Semana 8 Allan Rodrigues Gabriel Pereira (Victor Pontes) Este conteúdo pertence ao Descomplica. Está vedada a cópia ou a reprodução não autorizada previamente e por escrito. Todos os direitos reservados.
CRONOGRAMA 03/04 Relações numéricas: u.m.a, massa atômica, número de massa, etc 15:00 Relações numéricas: volume molar nas CNPT e fora das CNPT 19:15 04/04 Relações numéricas: exercícios específicos 13:30 10/04 Leis ponderais; Fórmulas (mínimas, centesimal, molecular) Estequiometria simples 15:00 19:15 11/04 Estequiometria simples: exercícios 13:30
17/04 Casos particulares de estequiometria: graus de pureza e rendimento Exercícios de grau de pureza e rendimento 15:00 19:15 18/04 Casos particulares de estequiometria: reagente limitante e em excesso 13:30 24/04 Todos os casos particulares de estequiometria Definições de misturas 15:00 19:15 25/04 Classificação das soluções quanto ao coeficiente e curvas de solubilidade 13:30
Relações numéricas 03 abr Volume molar nas CNTP e fora das CNTP 01. Resumo 02. Exercícios para aula 03. Exercícios para casa 04. Questão contexto 05. Gabarito
RESUMO Equação de Clapeyron Nesse caso podemos partir do princípio que para uma massa constante de um mesmo gás, a relação PV = Constante é válida. T Sendo assim, por mais que variem o volume (V), a pressão (P) e a temperatura absoluta (T), a fração permanece constante. Sendo essa constante a constante dos gases reais (R) que vimos que equivale aproximadamente 0,082. Generalizando: Para 1 mol de um gás PV = 1R Para 2 mol de um gás PV = 2R Para 3 mol de um gás PV = 3R Para n mol de um gás PV = nr E assim chegamos a equação geral dos gases de Clapeyron: T T T T Quando a pressão é expressa em mmhg(milímetros de mercúrio) e volume em litros ela equivale a 62,3 mmhg.l/mol.k Quando a pressão é expressa em Pa(Pascal) e volume em m³ ela equivale a 8,314 (Pa.m³)/Mol.K Volume molar nas CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) Chamamos de volume molar o volume ocupado por 1 mol de uma substância qualquer, em determinadas condições de pressão e de temperatura. Porém, o volume ocupado por 1mol de um sólido ou de um líquido varia muito de uma substância para outra. No entanto, o volume ocupado por 1mol de qualquer gás é sempre o mesmo, em determinadas pressão e temperatura, e o chamamos de volume molar. Assim, vem a definição: Volume molar (V m ) dos gases é o volume ocupado por 1 mol de qualquer gás, em determinada pressão e temperatura. 141 PV = nrt Podemos expressar o número de mol (n) da seguinte maneira também: PV = m RT M.M Evidentemente, essa equação só se aplica aos gases reais, ou seja, que estejam fora das CNTP e onde nessa expressão geralmente: O volume molar independe da natureza do gás, mas varia com a pressão e a temperatura. Verifica- -se experimentalmente que, nas condições normais de pressão e temperatura (CNPT), o volume molar é 22,4 L/mol. Conseguimos provar isso da seguinte maneira: Condições Normais de Temperatura e Pressão são expressas em: P = 1atm T = 0 ºC = 273K (Kelvin) P = Pressão do gás (atm) V = Volume do gás (L) n = Quantidade do gás (mol) m = Massa do gás (g) M.M = Massa molar do gás(g) R = Constante universal dos gases perfeitos (L.atm. mol -1.K -1 ) T = Temperatura do gás (medida em Kelvin) É bom lembrarmos que a unidade da constante dos gases varia com a unidades de pressão e volume, onde: Queremos saber o volume de 1 mol de qualquer gás nessas condições padrão, usando a equação dos gases reais de clapeyron e substituindo e os valores e temos: PV =n RT; onde a constante dos gases reais R equivale a 0,082057 (L.atm)/mol.K 1.V = 1. 0,082057. 273 V = 22,40 L Com o conhecimento do volume molar dos gases,
