Gases Ideais Prof. Esp. Richard Pimenta

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1 Questão 1. Unicamp 2011 (Fase1) Acidentes de trânsito causam milhares de mortes todos os anos nas estradas do país. Pneus desgastados ( carecas ), freios em péssimas condições e excesso de velocidade são fatores que contribuem para elevar o número de acidentes de trânsito. Responsável por 20% dos acidentes, o uso de pneu careca é considerado falta grave e o condutor recebe punição de 5 pontos na carteira de habilitação. A borracha do pneu, entre outros materiais, é constituída por um polímero de isopreno (C 5 H 8 ) e tem uma densidade igual a 0,92g.cm -3. Considere que o desgaste médio de um pneu até a sua troca corresponda ao consumo de 31 mols de isopreno e que a manta que forma a banda de rodagem desse pneu seja um retângulo de 20cm x 190cm. Para esse caso específico, a espessura gasta do pneu seria de, aproximadamente: Dados de massa molares em g mol -1 : C = 12 e H=1 a) 0,55 cm b) 0,51 cm c) 0,75 cm d) 0,60 cm Questão 2. Unifesp 2007 (Conhecimentos Gerais) A figura representa um experimento de coleta de 0,16g de gás oxigênio em um tubo de ensaio inicialmente preenchido com água destilada a 27 o C. Quando o nível de água dentro do tubo de ensaio é o mesmo que o nível de fora, a pressão no interior do tubo é de 0,86atm. Dadas a pressão de vapor (H 2 O) a 27 o C = 0,040atm e R=0,082 atm.l.k -1.mol -1, o volume de gás, em ml, dentro do tudo de ensaio é igual a: a) 30. b) 140. c) 150. d) 280. e) 300. Questão 3. Unifesp 2007 (Conhecimentos Gerais) No final de unho de 2006, na capital paulista, um acidente na avenida marginal ao rio Pinheiros causou um vazamento de gás, deixando a população preocupada. O forte odor de gás foi perceptível em vários bairros próximo ao local. Tratava-se da substância química butilmercaptana, que é um liquido inflamável e mais volátil que a água, utilizado para conferir odor ao gás liquefeito de petróleo (GLP). A substância tem como sinônimos químicos de butanotiol e álcool tiobutílico. Sobre a butilmercaptana, são feitas as seguintes informações: I. Apresenta massa molar igual a 90,2g/mol. II. Apresenta maior pressão de vapor do que a água, nas mesmas condições. III. É menos densa que o ar, nas mesmas condições. São corretas as afirmações contidas em: a) I, II e III. b) I e II, apenas. c) I e III, apenas. d) II e III, apenas. e) I, apenas. Questão 4. Unifesp 2009 (Conhecimentos Gerais) A oxigenoterapia, tratamento terapêutico com gás oxigênio, é indicada para pacientes que apresentam falta de oxigênio no sangue, tais como portadores de doenças pulmonares. O gás oxigênio usado nesse tratamento pode ser comercializado em cilindros a elevada pressão, nas condições mostradas na figura. No cilindro, está indicado que o conteúdo corresponde a um 1

2 volume de 3m 3 de oxigênio nas condições ambientais de pressão e temperatura, que podem ser consideradas como sendo 1atm e 300K, respectivamente. Dado R = 0,082 atm.l.k -1, a massa de oxigênio, em kg, armazenada no cilindro de gás representado na figura é, aproximadamente: a) 0,98. b) 1,56. c) 1,95. d) 2,92. e) 3,90 Questão 5. FUVEST 2006 (Fase 2) Uma balança de dois pratos, tendo em casa prato um frasco aberto ao ar, foi equilibrada nas condições ambiente de pressão e temperatura. Em seguida, o ar atmosférico de um dos frascos foi substituído, totalmente, por outro gás. Com isso, a balança se desequilibrou, pendendo para o lado em que foi feita a substituição. a) Dê a equação da densidade de um gás (ou mistura gasosa), em função de sua massa molar (ou massa molar média). b) Dentre os gases da tabela, quais os que, não sendo