- 2009- PROGRAMA DE REVISÃO INTENSIVA PARALELA “RUMO AO VESTIBULAR” Disciplina Tema Professor Natureza Dia / Mês / Ano Código Sequencial Química Estudo dos gases Regina Rumo ao Vestibular AULA 11 ESTUDO DOS GASES Gases ideais ou perfeitos Um gás perfeito é um gás hipotético. Por definição, é aquele que obedece, rigorosamente, às leis de Boyle e Charles, ou seja: a) b) As moléculas de um gás perfeito não exercem atrações entre si em quaisquer condições de pressão e temperatura. O volume de uma única molécula de um gás perfeito é desprezível em relação ao volume ocupado por esse gás. “À temperatura constante, uma determinada massa de gás ocupa um volume inversamente proporcional à sua pressão”. V V1 Isoterma – em toda a extensão da curva, a temperatura é constante. V2 P1 2 – Isobárica P2 P A expressão “estado de um gás” designa a situação em que esse gás se encontra .Especificar o estado de um gás significa dizer qual é o valor de sua pressão, temperatura e do seu volume.Assim P, T e V são variáveis de estado. Pressão (T) Pressão de um gás é a manifestação da colisão de suas moléculas com a parede do recipiente. P = 1 atm = 760 mmHg = 760 torr P = 1 bar = 100 kPa Volume (V) V = 1 L = 1000 cm3 V = 1 m3 = 1000 L Temperatura (T) A temperatura é sempre em Kelvin (temperatura absoluta). T(K) = 273 + T(°C) Uma alteração em qualquer uma dessas variáveis, constitui uma mudança de estado do gás, ou seja, uma transformação. As transformações mais comuns sofrida pelos gases podem ser classificadas como: 1 – Isotérmica Nesse tipo de transformação, a temperatura se mantém constante durante o processo. É conhecida como Lei de Boyle-Mariotte: PT.VT = nT . R . T nT = na + nb + nc + ... Durante a transformação, a pressão se mantém constante. É conhecida como Lei de Charles ou Charles-Gay Lussac: “À pressão constante, o volume ocupado por uma determinada massa de gás é diretamente proporcional à sua temperatura absoluta”. V V1 V2 T1 T2 T 3 – Isométrica, isovolumétrica ou isocórica À transformação ocorre à volume constante. “A volume constante, a pressão de uma determinada massa de gás é diretamente proporcional à temperatura absoluta”. P P2 P1 T1 T2 T xa = na n .) de um componente em uma mistura gasosa. R .082 atm.. xa = na nT A soma das frações molares de todos os gases presentes na mistura deve ser igual a 1.K R = 8. Pressão parcial (Pa. também. Pb. A pressão parcial de cada componente de uma mistura gasosa é proporcional à quantidade de matéria desse componente na mistura. nb mols de partículas do gás B. O volume total de uma mistura gasosa é igual à soma dos volumes parciais dos gases que compõe a mistura.L/mol... É a partir da Equação de Clapeyron que deduzimos o volume molar de um gás ideal nas CNTP (0ºC e 1 atm) como 22.L/mol. xb.L/mol. usamos a Lei Geral dos Gases (ou equação geral dos gases perfeitos ). VT = Va + Vb + Vc + . P1V1 = P2V2 T1 T2 Quando nosso interesse é a quantidade de gás dentro de um recipiente.” Como cada componente é responsável por parte da pressão total. quando multiplicada por 100. isobárica e isovolumétrica). PT = Pa + Pb + Pc + .. Seu cálculo pode ser feito de duas maneiras : 1) Pelo uso da regra de três. T é a temperatura em graus Kelvin VT