GASES  Lista  de  exercícios

1. (Unicamp 2015) Notícia 1- Vazamento de gás oxigênio nas dependências do Hospital e Maternidade São Mateus, Cuiabá, em 03/12/13. Uma empresária que atua no setor de venda de oxigênio disse ao Gazeta Digital que o gás não faz mal para a saúde. “Pelo contrário, faz é bem, pois é ar puro...”. Adaptado de http://www.gazetadigital.com.br/conteudo/show/secao/9/materia/405285. Acessado em 10/09/2014. Notícia 2- Vazamento de oxigênio durante um abastecimento ao pronto-socorro da Freguesia do Ó, zona norte de São Paulo, em 25/08/14. Segundo testemunhas, o gás que vazou do caminhão formou uma névoa rente ao chão. O primeiro carro que pegou fogo estava ligado. Ao ver o incêndio, os motoristas de outros carros foram retirar os veículos... Adaptado de http://noticias.r7.com/sao-paulo/cerca-de-40-pacientes-sao-transferidos-apos-incendio-em-hospital-da-zona-norte-26082014. Acessado em 10/09/2014. Ficha de informações de segurança de uma empresa que comercializa esse produto.

a) Levando em conta as informações fornecidas na questão, você concorda ou discorda da declaração da

empresária na notícia 1? Justifique sua resposta. b) Após o vazamento descrito na notícia 2, motoristas tentaram retirar os carros parados, mas não tiveram êxito na

sua tentativa. Qual deve ter sido a estratégia utilizada para que eles não tenham tido êxito? Justifique, do ponto de vista químico, a razão pela qual não deveriam ter utilizado essa estratégia.

2. (Unifesp 2015) Um professor de química realizou com seus alunos um experimento utilizando tubos de ensaio, balões de borracha, solução de peróxido de hidrogênio e iodeto de potássio. Em cada um dos tubos de ensaio foram colocados 11,3 g de solução de peróxido de hidrogênio, e somente em um deles foi adicionado o catalisador iodeto de potássio. Em seguida, os balões de borracha foram fixados, simultaneamente, nas bocas dos dois tubos. Após determinado tempo, observou-se um aumento de temperatura em ambos os tubos, mas os volumes coletados de gás foram bem diferentes, conforme mostram as figuras.

2 2 2 21H O (aq) H O( ) O (g)2

→ +l

a) Considerando que a reação no tubo 2 foi completa, que o volume de gás coletado no balão de borracha foi de 1,2L a 300K e 1atm, e utilizando 1 1R 0,08 atm L K mol ,− −= ⋅ ⋅ ⋅ calcule o teor percentual de 2 2H O , em massa, presente na solução de peróxido de hidrogênio.

b) No gráfico a seguir, trace duas curvas, uma referente à reação ocorrida no tubo 1 e a outra referente à reação ocorrida no tubo 2. Identifique as curvas.

EXTENSIVO    -­‐  MANHÃ     química  

3. (Ufg 2014) Em um experimento, 390 cm de um gás são injetados em uma proveta submersa, de modo que o nível do gás em seu interior tenha a mesma altura que a água da cuba, conforme esquema apresentado a seguir. O experimento ocorre a 29°C. A massa do gás injetado é de 203 mg.

Dados: Pressão de vapor da 2H O a 29 C 30 mmHg° = 1 1R 0,082 atm L mol K− −= ⋅ ⋅ ⋅

Considerando o exposto, determine a massa molar do gás em questão e escreva a fórmula estrutural plana de um dos isômeros do gás. 4. (Uftm 2013) Considere o gráfico, que relaciona a pressão atmosférica com a altitude.

a) Considerando que a composição do ar se mantenha constante com a altitude e que o ar tenha comportamento

de gás ideal, calcule o valor aproximado do quociente:

(densidade do ar a 10 C em São Paulo)(densidade do ar a 10 C em La Paz)

°

°

Mostre como obteve esse valor.

b) Considere duas garrafas contendo água mineral, proveniente de mesma fonte e à mesma temperatura,

gaseificada artificialmente com gás carbônico, 2CO . Uma dessas garrafas foi aberta em Aracaju (SE), cidade localizada no nível do mar, e a outra foi aberta em Ouro Preto (MG), cidade localizada em região serrana. Indique se a concentração de 2CO dissolvido na água da garrafa aberta em Aracaju é maior, menor ou igual à concentração desse gás na água da garrafa aberta em Ouro Preto. Justifique sua resposta.

5. (Unicamp 2013) Na década de 1960, desenvolveu-se um foguete individual denominado “Bell Rocket Belt", que fez grande sucesso na abertura das Olimpíadas de 1984.

