l) + 2e → H2(g) + 2OH–(aq) Eo = -0,83V
Na+(aq) + e → Na(s) Eo = -2,71V
Então:
Da lei de Faraday, sabemos que a carga transportada por ummol de elétrons é 1 Faraday (1F = NAV.e) .
Analisando a semirreação catódica temos que:4e ----- 2 mol de H2
4 F ---- 2 mol de H2
4.NAV.e -----2 mol de H2
2H
pVn
RT=
4.NAV.e ----- 2 mol de H2
i. Dt ------ pV
RT
Av
R T i tN
2p V e
D=
onde: p = p(H2) = patm - pV(H2O)R = constante universal dos gasese = 1,602 x 10-19 Cg = 9,78 m.s-2
tempo/s V / mL i / mA
0 0 44,5
180 1,1 45,4
360 2,2 46,2
540 3,3 45,3
720 4,4 47,2
900 5,5 45,3
1080 6,6 46,2
1260 7,7 46,3
1440 8,8 45,2
1620 9,9 44,3
1800 11,0 44,1
corrente média
45,45mA
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
0
2
4
6
8
10
12
Vo
lum
e / m
L
tempo / s
Equation y = a + b*x
Adj. R-Square 1
Value Standard Error
B Intercept 0 1,86712E-16
B Slope 0,00611 1,75334E-19
temp = 22,0°C p = 693,9 mmHg
AV
R T iN
2p e coef.ang.
=
19
1 1
AV 3
23 1
AV
RTit 62,3637mmHg L mol K 295,15K 0,04545A 1800sN =
2pVe 2 693,9mmHg 11,0x10 L 1,602x10 C
N 6,18x10 mol
−
− −
−
−
=
=
Coef ang = 6,11x10-3mL.s-1 = 6,11x10-6L.s-1
Cálculo usando a fórmula e t = 1800s
19
1 1
AV 6 1
23 1
AV
62,3637mmHg L mol K 295,15K 0,04545AN
2 693,9mmHg 1,602x10 C 6,11x10 L.s
N 6,16x10 mol
−
− −
− −
−
=
=
Prática 3 - Calorimetria
Veja procedimento na apostila.
Ex de dados obtidos:
Parte I
T1 = 17,8°C T2 = 59,2°C T3 = 36,5°C
Ccal calculado igual a 89,497 J.K-1
Parte II
T1 = 37,8°C T2 = 0,0 °C T3 = 30,2°C mgelo = 15,063g
Q fusão calculado igual a 5130,5 J
Calor latente = 5130,5 / 15,063 = 340,6 J.g-1
DfusH= 360,6 J.g-1 x18,04g.mol-1 = 6144 J.mol-1
Parte III
T1 = 18,1°C T2 = 87,5 °C T3 = 20,9°C mmetal = 59,366g
calor específico calculado = 0,656 J.g-1.K-1
V = 7,2 mL = 8,25 g.mL-1
Quando um líquido é colocado em um recipiente fechado e sob vácuo,
suas moléculas escapam da fase líquida para a fase gasosa até que se
atinja um equilíbrio a uma dada temperatura. Esse equilíbrio é dinâmico,
com moléculas passando do estado vapor ao estado líquido e vice-
versa. A pressão de vapor é definida como a pressão exercida por esse
vapor em equilíbrio com o líquido a essa dada temperatura.
http://labvirtual.eq.uc.pt
Prática 4 – Pressão de vapor e DvapH da água
A condição necessária do equilíbrio é que os potenciais químicos
das fases presentes sejam iguais. Quando existem duas fases
presentes, a condição onde o líquido puro está em equilíbrio com seu
vapor, é descrita pela seguinte equação:
(líquido) = (vapor)
Para o equilíbrio entre uma fase líquida () e a fase de seu vapor
(), aplicam-se as equações:
V
S
dT
dp
trs
trs
D
D=
dpVdTSdpVdTS
dd
,m,m,m,m
+−=+−
=
dp)VV(dT)SS(,m,m,m,m
−=−
Equação de Clapeyron aplicada a uma
substância pura
)VV(T
H
dT
dp
liq,mgás,m
mvap
−
D=
T
dqdS rev=
Como: Vgás - Vlíquido Vgás , a equação de Clausius-Clapeyron torna-se:
Admitindo-se comportamento de gás ideal temos
que: p
RTV
n
Vm
==
RT
Hp
dT
dp2
mvapD
=Então: 2
mvap
RT
H
dT
1
p
dp D=
2
mvap
RT
H
dT
plnd D=
Equação de Clausius-Clapeyron
gás,m
mvap
TV
H
dT
dp D=
T
HS trs
trs
D=D
Da 2ª Lei temos que:
Na temperatura de equilíbrio, a transformação é reversível
Substituindo na eq. de Clapeyron temos:
VT
H
dT
dp
V
S
dT
dp
trs
trs
trs
trs
D
D=
D
D= Equilíbrio líquido-vapor:
e,
portanto,
2
mvap
RT
H
dT
plnd D=
R
H
)T/1(d
plnd mvapD
−=
bT
1
R
H
p
pln
vap
o+
D−=
y = a x + b
Supondo ΔvapHm constante no intervalo de temperatura
estudado:
D+
D−=
−
D−=
o
vapvap
o
o
vap
o
T
1
R
H
T
1
R
H
p
pln
T
1
T
1
R
H
p
pln
No experimento foram feitas várias medidas que permitiram calcular a pressão de
vapor da água em várias temperaturas. Assim, o tratamento dos dados envolveu
a construção de um gráfico ln (pV /po) versus 1/T cujo coeficiente angular
permitirá o cálculo do DvapH.