podemos perceber como é enorme a diferença de volume de uma mesma quantidade de uma substância, conforme ela esteja no estado sólido, no líquido ou no gasoso. Por exemplo, nas CNPT, 1 mol (isto é, 18 g de água) ocupa praticamente: 18 ml no estado sólido; 18 ml no estado líquido; e 22.400 ml no estado gasoso. Note que este último é um volume cerca de 1.245 vezes maior que os dois primeiros. se as condições de temperatura e pressão são diferentes de 0ºC e 1 atm. Quando são usados valores randômicos para esses parâmetros calculamos seu volume a partir da equação de Clapeyron. Exemplo: Dois mol de gás butano estão submetidos à 25ºC e 2 atm, qual volume ocupado por esse gás nessas condições? Volume molar fora das CNTP (Condições Normais de Temperatura e Pressão) Definimos que uma substância está fora das CNTP PV =n RT 2. V = 2. 0,082. 298 V = 48,87 = 24,43L 2 EXERCÍCIOS PARA AULA! 142 1. A hidrazina é uma substância de fórmula molecular N2H4, foi utilizada na segunda guerra mundial misturada com peróxido de hidrogênio como carburante de foguetes; atualmente, é utilizada nas indústrias químicas no processo de tratamento de águas para retirada de oxigênio. Na reação química entre a hidrazina e o oxigênio é formado um gás inerte e água. A reação, devidamente balanceada da retirada de oxigênio, está representada abaixo: N2H4 + O2 N2 + 2H2O Considere que na reação foram liberados para atmosfera 113,5 L de gás nitrogênio nas CNTP. Indique a massa de hidrazina utilizada. Dados: massa molar, em g/mol: N = 14 e H = 1; Vm = 22,7 L/mol a) 160 g b) 50 g c) 180 g d) 138 g e) 100 g 2. Você brincou de encher, com ar, um balão de gás, na beira da praia, até um volume de 1L e o fechou. Em seguida, subiu uma encosta próxima carregando o balão, até uma altitude de 900m, onde a pressão atmosférica é 10% menor do que a pressão ao nível do mar. Considerando que a temperatura na praia e na encosta seja a mesma, o volume de ar no balão, em L, após a subida, será de:
a) 0,8 b) 0,9 c) 1,0 d) 1,1 e) 1,2 3. A temperatura a que devemos aquecer uma caldeira aberta, com capacidade de 50 litros, para que saia metade da massa de ar nela contida a 27 ºC é: a) 54 ºC b) 227 ºC c) 327 ºC d) 600 ºC e) 627 ºC 4. Têm-se três cilindros de volumes iguais e à mesma temperatura, com diferentes gases. Um deles contém 1,3kg de acetileno (C2H2), o outro 1,6kg de óxido de dinitrogênio (N2O) e o terceiro 1,6kg de oxigênio (O2). Dados: massas molares (g/mol): C2H2 = 26; N2O = 44; O2 = 32 Comparando-se as pressões dos gases nesses três cilindros, verifica-se que: a) são iguais apenas nos cilindros que contêm N2O e O2. b) são iguais apenas nos cilindros que contêm C2H2 e O2. c) são iguais nos três cilindros. d) é maior no cilindro que contém N2O. e) é menor no cilindro que contém C2H2 143 5. Um extintor de incêndio contém 4,4 kg de CO2. O volume máximo de gás que é liberado na atmosfera, a 27 C e 1 atm, é, em litros: a) 0,229 b) 2,46 c) 24,6 d) 229,4 e) 2.460
