Estudo dos Gases e suas transformações., Notas de aula de Química

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ESTUDO DOS GASES ESTADO DE UM GÁS Todo gás exerce uma PRESSÃO, ocupando um certo VOLUME à determinada TEMPERATURA Aos valores da pressão, do volume e da temperatura chamamos de ESTADO DE UM GÁS Assim: V = 5 L T = 300 K P = 1 atm Prof. Agam enon Rob erto f. t 100 cm 76 cm vácuo 1 atm = 76 cmHg = 760 mmHg mercúrioi m e rc ú ri o m e rc ú ri o Experiência de TORRICELLIi i I I Prof. Agamenon Roberto r f. rt 1 atm 1 atm = 101,3 kPa , É o espaço ocupado pelo gás VOLUME 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 TEMPERATURA Nos trabalhos científicos a unidade usada é a escala absoluta ou Kelvin (K) T = t + 273 Prof. A gamen on Rob erto f. t TRANSFORMAÇÕES GASOSAS ESTADO 1 ESTADO 2 P1 = 1 atm V1 = 6 L T1 = 300 K P2 = 2 atm V2 = 3 L T2 = 300 K TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA Mantemos constante a TEMPERATURA e modificamos a pressão e o volume de uma massa fixa de um gás Prof. Agamenon Robertor f. rt ESTADO 2 Prof. Agamenon Roberto f. t V1 = 6 L T1 = 300 K P1 = 1 atm V2 = 3 L T2 = 150 K P2 = 1 atm ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA Mantemos constante a PRESSÃO e modificamos a temperatura absoluta e o volume de uma massa fixa de um gás P1 = 2 atm V1 = 1 L T1 = 100 K P2 = 2 atm V2 = 2 L T2 = 200 K P3 = 2 atm V3 = 3 L T3 = 300 K Prof. Agamenon Robertof. 100 200 300 400 800500 700600 1 2 3 4 T (Kelvin) 5 7 6 V (L) Volume e Temperatura Absoluta são diretamente proporcionais LEI DE CHARLES E GAY-LUSSAC V T = constante ESTADO 1 TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA Mantemos constante o VOLUME e modificamos a temperatura absoluta e a pressão de uma massa fixa de um gás ESTADO 2 Prof. Agam enon Rob erto r f. rt P1 = 4 atm V1 = 6 L T1 = 300 K P2 = 2 atm V2 = 6 L T2 = 150 K P1 x V1 = P2 x V2 isotérmica V1 V2 = T1 T2 isobárica P1 P2 = T1 T2 isocórica 01) Uma amostra de gás oxigênio está num recipiente de 5,0 L e sua pressão é 130 kPa. Se, isotermicamente, essa amostra é comprimida até o volume de 0,5 L, qual será sua pressão final? Pág 474 Ex. 07 . V1 = 5,0 L P1 = 130 kPa V2 = 0,5 L P2 = ? kPa TRANSFORMAÇÃO ISOTÉRMICA P2 x V2 = P1 x V1 P2 x 0,5 = 130 x 5 650 P2 = 0,5 P2 = 1300 kPa Prof. Agamenon Robertor f. rt P1 x V1 = P2 x V2 isotérmica V1 V2 = T1 T2 isobárica P1 P2 = T1 T2 isocórica 02) Uma amostra de nitrogênio gasoso encontra-se a 27ºC e 1 atm. Se essa amostra sofrer uma transformação isocórica até chegar a 177ºC, qual será a pressão final? Pág 480 Ex. 24 . T1 = 27ºC P1 = 1 atm T2 = 177ºC P2 = ? atm TRANSFORMAÇÃO ISOCÓRICA T1 = 27ºC + 273 = 300 K T2 = 177ºC + 273 = 450 K P1 P2 = T1 T2 1 P2 = 300 450 P2 = 1,5 atm Prof. Agamenon Robertor f. rt Prof. Agam enon Rob erto r f. rt 03) Considere uma determinada quantidade de gás carbônico em um recipiente de 15 m3, a 1 atm e 57ºC. Se esse gás for transferido para outro recipiente de 20 m3, qual deverá a temperatura final (em ºC), a fim de que a pressão não se altere? Pág 480 Ex. 27 . T1 = 57ºC P1 = 1 atm V1 = 15 m3 T2 = ? ºC P2 = 1 atm V2 = 20 m3 TRANSFORMAÇÃO ISOBÁRICA T1 = 57ºC + 273 = 330 K V1 V2 = T1 T2 