Obs.: Para a água To = 373,15 K a po = 1x105 Pa
b
COMO CALCULAR A PRESSÃO DE VAPOR DA ÁGUA COM ESSE APARATO:
p atm = par + pv + g Δhlíq
par = patm - gΔhliq
nar = parVar/RT
pv = patm - par - g Δhliq
A 0oC faz-se a aproximação que pV = zero,
então:
onde Var = πr2 Δhgas
Nas demais temperaturas:
como nar é constante pode-se calcular pV
onde par = nRT/(π r2 Δhgas)
Exemplo de dados experimentais obtidos:
patm = 691,7 mmHg = 92219,08 Pa raio do tubo = 0,00455m
A 0oC par = 89370,08513 Panar = 3,3186x10-4 mol = 3,32x10-4 mol
tem
p/o
C
T /
K
Dh
liq
/ cm
Dh
gás
/ c
m
/
kg.m
-3
V g
ás /
m3
par
/Pa
pv/P
a
T-1
/K-1
ln(p
V/P
a)
ln(p
V/p
o)
0 273,15 32,2 13,3 999,8 8,4611E-06 89070,5521 -- -- --
50 323,15 27,3 18,2 988,04 1,1578E-05 77004,7211 12576,3536 0,0030945 9,4395736 -2,07335
55 328,15 26,2 19,3 985,69 1,2278E-05 73739,4136 15953,9760 0,0030473 9,6774633 -1,83546
60 333,15 24,9 20,6 983,2 1,3105E-05 70138,6137 19686,1603 0,0030016 9,8876711 -1,62525
65 338,15 23 22,5 980,55 1,4314E-05 65179,5644 24833,8686 0,0029573 10,119963 -1,39296
70 343,15 20,2 25,3 977,76 1,6095E-05 58823,1209 31464,3378 0,0029142 10,356610 -1,15632
75 348,15 17,2 28,3 974,84 1,8004E-05 53353,7002 37225,5452 0,0028723 10,524750 -0,98817
80 353,15 11,9 33,6 971,79 2,1375E-05 45583,1689 45504,9247 0,0028317 10,725575 -0,78735
DHvap = 40,8 kJ/molValor verdadeiro = 42,3 kJ/mol
pV a 25 oC= 3528 PaValor verdadeiro = 3169 Pa
0,00280 0,00285 0,00290 0,00295 0,00300 0,00305 0,00310 0,00315
9,6
10,0
10,4
10,8ln
(pV/P
a)
T-1/K
-1
Equation y = a + b*x
Adj. R-Square 0,99898
Value Standard Error
B Intercept 24,64326 0,18933
B Slope -4911,97458 63,9369
0,00280 0,00285 0,00290 0,00295 0,00300 0,00305 0,00310 0,00315
-2,0
-1,6
-1,2
-0,8
ln(p
v/p
o)
T-1/K
-1
Equation y = a + b*x
Adj. R-Square 0,99898
Value Standard Error
C Intercept 13,13034 0,18933
C Slope -4911,97458 63,9369
DHvap = 40,8 kJ/molValor verdadeiro = 42,3 kJ/mol
pV a 25 oC= 3528 PaValor verdadeiro = 3169 Pa
OU
PRÁTICA 5 – Expansão adiabática do ar
Vp
1
V
1p isoterma:
adiabática:
Na etapa (1 → 2), adiabática, temos que: p1/p2 = (V2/V1)
Na etapa (2 → 3), isovolumétrica: (T1 = T3) p2/p3 = T2/T1
Na etapa (1→3), isotérmica (V3 = V2) p1/p3 = V2/V1
Substituindo a última equação na primeira vem: (p1/p2) = (p1/p3)
= ln(p1/p2)/ln(p1/p3)
Ex. de dados:
h1 = 30,0 cm h3 = 8,5 cm
patm = 692,0 mmHg = 21,5 oC
p1 = 95193,08 Pa p2 = 92259,08 Pa p3 = 93090,38 Pa
= 1,40
Cálculos:
( )( )
=1 2
1 3
ln p p
ln p p
Formulário:
pV nRT =
V
m =
= ln(p1/p2)/ln(p1/p3) p,m V,mC / C =
1atm = 760 mmHg = 101325 Pa
R = 8,314 J.mol-1.K-1 = 0,08206 atm.L.mol-1.K-1
cteT
1
R
H)p/pln( o +
D−= po = 1 bar = 1x105 Pa
Q mc T= D Q C T= D
AV
R T i tN
2p V e
=
19e = 1,602x10 C−
1a Prova: 19 de setembro
13h30 – Laboratório de Ensino15h30 – sala PQ 12