Simplificadamente, esse foguete funciona à base da decomposição de peróxido de hidrogênio contido no compartimento 2, onde ele é estável. Abrindo-se a válvula 3, o peróxido de hidrogênio passa para o compartimento 4, onde há um catalisador. Nesse compartimento, o peróxido se decompõe muito rapidamente, de acordo com a equação abaixo:

( ) ( ) ( ) 12 2 2 2H O H O g ½ O g ; H 54 kJ mol−→ + Δ = −l

Com base nessas informações, responda: a) No funcionamento do dispositivo há liberação ou absorção de energia? Justifique. b) Considerando a decomposição total de 68 quilogramas de peróxido de hidrogênio contidos no dispositivo,

quantos metros cúbicos de gases são produzidos? Leve em conta que nas condições de uso do dispositivo o volume molar gasoso é de 0,075 m3 mol-1.

6. (Fuvest 2012)

Uma estudante de Química realizou um experimento para investigar as velocidades de difusão dos gases HCl e NH3. Para tanto, colocou, simultaneamente, dois chumaços de algodão nas extremidades de um tubo de vidro, como mostrado na figura acima. Um dos chumaços estava embebido de solução aquosa de HCl (g), e o outro, de solução aquosa de NH3(g). Cada um desses chumaços liberou o respectivo gás. No ponto de encontro dos gases, dentro do tubo, formou-se, após 10 s, um anel de sólido branco ( 4NH Cl ), distante 6,0 cm do chumaço que liberava HCl (g). a) Qual dos dois gases, desse experimento, tem maior velocidade de difusão? Explique. b) Quando o experimento foi repetido a uma temperatura mais alta, o anel de 4NH Cl (s) se formou na mesma

posição. O tempo necessário para a formação do anel, a essa nova temperatura, foi igual a, maior ou menor do que 10 s? Justifique.

c) Com os dados do experimento descrito, e sabendo-se a massa molar de um dos dois gases, pode-se determinar a massa molar do outro. Para isso, utiliza-se a expressão

3

3

velocidade de difusão do NH (g) massa molar do HCvelocidade de difusão do HC (g) massa molar do NH

=l

l

Considere que se queira determinar a massa molar do HCl . Caso o algodão embebido de solução aquosa de NH3 (g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que libera HCl (g) (e não simultaneamente), como isso afetará o valor obtido para a massa molar do HCl ? Explique.

7. (Ime 2012) Na figura, uma solução concentrada de HC ,l contida em A, é gotejada sobre zinco sólido em B. Um dos produtos dessa reação escoa para C, onde é completamente consumido na reação com o vapor de uma substância simples, cujo elemento pertence à família 17. O produto da reação ocorrida em C é um gás incolor. A válvula V permite somente o escoamento no sentido de B para C. O recipiente C possui volume de 1,0 L, é mantido a 100°C durante todo o processo e contém inicialmente 0,05 mol da substância simples supracitada. Observações: — os volumes das conexões e tubulações devem ser desconsiderados; — a substância presente inicialmente em C é um líquido marrom-avermelhado à temperatura ambiente.

Determine: a) as reações que ocorrem em B e C, identificando o estado físico de cada uma das substâncias envolvidas. b) o número máximo de mols do produto da reação em B que pode escoar para C, sem que a pressão neste exceda

2,0 atm, se a extremidade D for fechada. 8. (Fuvest 2012)

A um recipiente, contendo solução aquosa de ácido sulfúrico, foi adicionada uma massa m de carbonato de sódio. Imediatamente após a adição desse sal, foi adaptado, à boca do recipiente, um cilindro de raio r, no interior do qual um êmbolo, de massa desprezível, pode se deslocar sem atrito. Após algum tempo, o carbonato de sódio foi totalmente consumido, e o gás liberado moveu o êmbolo para cima. Nessa transformação, o ácido sulfúrico era o reagente em excesso. a) Escreva a equação química balanceada que representa a transformação que ocorreu dentro do recipiente. b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio. A massa

de carbonato de potássio utilizada nesse segundo experimento também foi m. A altura atingida pelo êmbolo foi a mesma nos dois experimentos? Explique. (Considere desprezível a variação de temperatura no sistema).

c) Escreva a expressão matemática que relaciona a altura x, atingida pelo êmbolo, com a massa m de carbonato de sódio. Para isso, considere que - a solubilidade do gás, na solução, é desprezível, e não há perda de gás para a atmosfera; - nas condições do experimento, o gás formado se comporta como um gás ideal, cujo volume é dado por V = nRT/P, em que: P = pressão do gás n = quantidade de matéria do gás (em mol) R = constante universal dos gases T = temperatura do gás (em K)

Observação: Use a abreviatura MM para representar a massa molar do carbonato de sódio.