tóxicos nem irritantes, podem o ar atmosférico para que ocorra o que foi descrito? Justifique. Gás H 2 He NH 3 CO ar O 2 CO 2 NO 2 SO 2 M/g.mol Equação dos gases ideais: PV = nrt P=Pressão; V = volume; n = quantidade de gás; R = constante dos gases; T = temperatura; M = Massa molar (ou massa molar média). Questão 6. FUVEST 2008 (Fase 1) A velocidade com que um gás atravessa uma membrana é inversamente proporcional à raiz quadrada de sua massa molar. Três bexigas idênticas, feitas com membrana permeável a gases, expostas ao ar e inicialmente vazias, foram preenchidas, cada uma com um gás diferente. Os gases utilizados foram hélio, hidrogênio e metano, não necessariamente nesta ordem. As bexigas foram amarradas, com cordões idênticos, a um suporte. Decorrido algum tempo, observou que as bexigas estavam como figura. Conclui-se que as bexigas A, B e C foram preenchidas, respectivamente, com: Dados: Massas Molares (g/mol): H = 1,0; He = 4,0; C = 12; Massa molar média do ar = 29g/mol. a) Hidrogênio, Hélio e metano. b) Hélio, metano e hidrogênio. c) Metano, hidrogênio e hélio. d) Hélio, hidrogênio e metano. e) Metano, hélio e hidrogênio. Questão 7. FUVEST 2008 (Fase 2) Foram misturados 2,00 L de um alcano de m átomos de carbono por molécula e 2,00 L de outro alcano de n átomos de carbono por molécula, ambos gasosos. Esses alcanos poder ser quaisquer dois dentre os seguintes: metano, 2

3 etano, propano ou butano. Na combustão completa dessa mistura gasosa, foram consumidos 23,00 L de oxigênio. Todos os volumes foram medidos nas mesmas condições de pressão e temperatura. a) Escreva a equação da combustão completa de um alcano de n átomos de carbono por molécula. Para identificar os dois alcanos que foram misturados, conforme indicado acima, é preciso considerar a lei de Avogadro, que relaciona o volume de um gás com seu número de moléculas. b) Escreva o enunciado dessa lei. c) Identifique os dois alcanos. Explique como chegou a essa conclusão. Questão 8. Fuvest 2008 (Fase 2) Mesmo em regiões não poluídas, a água da chuva não apresenta ph igual a 7, devido ao CO 2 atmosférico, que nela se dissolve, estabelecendo-se os equilíbrios: Equilíbrio 1 Equilíbrio 2 No equilíbrio 1, o valor da concentração de CO 2 dissolvido na água,[co 2(aq) ], é obtido pela lei de Henry, que fornece a solubilidade de CO 2 na água, em função da pressão parcial desse gás, P CO2 no ar: [CO 2(aq) ] = K. P CO2, onde k = 3, mol.l -1.atm -1, a 25 C. O valor da constante do equilíbrio 2, a 25 C, é 4,4 X 10-7 mol L -1. a) Atualmente, a concentração de CO 2 na atmosfera se aproxima de 400ppm. Calcule a pressão parcial de CO 2 para um local em que a pressão do ar é 1,0 atm. b) Escreva a expressão da constante do equilíbrio 2. c) Calcule o ph da água da chuva ( o gráfico ao lado poderá ajudar, evitando operações como extração de raiz quadrada e de logaritmos). Questão 9. Unesp 2006 (Conhecimentos Gerais) Dois tanques contendo um mesmo tipo de gás ideal, um de volume 5 litros e pressão interna de 9atm, e outro de volume 10 litros e pressão interna de 6 atm, são considerados por uma válvula. Quando essa é aberta, é atingido o equilíbrio entre os dois tanques à temperatura constante. A pressão final nos tanques é: a) 3 atm. b) 4 atm. c) 7 atm. d) 12 atm. e) 15 atm. Questão 10. Unesp 2006 (Conhecimentos Específicos) Uma mistura gasosa formada por 14,0g de gás nitrogênio, N 2, e 8,0g de gás oxigênio, O 2, ocupa um balão de capacidade igual a 30L, na temperatura de 27 o C. Dadas as massas molares (g/mol): N 2 = 28 e 32 e R = 0,082 atm.l.mol -1.K -1, determine: a) A pressão de cada gás no balão. b) A pressão total no balão. 3