15 20 = 330 T2 T2 = 440 K T2 = 440 K – 273 = 167ºC Prof. Agamenon Robertor f. rt 01) Uma amostra de 1 mol de gás oxigênio ocupa 22,4 L a 0ºC e 1 atm. Empregue a equação geral dos gases para prever qual será o volume dessa mesma amostra de gás se estivesse submetida a uma temperatura de 273ºC e a uma pressão de 0,5 atm P1 x V1 P2 x V2 = T1 T2 T1 = 0ºC P1 = 1 atm V1 = 22,4 L T2 = 273ºC P2 = 0,5 atm V2 = ? L T1 = 0ºC + 273 = 273 K T2 = 273ºC + 273 = 546 K 1 x 22,4 0,5 x V2 = 273 546 1 x 22,4 0,5 x V2 = 1 2 V2 = 0,5 2 x 22,4 V2 = 89,6 L Prof. Agamenon Robertor f. rt 02) A partir de dados enviados de Vênus por sondas espaciais norte – americanas e soviéticas, pode-se considerar que, em certos pontos da superfície desse planeta, a temperatura é de 327ºC e a pressão atmosférica é de 100 atm. Sabendo-se que na superfície da Terra o volume molar de um gás ideal é 24,6 L a 27ºC e 1,00 atm, qual seria o valor desse volume nesses pontos de Vênus? T1 = 327ºC P1 = 100 atm V1 = ? L T2 = 27ºC P2 = 1,00 atm V2 = 24,6 L T1 = 327ºC + 273 = 600 K T2 = 27ºC + 273 = 300 K 100 x V1 1 x 24,6 = 600 300 100 x V1 1 x 24,6 = 2 1 V1 = 49,2 100 V1 = 0,492 L = 492 mL Pág. 486 Ex. 11 . . 03) Certa massa de gás hidrogênio ocupa um volume de 100 litros a 5 atm e – 73°C. A que temperatura essa massa de hidrogênio irá ocupar um volume de 1000 litros na pressão de 1 atm? a) 400°C. b) 273°C. c) 100°C. d) 127°C. e) 157°C. V1 = 100 L P1 = 5 atm T1 = – 73°C V2 = 1000 L P2 = 1 atm T2 = ? + 273 = 200 K Prof. Agamenon Robertof. P1 x V1 P2 x V2 = T1 T2 5 x 100 1 x 1000 = 200 T2 5 x 1 1 x 1000 = 2 T2 T2 = 2000 5 T2 = 400 K – 273 = 127°C Prof. Agamenon Robertor f. rt 01) Faça uma previsão do volume ocupado por uma amostra de 3,5 mol de gás nitrogênio nas CNTP? 1 mol 22,4 L 3,5 mol V = 1 3,5 22,4 V V = 78,4 L 1 x V = 3,5 x 22,4 Pág. 486 Ex.03 . . Prof. Agamenon Robertor f. rt Pág. 486 Ex. 07 . . 02) A 25ºC e 1 atm o volume molar dos gases é 24,5 L. Nessas condições de pressão e temperatura, qual será o volume ocupado por 64g de gás ozônio, O3? Dado: massa molar do ozônio = 48 g/mol 64 g V 1 mol 48 g 24,5 L = 48 64 24,5 V V = 32,67 L 48 x V = 64 x 24,5 V = 1568 48 Prof. Agamenon Robertor f. rt 03) Um balão contém 1,20g de nitrogênio gasoso, N2; outro balão, de mesmo volume, contém 0,68g de um gás X. Ambos os balões estão à mesma temperatura e pressão. A massa molecular do gás X será aproximadamente igual a: a) 16. b) 10. c) 18. d) 30. e) 32. Dado: N = 14 u.m.a. Pág. 487 Ex. 15 . . nN2 = nX 1,20g de N2 T, V, P 0,68g de X T, V, P mN2 mX = MN2 MX MX x 1,2 = 28 x 0,68 1,20 0,68 = 28 MX 28 x 0,68 MX = 1,2 MX = 16 u.m.a. Prof. Agamenon Robertor f. rt P x V = n x R x T atm x L R = 0,082 mol x K mmHg x L R = 62,3 mol x K kPa x L R = 8,315 mol x K 02) Há dúvida se certa amostra de gás é de oxigênio (O2), nitrogênio (N2) ou dióxido de carbono (CO2). Medidas revelaram que a massa da amostra é 0,70g, seu volume é 750 mL, sua pressão é 0,82 atm e sua temperatura é 27ºC. Com base nessas informações, é possível decidir entre um dos três gases, como sendo o que existe na amostra? Explique. P x V = n x R x T 0,82 x 0,75 = n x 0,082 x 300 0,82 x 0,75 n = 0,082 x 300 n = 0,025 moll m n = M 