é o volume total ocupado pelos gases valor Fração molar em quantidade de matéria (xa. . .doc OBS : R é uma constante e tem seu correspondente à unidade da pressão...1023 partículas = M (g/mol) 2) Pela utilização da fórmula. usamos a Equação de Estado do Gás ou Equação de Clapeyron.. que não envolvam quantidades (seja em gramas. xc.VT = nT . PV = nRT Onde R é uma constante conhecida como “constante universal dos gases perfeitos” e seu valor depende da unidade da pressão utilizada.K Como os valores de R são calculados com o volume na unidade litros.3 mmHg. xb. nas mesmas condições de temperatura e pressão.. n = m M 184249939. T nT = na + nb + nc + . Pressão total (PT) A pressão total é a soma de todas as pressões parciais que cada componente exerce no sistema em que se encontra. etc.. Quantidade de matéria total (nT) É a soma das quantidades de matéria de todos os gases presentes em um recipiente. xa + xb + xc.315 kPa. sabendo que: 1 mol = 6.. Misturas gasosas Trata-se do estudo onde há mistura de gases. Esteja atento aos casos particulares desta equação (isotérmica.. R = 0. indica a porcentagem em volume (volume parcial) desse componente na mistura.) Fração molar é a relação entre a quantidade de matéria do gás A (na) e a quantidade de matéria total (nT) da mistura gasosa.. VT 2 . = 1 OBS : A fração molar (xa.Equações dos gases Quando queremos comparar o estado inicial e final de um gás em uma transformação gasosa.. na unidade LITROS.02. a equação de Clapeyron será escrita da seguinte maneira: PT. mol ou moléculas). Esse fato é conhecido como “Lei das Pressões Parciais ou Lei de Dalton .K R = 62. nos cálculos que utilizam a equação de Clapeyron o volume deve ser utilizado. Pc. surgiu a expressão pressão parcial . n c mols de partículas do gás C. PT Volume parcial : Lei de Amagat Todas as fórmulas vistas para o cálculo das pressões são válidas quando se trata de volume.) A pressão parcial que um gás exerce em uma mistura gasosa é igual àquela que ele exerceria se estivesse sozinho ocupando o mesmo volume da mistura (VT). apenas simplifique a Lei Geral. Por esse motivo podemos escrever: Pa = xa . Para uma mistura gasosa com n a mols de partículas do gás A. Va = xa .4 L. e não decore outras fórmulas. dessa mesma massa gasosa a 273 oC e 2 atm ? 500 mL de gás sulfídrico a 150 °C e 700 mmHg são reduzidos às CNTP. em cm3. Imediatamente acima do solo. em °C. em litros. Imediatamente acima do solo. qual o volume. Qual o volume. admitindo que a massa de gás contida no interior da bolha e a temperatura permaneçam constantes? (UFU-MG) A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Exercícios avançados 1. qual será a nova temperatura. os ventos e a chuva. de um recipiente que contém 2 mols de CO2.66 atm 16380 mL 0. em atm. que o sistema pode atingir sem explodir ? Certa massa de gás hélio. a 1. a temperatura no seu topo é de –50oC e sua pressão é de 0. em mililitros. será: a) Menor. o volume ocupado por um gás depende da pressão a que é submetido.00 atm e 27oC for solto.5 atm.6 cm 3.00 mmHg. 480K / 207°C 40K / -233°C 8. onde a pressão atmosférica é de 684 mmHg. ao nível do mar. na qual ocorrem as nuvens. Seu volume. no estado gasoso.2 atm.8 cm3 17. Ela tem uma altura aproximada de 10 km. Qual será o volume. Calcule a qual temperatura a pressão do gás hélio nesse recipiente será igual a 190 mmHg Uma bolha de ar se forma no fundo de um lago. uma amostra de O2 ocupa um volume de 441. 