4 Questão 11. Unesp 2007 (Conhecimentos Gerais) A maior parte dos mergulhos recreativos é realizada no mar, utilizando cilindros de ar comprimido para a respiração. Sabe-se que: I. O ar comprimido é composto por aproximadamente 20% de O 2 e 80% de N 2 em volume. II. A cada 10 metros e profundidade, a pressão aumenta de 1atm. III. A pressão total a que o mergulhador está submetido é igual à soma da pressão atmosférica mais a da coluna de água. IV. Para que seja possível a respiração debaixo d água, o ar deve ser fornecido á mesma pressão a que o mergulhador está submetido. V. Em pressões parciais de O 2 acima de 1,2atm, o O 2 tem efeito tóxico, podendo levar à convulsão e morte. A profundidade máxima em que o mergulho pode ser realizado empregando ar comprimido, sem que seja ultrapassada a pressão parcial máxima de O 2, é igual a: a) 12 metros. b) 20 metros. c) 30 metros. d) 40 metros. e) 50 metros. Questão 12. Unesp 2008 (Conhecimentos gerais) Acredita-se que nosso planeta já esteve sob condições muito diferentes das atuais, como uma temperatura mais elevada e uma atmosfera constituída basicamente por hidretos. Com o resfriamento, a água passa ao estado líquido, vindo a constituir os oceanos, rios, lagos, etc. O surgimento da vida e dos organismos fotossintetizantes desempenhou importante papel na evolução da atmosfera da Terra, que passou a apresentar a composição atual. Comparando a atmosfera pretérita com a atual, é correto afirmar que houve: a) Aumento do potencial redutor. b) Aumento da pressão parcial de O 2. c) Aumento da pressão parcial de H 2 O. d) Manutenção da pressão parcial de N 2. e) Consumo de todo oxigênio pela reação N 2 + O 2 2 NO. Questão 13. Unesp 2008 (Conhecimentos específicos) Uma das principais fontes de energia térmica utilizadas atualmente no Estado de São Paulo é o gás natural proveniente da Bolívia (constituído principalmente por metano). No entanto, devido a problemas políticos e econômicos que causam eventuais interrupções no fornecimento, algumas empresas estão voltando a utilizar o GLP (gás liquefeito de petróleo, constituído principalmente por butano). Forneça as equações químicas para a combustão de cada um desses gases e calcule os volumes de cada um deles que produzem 22,4 litros de CO 2. Questão 14. Unesp 2008 (Conhecimentos específicos) O gás liberado na reação completa de 0,486 gramas de magnésio metálico com solução aquosa de ácido clorídrico (HCl) foi confinado em um recipiente de 100 ml à temperatura de 27 C. Dadas a massa molar do magnésio = 24,3 g.mol -1 e a constante universal dos gases R = 0,082 atm.l.mol -1.K -1, determine a pressão no recipiente. 4

5 Questão 15. Unesp 2006 (Conhecimentos específicos) Para determinar a massa molar de uma substância desconhecida, porém líquida pura e com ponto de ebulição inferior a 100 C, pode-se utilizar uma técnica que consiste em introduzir a amostra em um bulbo de Dumas e submetê-lo a aquecimento em banho-maria. Um experimento nesse procedimento forneceu os seguintes resultados: massa de vapor = 1,0g, volume do bulbo = 410cm 3 ; pressão = 1atm e temperatura = 90 C. Considere R = 0,082 atm.l.mol -1.K -1. Calcule a massa molar da substância. Questão 16. Unesp 2009 (Conhecimentos específicos) Nos frascos de spray, usavam-se com propelentes compostos orgânicos conhecidos como clorofluorocarbonos. As substancias mais empregadas era, CClF 3 (Fréon 12) e C 2 Cl 3 F 3 (Fréon 113). Num depósito abandonado, foi encontrado um cilindro supostamente contendo um destes gases. Identifique qual é o gás, sabendo-se que o cilindro supostamente contendo um destes gases. Identifique qual é o gás, sabendo-se que o cilindro tinha