0,70 0,025 = M 0,70 M = 0,025 M = 28 u O gás é o N2 Pág. 491 Ex. 33 Prof. Agamenon Robertor f. rt 03) Deseja-se guardar 3,0g de etano (C2H6) a 27ºC em um recipiente rígido de volume 1,5 L, que suporta, no máximo, 6 atm de pressão sem arrebentar. O recipiente pode ser utilizado para a finalidade desejada? P x V = n x R x T atm x L R = 0,082 mol x K mmHg x L R = 62,3 mol x K kPa x L R = 8,315 mol x K Pág. 491 Ex. 34 . . P x V = n x R x T P x 1,5 = 0,1 x 0,082 x 300 m n = M 3,0 n = = 0,1 mol 30 0,1 x 0,082 x 300 P = 1,5 P = 1,64 atm O recipiente pode ser usadoi i 04) 2,2g de um gás estão contidos num recipiente de volume igual a 1,75 litros, a uma temperatura de 77oC e pressão e 623 mmHg. Este gás deve ser: Dados: H = 1 u; C = 12 u; O = 16 u; N = 14 u; S = 32 u a) NO. b) H2S. c) SO2. d) CO2. e) NH3. m = 2,2 g V = 1,75 L T = 77ºC P = 623 mmHg = 350 K m P x V = x R x T M 2,2 623 x 1,75 = x 62,3 x 350 M 2,2 x 62,3 x 350 M = 623 x 1,75 M = 44 g/moll CO2 = 12 + 32 = 44 g/moll Prof. Agamenon Robertor f. rt Estas misturas funcionam como se fosse um único gás i i i Mistura de Gases VP T VAPA TA nA VBPB TB nB Podemos estudar a mistura gasosa ou relacionar a mistura gasosa com os gases nas condições iniciais pelas expressões P . V = nT . R . T P x V PA x VA PB x VB = + T TA TB Prof. Agam enon Rob erto r f. rt 01) Considere a mistura de 0,5 mol de CH4 e 1,5 mol de C2H6, contidos num recipiente de 30 L a 300K. A pressão total, em atm, é igual a: a) 1,64 atm. b) 0,82 atm. c) 0,50 atm. d) 0,41 atm. e) 0,10 atm. P . V = nT . R . T P . 30 = 2 . 0,082 . 300 P = 1,64 atm P = 2 . 0, 82 . 30 30 Prof. Agamenon Robertof. 02) Dois gases perfeitos estão em recipientes diferentes. Um dos gases ocupa volume de 2,0 L sob pressão de 4,0 atm e 127°C. O outro ocupa volume de 6,0 L sob pressão de 8,0 atm a 27°C. Que volume deverá ter um recipiente para que a mistura dos gases a 227°C exerça pressão de 10 atm? g gás A gás B VA = 2,0 L PA = 4,0 atm TA = 127 ºC VB = 6,0 L PB = 8,0 atm TB = 27 ºC V = ? P = 10 atm T = 227 ºC PA . VA TA + PB . VB TB = P . V T 400 K 300 K 500 K 4 . 2 400 + 8 . 6 300 = 10 . V 500 4 . 2 4 + 8 . 6 3 = 10 . V 5 2 . V = 2 + 16 V = 18 2 V = 9 L Prof. Agamenon Robertof. Volume Parcial de um Gás Gás A Gás B P x V = nT x R x T P x V PA x VA PB x VB = + T TA TB Mantendo a PRESSÃO e a TEMPERATURA P x V’A = nA x R x T P x V’A PA x VA = T TA V’A é o volume parcial do gás Al i l P x V’B = nB x R x T P x V’B PB x VB = T TB V’B é o volume parcial do gás Bl i l Lei de AMAGAT: V = VA + VB Prof. Agamenon Robertor f. rt Prof. Agamenon Robertor f. rt 01) Uma mistura gasosa é formada por 4 mol de hélio e 1 mol de monóxido de carbono. Sabendo que a pressão total da mistura é 100 kPa e o volume é 125 L, determine para cada gás: a) A fração em mols nHe xHe = ntotal nCO xCO = ntotal 4 = 5 1 = 5 = 0,80 = 0,20 b) A pressão parcial c) O volume parcial V’CO = xCO x Vtotal = 0,2 x 125 = 25 L V’He = xHe x Vtotal = 0,8 x 125 = 100 L RESPONDIDA ANTES Pág. 498 Ex. 02 . . Densidade dos Gases O gás H2 é menos denso que o ar atmosféricoi O gás CO2 é mais denso que o ar atmosféricoi i Prof. Agamenon Robertof. Gás hidrogênio (H2)i i Gás carbônico (CO2)i Prof. Agamenon