3.50 atm. d) Permanecerá constante. na qual ocorrem as nuvens.92 atm. pois a pressão externa aumenta com a altitude. qual a temperatura. 10. em K ? Dados: 1 atm = 760 mmHg 10. a 298 K e sob pressão de 2280 mmHg.2 K Alternativa B 2.62 mL quando sob pressão de 740. Sabendo-se que o sistema suporta uma pressão de até 3 atm. Se essa mesma massa gasosa for transferida para um recipiente 20 L menor e a pressão diminuir de 1 atm. numa altitude de 3000 m considerando que não haja variação de temperatura. 8. pois a pressão externa aumenta com a altitude. a 27 oC e 4. Um recipiente fechado e indeformável contém uma certa massa de gás ocupando um volume V. 9. obtido ? Um gás ocupa um volume de 25 L a 27°C e 2 atm. a 127 °C e 2. c) Permanecerá constante. 184249939. em litros. cheio com gás hélio até um volume de 12 litros. 7.5 atm. pois a pressão não varia com a altitude. Que volume. 2. em mL. 6. localiza-se uma região da atmosfera conhecida como troposfera. 4. Ela tem uma altura aproximada de 10 km. 8.doc . pois a temperatura se manteve constante. os ventos e a chuva. exerce uma pressão de 1. após o lançamento. Se um balão resistente a altas pressões. mantida num recipiente fechado e indeformável a –33 °C. 5. terá esta bolha quando subir à superfície. em litros. e) Maior. 3.3 litros. localiza-se uma região da atmosfera conhecida como troposfera. Um balão propaganda cheia de gás hélio. a temperatura no seu topo é de –60 oC e sua pressão é de 0. 3 5. Respostas dos exercícios conceituais 1.297L 960K / 687°C 119. qual o volume. 3. b) Maior. Calcule a massa molecular dessa substância . Que volume. Se um balão resistente a altas pressões. Se duplicarmos a pressão. A esta pressão. ocupam um volume de 12. ocupará essa massa gasosa quando sob pressão de 1. em mL. 6.25 atm. (UFU-MG) A atmosfera é composta por uma camada de gases que se situam sobre a superfície da Terra. Assim. 9.04 L 3. 7. deste balão quando chegar ao topo da troposfera? Certa massa de hidrogênio ocupa um volume de 0. onde a pressão é de 2.0 atm ? Calcule o volume. em o C. 2. qual a temperatura.Exercícios conceituais 1. A que pressão. a bolha tem um volume de 3. pois a pressão externa diminui com a altitude. essa mesma massa ocupará um volume de 1 m3 na temperatura de 1727 oC ? Certa massa gasosa ocupa um volume de 10 litros a –23 oC e 1140 mmHg.à temperatura de 327 oC e à pressão de 3 atm. a 760 mmHg e 27 oC for solto. necessária para que ele ocupe um volume de 40000 cm3. cheio com gás hélio até um volume de 10 litros. deste balão quando chegar ao topo da troposfera? À temperatura constante. 