um volume de 10,0 L, a massa do gás era de 85g e a pressão era de 2,00atm a 27 C. Dados: R = 0,082 atm.l.mol -1.K -1. Massas molares em g.mol -1 : H = 1; C = 12; F = 19 e Cl = 35,5. Questão 17. Unesp 2009 (Conhecimentos específicos) O governo escolheu a floresta Amazônica como uma das áreas prioritárias para assentar milhares de famílias. Essa política agrária tem provocado devastação. Hoje, observam-se imensas áreas com árvores que se tornaram tocos carbonizados. Pesquisadores afirmam que os assentamentos já respondem por uma considerável área do desmatamento da floresta. Suponha que uma tora de jatobá apresente o volume de cm 3. Considere simplificadamente, que o jatobá tenha a fórmula empírica CH 2 O e densidade igual a 0,72g.cm -3. A partir da equação balanceada da reação de combustão completa do jatobá, calcule o volume de dióxido de carbono produzido (a 25 C, 1atm) por essa tora de madeira. Massas molares, em g.mol -1 : H = 1, C = 12 e O = 16. Volume molar de gás (25 C, 1atm) = 25,0L.mol -1. Questão 18. Unicamp 2006 (Fase 2) Algumas misturas gasosas podem ser importantes em ambientes hospitalares, assim como na prática de esportes, como mergulho autônomo a grandes profundidades. Uma dessas misturas, denominadas Trimix, contém 16% de oxigênio, 24% de hélio e 60% de nitrogênio (porcentagem em volume). Suponha um cilindro de Trimix mantido à temperatura ambiente e a uma pressão de 9000KPa. Dado: R = 8,3KPa.L.mol -1.K -1. a) Escreva as fórmulas dos gases da mistura. b) Qual é a pressão parcial do hélio no cilindro? Mostre os cálculos. c) Qual é a massa molar média da mistura? Mostre os cálculos. 5

6 Questão 19. Unicamp 2007 (Fase 2) As frutas são produtos agrícolas de grande importância comercial e nutricional. Em sua comercialização, podem ocorrer problemas de transporte, de conservação e de consumo. Para evitar danos de armazenamento e transporte, elas são colhidas ainda verdes, sendo, neste estágio, impróprias para o consumo. Por dádiva da natureza, algumas dessas frutas amadurecem mesmo após a colheita. Esse processo deve ser controlado artificialmente. Essas frutas a que se faz alusão, quando colocadas em um recinto fechado, e tratadas com etileno ou acetileno gasosos têm seu processo de amadurecimento acelerado. Esse fato é conhecido desde 1940, quando se descobriu que a liberação de gás etileno pelas frutas cítricas é essencial para o seu amadurecimento. a) Em vista dessas informações, que procedimento muito simples você poderia utilizar em sua casa para acelerar o amadurecimento de frutas cítricas? Descreva resumidamente o procedimento. b) Dispondo de carbeto de cálcio, é possível utilizá-lo para acelerar o amadurecimento de frutas. Justifique esta afirmação com uma equação química. c) Os dois gases apresentados no texto, sob mesma condição de temperatura e pressão, têm densidades muito próximas, mas um deles é mais denso. Qual é o mais denso? Justifique sua resposta. Questão 20. Unicamp 2008 (Fase 2) Rango, logo depois de servir o bolo, levou os convidados de volta ao bar. Lá, para entreter os convidados, Dina acomodou um ovo sobre um suporte plástico. Esse ovo tinha fitas de vedação nas duas extremidades, tapando pequenos furos. Dina retirou as vedações, apoiou o ovo novamente no suporte plástico e levou um palito de fósforo acesso próximo a um dos furos: de imediato, ouviu-se um pequeno barulho, parecido com um fino assovio; surgiu, então uma chama quase invisível e o ovo explodiu. Todos aplaudiam, enquanto Dina explicava que, no interior do ovo (na verdade era só a casca dele), ela havia colocado gás hidrogênio e que o que eles tinham acabado de ver era uma reação