Robertor f. rt 02) A densidade de um gás é 1,96 g/L medida nas CNTP. A massa molar desse gás é: a) 43,90 g / mol. b) 47,89 g / mol. c) 49,92 g / mol. d) 51,32 g / mol. e) 53,22 g / mol. d = 22,4 M 1,96 M = 1,96 x 22,4 M = 43,90 g/mol É obtida quando comparamos as densidades de dois gases, isto é, quando dividimos as densidades dos gases, nas mesmas condições de temperatura e pressão DENSIDADE RELATIVA P x MA dA = R x T P x MB dB = R x T Gás A Gás B dA P x MA R x T = x dB R x T P x MB MA d A, B = MB d M A= 28,96 A , Ar 01) A densidade do gás carbônico em relação ao gás metano é igual a: Dados: H = 1u; C = 12 u; O = 16 u a) 44. b) 16. c) 2,75. d) 0,25 e) 5,46 Prof. Agamenon Robertof. CO2 , CH4 d = M CO2 CH4 M 44 16 CO2 M = 12 + 2 x 16 = 44 u.m.a. = 2,75 CH4M = 12 + 4 x 1 = 16 u.m.a. Uma bola de festas com um certo tempo murcha, isto ocorre porque a bola tem poros e o gás que se encontrava dentro da bola sai por estes poros Este fenômeno denomina-se de EFUSÃO Prof. Agamenon Robertof. DIFUSÃO E EFUSÃO Prof. Agamenon Robertor f. rt A velocidade de difusão e de efusão é dada pela LEI DE GRAHAM que diz: A velocidade de difusão e de efusão de um gás é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua densidade Nas mesmas condições de temperatura e pressão a relação entre as densidades é igual à relação entre suas massas molares, então: = vB vA dA dB = vB vA MA MB REVISÃO 01) A temperatura a que deve ser aquecido um gás contido num recipiente aberto, inicialmente a 25ºC, de tal modo que nele permaneça 1/5 das moléculas nele inicialmente contidas é: a) 1217ºC. b) 944ºC. c) 454ºC. d) 727ºC. e) 125ºC. T = 25ºC V P n 98 K T’ = ? ºC V’ P’ n’ = 1/5 n P x V n x R x 298 = P’ x V’ 1/5 n x R x T’ T’ = 1490 K T’ = 1217 ºC – 273 1,6 x V nH2 x R x T = PO2 x V nO2 x R x T 32 02. (IFET) Dois balões de igual capacidade, A e B, mantidos na mesma temperatura, apresentam massas iguais de H2(g) e O2(g) . A pressão do H2(g) no balão A é igual a 1,6 atm. Assinale a alternativa abaixo que corresponde a pressão que o O2 (g) exerce no balão B. Dados: M(H2) = 2 g/mol e M(O2) = 32 g/mol. a) 0,1 atm. b) 0,5 atm. c) 1,0 atm. d) 1,6 atm. e) 2,0 atm. A B VA = VB TA = TB m H2 = m O2 PH2 = 1,6 atm Po2 = ? atm PO2 x nH2 = 1,6 x n O2 nO2 mO2 MO2 mH2 MH22 3,2 PO2 = 32 PO2 = 0,1 atm 05) Uma mistura gasosa contém 4 mols de gás hidrogênio, 2 mols de gás metano exercem uma pressão de 4,1 atm, submetidos a uma temperatura de 27°C. Calcule os volumes parciais destes dois gases. nH2 = 4 mols nCH4 = 2 mols P = 4,1 atm T = 27° C V’ H2 = ? V’ CH4 = ? 300 K P X VH2 = nH2 x R x T 4,1 X V’H2 = 4 x 0,082 x 300 V’H2 = 4 x 0,082 x 300 , 4,1, V’H2 = 24 L 4,1 X V’CH4 = 2 x 0,082 x 300 V’CH4 = 2 x 0,082 x 300 , 4,1, V’CH4 = 12 L Prof. Agamenon Robertof. t 06) Uma mistura gasosa contém 6 mols de gás hidrogênio, 2 mols de gás metano e ocupa um recipiente de 82 L. Calcule os volumes parciais destes dois gases. Podemos relacionar, também, o volume parcial com o volume total da mistura pela expressão abaixo l i l i l l l i l i CH4 n = 6 molsH2 V = 82 L xA VV’ x= A = 0,75H2 =x 6 8 V’ = 0,75 x 82 H2 = 61,5 L n = 2 mols = 20,5 LV’ = 0,25 x 82 CH4CH4 =x 2 8 = 0,25 Prof. Agamenon Robertof.