4. Certa massa gasosa ocupa um recipiente de 50 L. 30 gramas de uma substância pura.5 m3 a 0oC e 1 atm. ocupa um volume de 250 L. 4. Qual a massa molecular de um gás. Há dois recipientes distintos.00 atm.4 g de dióxido de enxofre. H=1 a) b) c) d) e) NH2 NH3 NH4 N2H5 N2H4 6. Dados : C=12 e O=16 Um cilindro de oxigênio hospitalar foi substituído quando ainda continha o gás sob pressão de 3. (MACK) Certa massa gasosa ocupa um volume de 112 cm3 a 1 atm de pressão e temperatura de 77ºC. em mL. 30 gramas de uma substância pura. O cilindro foi deixado ao sol de verão onde atingiu a temperatura de 40 oC. Calcular. Certa massa de hidrogênio ocupa um volume de 100 cm3 a –73 °C e 5 atm. Sabendo que 4. Dados : massa atômica do oxigênio=16 g/mol 21.20 L à temperatura de 127°C e à pressão de 1520 mmHg.12 L a 273 o C e 2.à temperatura de 327 oC e à pressão de 3 atm. Justifique sua resposta demonstrando os cálculos. do gás hélio (peso molecular 4. A massa do gás é de 19. em °C. pode-se deduzir que sua fórmula molecular é : Dados : N=14 .5 mols desse gás ocupam o volume de 50 litros à pressão de 1246 mmHg na referida temperatura ? 11. H=1 a) b) c) d) e) C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 C6H14 8.0 m3 e está a uma temperatura de 23 °C abaixo de zero e a uma pressão de 20. identifique em que recipientes estão contidos os gases oxigênio e ozônio. exercida por 11 g de CO2 contidos num recipiente de 500 mL a 15 oC. para que ela ocupe 3. no estado gasoso. Que volume.82 atm ? Dadas as massas atômicas: O=16 . Se 4.5 atm. A e B.0 x 293 313 atm atm CNTP. 16. 17.0 atm a 20 oC. em quilos.. ocupam o volume de 8.25 g de um gás ocupa um volume de 2. 670 g de um certo gás Yn ocupam 0.3 litros. sabendo que 2. substância usada como combustível em foguetes.48 L de hidrazina gasosa. que essa quantidade de gás ocupará ? Dados : Massa atômica do oxigênio = 16 g Calcule a pressão. S=32 19. sabendose que o gás ocupa um volume igual a 5.5 atm e à temperatura de 27°C. ocupam um volume de 12. em °C.2 L a 0. (ITA-SP) Calcule a massa. Calcule a massa molecular dessa substância . no estado gasoso.0 x 313 293 3. contida num balão. 7.0 x 20 40 atm atm 10.0 g de uma substância pura orgânica.0 x 40 20 3. Se o peso atômico de Y é 15. A hidrazina. Qual o volume. ocupará 100 mols de oxigênio quando a temperatura for de 0 oC e pressão de 760 mmHg ? Necessita-se armazenar certa quantidade de oxigênio gasoso.0 u. sabendo que 0.2 g. Qual será o volume. dessa mesma massa gasosa a 0 oC e 1 atm? Dados : Massa molecular da glicose = 180 g 12. apresenta fórmula mínima NH 2.0 x 20 x 40 atm 3. e o outro gás ozônio (O3). O volume ocupado pela mesma massa gasosa a 27ºC de temperatura e 5 atm de pressão será igual a: 4 . 18. atm. 13.5.50 atm. pesam 6. em litros. 9.0 L a –23 oC e 1140 mmHg. Sabendo-se que o recipiente A contém uma massa de 24 gramas de gás a uma pressão de 1. A pressão do oxigênio no cilindro ficou igual a : Dado a massa molar do O = 16 a) b) c) d) e) 3. de capacidade 8.0). 15.doc 20. em mL. à temperatura de 277 oC e à pressão de 1. a temperatura necessária para que a mesma massa de hidrogênio ocupe um volume de 1 litro a 760 mmHg. devemos aquecer uma amostra de 6. A que temperatura. calcule a massa molecular desse gás. Qual é a temperatura de um gás (em graus celsius). nas 184249939.05 litros a 27 oC e 3 atm.2 L. Certa massa gasosa ocupa um volume de 10.800 g desse gás ocupa o volume de 1. 3. Um deles contém gás oxigênio. em. 29. A fórmula mais provável do gás é : Dadas as massas atômicas : C=12 .4 g. então o gás tem que fórmula molecular ? 