química. Aplausos novamente. a) Se o gás que ali estava presente era o hidrogênio, a que reação química Dina fez referência? Responda com a equação química correspondente. b) Se a quantidade (em mols) dos gases reagentes foi maior que a do produto gasoso, então o ovo deveria implodir, e não, explodir. Como se pode, então, explicar essa explosão? Questão 21. Unicamp 2008 (Fase 2) Apóss a limpeza do banheiro, Rango foi à sala e removeu todos os móveis e, de tão feliz e apaixonado, começou a cantarolar: Beijando teus lindos cabelos, Que a neve do tempo marcou... Estavas vestida de noiva, sorrindo e querendo chorar... De repente, volta à realidade lembrando que tinha que limpar aquela sala de 50m 2 e de 3m de altura, antes que Dina voltasse. Hoje AA temperatura está em 32 C e a pressão atmosférica na sala deve ser, aproximadamente, 4 vezes maior o valor da minha pressão arterial sistólica (180mmHg ou aproximadamente 21000Pa), sem medição. Ah se eu fosse tão leve quanto o ar dessa sala!, pensava Rango... a) Se o ar se comporta como um gás ideal, quantos mols dessa mistura gasosa devem estar presentes aqui na sala?. b) Se a minha massa corpórea é de 120kg, e eu acho que estou fora do peso ideal, então, se eu tivesse a mesma massa que o ar dessa sala, eu estaria melhor? Por quê?. 6

7 Dados: constante dos gases = 8,314Pa.m 3.mol -1.K -1, T/K = t/ C; o ar é composto de, aproximadamente, 78% em mol de nitrogênio, 21% de oxigênio, 1,0% de argônio. Questão 22. Unicamp 2009 (Fase 2) Enquanto o jamaicano Usain Bolt utilizava suas reservas de PCr e ATP para passear nos 100m e 200m, o queniano Samuel Kamau Wansiru utilizava suas fontes de carboidratos e gorduras para vencer a maratona. A estequiometria do metabolismo completo de carboidratos pode ser representada por 1CH 2 O:1O 2, e a de gorduras por 1CH 2 :1,5O 2. O gráfico 1 mostra, hipoteticamente, o consumo percentual em massa dessas fontes em função do tempo de prova para esse atleta, até os 90 minutos de prova. O gráfico 2 mostra a porcentagem de energia de cada fonte em função da %VO 2 máxima. a) Considere que, entre os minutos 60 e 61 da prova, Samuel Kamau tenha consumido uma massa de 2,20 gramas, somando-se carboidratos e gorduras. Quantos mols de gás oxigênio ele teria utilizado nesse intervalo de tempo? b) Suponha que aos 90 minutos de prova Samuel Kamau estivesse correndo a 75% de seu VO 2 máximo e que, ao tentar uma fuga, passasse a utilizar 85% de seu VO 2 máximo. Quais curvas (1, 2, 3, 4, 5, 6) melhor representariam as porcentagens em massa de carboidratos e gorduras utilizadas, a partir desse momento? Justifique. Observações não necessárias à resolução : 1 VO 2 máximo é um parâmetro que expressa o volume máximo de oxigênio consumido por quilograma de massa corporal do atleta por minuto sob determinada condição bioquímica. 2 Samuel Kamau não tentou a aludida fuga aos 90 minutos de prova. 3 Os gráficos são ilustrativos. Questão 23. UFSCar 2009 Diversos gases formam a atmosfera da Terra, sendo que a quantidade de alguns deles vem aumentando por ação antropogênica, o que pode causar problemas. O oxigênio, em suas diferentes formas alotrópicas, tem funções distintas e essenciais para a manutenção da vida no planeta. a) Escreva a fórmula química das duas formas alotrópicas mais comuns do oxigênio, apontando a função de cada uma delas relacionada com a manutenção da vida na Terra. b) Considerando que cerca de 20% em volume da atmosfera é constituída de oxigênio em sua forma alotrópica mais abundante, calcule a massa desse gás contido num reservatório de 24,6m 3 cheio de ar a 27 C e 1atm de pressão. Dados: P.V = n.r.t; R = 0,082atm.L.mol -1.K -1. 7