EXERCÍCIOS PARA CASA! 1. Nas condições normais de pressão e temperatura (CNTP), o volume ocupado por 10 g de monóxido de carbono (CO) é de: (Dados: C = 12g, O = 16g) a) 6,0 L b) 8,0 L c) 9,0 L d) 10,0 L e) 12,0 L 2. Nas CNTP, um mol de dióxido de nitrogênio (NO2) ocupa 22,4 litros (massas molares, em g/mol: N = 14g; O = 16g). O volume ocupado por 322 g de NO2, nas mesmas condições, é igual a: 3. a) 156,8 litros. b) 268,8 litros. c) 14,37 litros. d) 0,069 litros. e) 163,9 litros. Supondo um comportamento de gás ideal, a opção que indica, aproximadamente, a massa em gramas, 1,12 L de NH3 144 a) 0,85 g b) 1,50 g c) 8,50 g d) 22,4 g e) 0,82 g 4. O alumínio tem um largo emprego no mundo moderno, como, por exemplo, em latas de refrigerante, utensílios de cozinha, embalagens, na construção civil, etc. Esse metal de grande importância possui caráter anfótero, que, colocado em ácido clorídrico ou em uma solução aquosa de hidróxido de sódio concentrado, é capaz de reagir, liberando grande quantidade de calor. Uma latinha de refrigerante vazia pesa, em média, 13,5 g. Uma experiência com cinco latinhas foi realizada em um laboratório para testar sua durabilidade como indicado na reação abaixo. 2 Al(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g) O volume, em litros, de gás hidrogênio sob temperatura de 0 ºC e pressão de 1 atm é de
a) 28 b) 56 c) 84 d) 16,8 e) 11,2 5. As pesquisas sobre materiais utilizados em equipamentos esportivos são direcionadas em função dos mais diversos fatores. No ciclismo, por exemplo, é sempre desejável minimizar o peso das bicicletas, para que se alcance o melhor desempenho do ciclista. Dentre muitas, uma das alternativas a ser utilizada seria inflar os pneus das bicicletas com o gás hélio (He), por ser bastante leve e inerte à combustão. A massa de hélio, necessária para inflar um pneu de 0,4 L de volume, com a pressão correspondente a 6,11 atm, a 25 C, seria: 6. a) 0,4 g b) 0,1 g c) 2,4 g d) 3,2 g e) 4,0 g Dados referentes aos planetas Vênus e Terra: 145 A relação entre o número de moléculas de N2 em volumes iguais das atmosferas de Vênus e da Terra é: a) 0,10 b) 0,28 c) 2,0 d) 5,7 e) 40 7. A massa molecular do CO é 28. A densidade de um gás puro, em relação ao CO, é 1,25. Logo, 9,03 x 10 23 moléculas do gás desconhecido pesam: a) 31,5 g b) 35,0 g c) 52,5 g d) 23,3 g e) 42,0 g
8. As águas poluídas do rio Tietê liberam, entre outros poluentes, o gás sulfídrico (H2S). Um dos maiores problemas causados por esse gás é o ataque corrosivo aos fios de cobre das instalações elétricas existentes junto a esse rio. O gás sulfídrico é mais denso do que o ar e, assim, concentra-se mais próximo ao solo. Considerando a massa molar média do ar igual a 28,9, a densidade do H2S em relação ao ar, nas mesmas condições de temperatura e pressão, será aproximadamente: a) 0,9 b) 1,2 c) 2,4 d) 4,8 e) 5,0 QUESTÃO CONTEXTO! 146 Ao sair do Descomplica, Allan e Xandão avistaram uma exposição de carros em cujos acessórios de segurança se destacava o airbag. Esse dispositivo é inflado quando o nitrogênio (N2) é produzido através do azoteto de sódio, em condições especiais. Uma das reações envolvidas nesse processo é: 2 NaN3(s) 2 Na(s) + 3 N2(g) Considerando CNTP e volume molar 22,7L, a massa de azoteto de sódio necessária para inflar um airbag de 10L com nitrogênio, conforme a equação dada, é, aproximadamente, a) 0,19 g b) 1,9 g c) 19 g d) 130 g e) 68 g
GABARITO 01. Exercícios para aula! 1. a 2. d 3. c 4. b 5. e 03. Questão contexto c 02. Exercícios para casa! 1. b 2. a 3. a 4. c 5. a 6. c 7. c 8. b 147