14.2 m3 medidos nas CNTP. 7 L b) 1119. Quantos mols de O2 são consumidos por uma pessoa que pesa 70 kg. devido à irradiação solar. O = 16. os gases X e Y. Calcule nestas condições: a) o volume do balão meteorológico.082 atm.doc 5 . representado por K.0 a) N2 b) CO2 c) H2S d) CH4 e) H2 (Pucsp) Um cilindro de 8. R = 0.92 centímetros cúbicos c) 9. a) 19.20 litros b) 1. (VUNESP) Enquanto descansa. a 27°C e 1atm.70 Exercícios extras 6. Se V=1.3.L/K. S = 32. (Unicamp) Uma garrafa de 1.atm/mol. d) 2240 L.mol-1 4. (Unitau) Qual a massa molecular de 45g de uma substância gasosa que está dentro de um recipiente de 3 litros a uma pressão de 5atm e a uma temperatura de 27°C? Dado: R = 0.5 litros.60 centímetros cúbicos 22.83 c) 0. Este gás deve ser: Dados: H = 1. medida em Kelvin. indeformável e seca. c) 1230 L. e a do gás Y é 0. a) Qual era a pressão no interior da garrafa no instante imediatamente anterior à expulsão da tampa plástica? b) Qual é a pressão no interior da garrafa após a saída da tampa? Justifique. mantidos à mesma temperatura e pressão. Constante dos gases ideais R = 62L. O = 16.10 e) 0.0. (Ufes) O volume V de um gás ideal é diretamente proporcional a sua temperatura absoluta.5atm. N = 14. S = 32. foi fechada por uma tampa plástica.082 L. contém 100mols de gás hélio (He). Um estudante abre a válvula do cilindro deixando escapar o gás até que a pressão seja reduzida para 7. Após ascender a uma altitude de 15km. a pressão do gás se reduziu 100mmHg e a temperatura. Aberto na atmosfera. até esgotar todo o conteúdo.K (Fatec) Dois frascos de igual volume. essa garrafa foi colocada ao sol e. A pressão ambiente era de 1.48g.20 centímetros cúbicos e) 9. b) a densidade do Hélio em seu interior. Considerando que Y é o ozônio (O3). em uma hora de descanso? Dado: R = 0.K-1. c) 63 atm e 280 g. respectivamente. a temperatura em seu interior subiu para 57°C e a tampa foi arremessada pelo efeito da pressão interna. e) 63 atm e 140 g. b) 30 atm e 160 g.0. d) 2. 184249939. no instante de seu lançamento. (Cesgranrio) Um cilindro rígido contém 1400g de nitrogênio puro.500 cm¤ quando T= 300K.3 L.7 atm e 20 g. após certo tempo. e) 2460 L. a uma temperatura de 77ºC e pressão de 623 mmHg. N = 14. Supondo-se que a temperatura permaneça constante.L/mol.mol-1 Massa molar de He = 4g.57 d) 0.5 L. 2.2L de capacidade contém 320g de gás oxigênio a 27°C. C = 12.0 atmosfera e a temperatura de 27°C. por kg de massa do corpo. aumentou para 77°C. 1. A massa do gás X é 0. mol) a) 110.14 x 10 –3 b) 6.34g. Em seguida. qual será a temperatura quando o volume for 2.mmHg. contêm. 7. (PUC) 22 g de um gás estão contidos em um recipiente de volume igual a 17. 5.500cm? Qual será o volume quando a temperatura for 200K? Esboce um gráfico que represente a relação entre V e T.K a) 8.60 litros d) 19. a 25ºC e 1 atm.0. respectivamente: a) 30 atm e 240 g.0. C = 12 a) NO b) H2S c) SO2 d) CO2 e) NH3 23. a pressão inicial no cilindro e a massa de gás liberada serão. (Unicamp) Um balão meteorológico de cor escura. o gás X é: Dados: Massas atômicas H = 1.082 atm. o volume de N 2 liberado terá sido de: (N = 14. o corpo de uma pessoa consome 200 mL de oxigênio por hora. 9. 14. 2. o volume do gás depende da sua posição na tabela periódica b) duplicando-se a pressão de um gás e a temperatura. será necessário encher de gás um balão de 16. mantendo-se a pressão constante. 5. (Unitau) Se numa transformação isobárica.torr. (cftce 2004) Quanto aos gases. temos volume diretamente proporcional à pressão 10. (Ufscar) Cianogênio. d) duplicará seu valor.Vi.8. (cftce 2005) Quanto aos gases. b) aumentará na proporção de 7/4.238x106 mL 18040 mL 11. a 27 °C e 1 atm. 15. pressão e massa de um gás é chamada equação de Clapeyron c) nas transformações isométricas. Charles e Gay-Lussac. d) 64g de dióxido de enxofre. enquanto a temperatura e a pressão permanecem constantes d) a 1 atm. é CORRETO afirmar que: a) sob pressão de uma atmosfera e temperatura ambiente. é correto afirmar que: a) a 1 atm. (Fatec 2006) Algumas companhias tabagistas já foram acusadas de adicionarem amônia aos cigarros.Vf. c) a pressão aumenta com o aumento da temperatura se o gás estiver fechado em um recipiente rígido. 12. Nestas condições.7 u 17 u 2. o que fortalece a dependência.0. é possível obter a equação Pi.2% de C e 53.mol-1. um gás tóxico. numa tentativa de aumentar a liberação de nicotina. 13.8% de N. 760 mmHg e 273 K. 3. aproximadamente: a) 49 b) 4.49 d) 0.doc 6 . uma massa gasosa tiver seu volume aumentado de 3/4.9 c) 0. 20.4L que a 127°C suporta a pressão máxima de 2.K-1. (Pucsp) Para a realização de um experimento.0 × 10-4 mol de amônia.0atm. 14. Dado: R = 0.049 e) 0. 760 mmHg e 273 K. e) triplicará seu valor. a massa de 1. 8. O volume de NH3 gasoso. (Ufu 2004) Em relação aos gases. é INCORRETO afirmar que: a) o volume do gás diminui com o aumento da temperatura.0. PV=nRT. 0. em massa.496L. c) 45g de etano. d) difundem-se rapidamente uns nos outros.0°C=273K. N=14. Suponha que uma amostra de cigarro libere 2. 29700 mL 430 mL 10 L 40. 7. e) 78g de acetileno (etino). mol-1) a) 10g de hidrogênio. 10. b) exercem pressão sobre as paredes do recipiente onde estão contidos. R=0. 4. c) C2‚N. em mL. C=12.808 atm A 127°C 16.4 litros b) a equação de estado que relaciona volume. R≈62L. o volume fica naturalmente duplicado c) associando-se as equações correspondentes às leis de Boyle. c) diminuirá na proporção de 7/4. o volume varia.38 L 16 u Y5 E 20 kg 127°C 40 u 47°C C Recip A=O3 / recip B=O2 9. K-1. 0=16 e S=32.082 atm × L × K-1 × mol-1. (Massas molares em g/mol: C=12. 11. L. 16.04g de cianogênio ocupa um volume de 0. b) 24g de metano. A 27°C e 750torr. 19. 18.0049 12. 17. temperatura. 13. um mol de qualquer gás ocupa o volume de 22. d) C2N2.) A fórmula molecular do cianogênio é: a) CN. 6. e) C3N2. a temperatura: a) permanecerá constante. Respostas dos exercícios avançados 1. o volume de um mol de gás depende de sua posição na tabela periódica e) a expressão PV = nRT representa a lei de Boyle 11. será.082(atm. b) CN2.Ti d) a equação PV = nRT só é válida para gases ideais nas CNTP e) na lei de Boyle. a quantidade mais adequada para encher o balão é: Dados: H=1.Tf = Pf. 184249939. é composto de 46. [C] 8. [D] 12. MM = 73.1 atm b) P = 1. Observe a figura a seguir: 2. [B] 184249939. [D] 13. [C] 10. D 22.0 atm 4. a) V = 21700 L b) d = 0. [A] 7. [A] 14. [B] 9. [B] 11.0184 g/L 3. [C] 6. C Resposta dos exercícios extras 1. a) P = 1.doc 7 . D 23.8 u 5.21.