Gabarito: Resposta da questão 1:

a) Não concordo. O ar que respiramos é composto por, aproximadamente, 20% de gás oxigênio e 80% de gás nitrogênio. O gás que vazou é 100% puro, ou seja, deve ser inalado em quantidades controladas. A inalação de gás oxigênio puro pode levar ao desequilíbrio do metabolismo.

b) A estratégia utilizada para que eles não tenham tido êxito foi o fato dos motoristas terem tentado tirar os carros

com os motores ligados. O gás vazou e como o oxigênio (32g / mol) é mais denso do que o ar ( 29g / mol)≈ ficou próximo ao solo favorecendo a combustão e o incêndio do primeiro carro que estava ligado (já que o gás oxigênio acelera vigorosamente a combustão). Se os outros motoristas tentassem ligar seus carros iniciariam novas combustões. Resposta da questão 2: a) Utilizando a equação de estado de um gás ideal, vem:

2

2

1 1

O

O

P V n R TP 1atmV 1,2 L

n 0,082 atm L mol KT 300 K1 1,2 n 0,082 300

n 0,05 mol

− −

× = × ×

=

=

= ⋅ ⋅

=

× = × ×

=

2 2 2 21H O H O O2

34 g

→ +

2 2H O

0,5 molm

2 2H O

0,05 mol

m 3,4 g

11,3 g

=

100 % (solução)3,4 g

2 2

2 2

H O

H O

p

p 30 %=

b) Identificação das curvas:

Resposta da questão 3:

pressão exercida pelo gás total vapor da águaP = P - P

P 760 30 730 mmHg1 atm= − =

760 mmHgx

3

3 3

3

730 mmHgx 0,960 atm

V 90 cm 90 mL 0,090 LT 29 273 302 K0,960 0,090 n 0,082 302

n 3,49 10 mol 3,5 10 molm m 0,203 gn M 58 g / molM n 3,5 10 mol

− −

−

=

= = =

= + =

× = × ×

= × ≈ ×

= ⇒ = = =×

Fórmula estrutural plana de um dos isômeros do gás 4 10(C H 58) :=

Resposta da questão 4: a) Teremos:

SP LP

SP

LP

P MdR TP M P Md ; dR T R T0,92 M

dd

×=

×× ×

= =× ×

×

=R T×0,65 M×R T×

0,92 1,40,65

= =

b) A concentração de 2CO será maior em Aracaju, pois esta cidade se encontra em nível do mar, onde a pressão atmosférica é maior do que em Ouro Preto e consequentemente ocorrerá menor escape de gás.

Resposta da questão 5: a) No funcionamento do dispositivo há liberação de energia (reação exotérmica), pois o sinal do ΔH é negativo, ou seja, a variação de entalpia é negativa.

b) Teremos:

( ) ( ) ( )2 2 2 21H O 1H O g ½ O g34 g

→ +l1,5 mol de gases

34 g 3

3

1,5 0,075 m

68 10 g

×

× gases3

gases

V

V 225 m=

Resposta da questão 6:

a) De acordo com a figura, o anel de l4NH C se forma a 6,0 cm da extremidade do algodão com lHC e a 9,0 cm da extremidade do algodão com 3NH . Quanto maior a distância, maior a velocidade do gás no tubo, concluí-se que o 3NH é o gás que apresenta maior velocidade de difusão.

b) Quanto maior a temperatura, maior a velocidade de difusão das moléculas e a velocidade da reação. Consequentemente o anel de será formado num tempo menor do que 10 s.

c) Caso o algodão embebido de solução aquosa de 3NH (g) seja colocado no tubo um pouco antes do algodão que libera lHC (g) (e não simultaneamente) o anel de l4NH C será formado a uma distância maior da extremidade do algodão embebido com 3NH dando a impressão de que a velocidade de difusão do lHC é menor do que a verdadeira. De acordo com a expressão matemática fornecida, quanto menor a velocidade de difusão, maior a massa molar. Consequentemente, a massa molar do lHC parecerá maior do que a verdadeira. Resposta da questão 7:

a) Na figura, uma solução concentrada de HC ,l contida em A, é gotejada sobre zinco sólido em B. A reação que ocorre em B é a seguinte: (conc) 2 22HC Zn(s) H (g) ZnC (aq)+ → +l l . A substância presente inicialmente em C é um líquido marrom-avermelhado (substância simples, cujo elemento pertence à família 17) à temperatura ambiente, ou seja, trata-se do bromo líquido 2(Br ) que passa para a forma de vapor. A reação que ocorre em C na presença de gás hidrogênio é a seguinte: 2 2H (g) Br (v) 2HBr(g)+ → .

b) A pressão não deve exceder 2 atm (C possui volume de 1,0 L, é mantido a 100°C), então:

× = × ×

× = × × +

=

P V n R T2 1 n 0,082 (100 273)n 0,065565 mol

Inicialmente existe 0,05 mol de 2Br (v), logo:

máximo2

máximo

n n 0,05 mol 0,065565 mol 0,05 mol 0,015565 mol

n 0,015565 mol 1,56 10 mol−

= − = − =

= = ×

Resposta da questão 8: a) Teremos: Carbonato de sódio + ácido sulfúrico, então:

2 3(s) 2 4(aq) 2 ( ) 2(g) 2 4(aq)Na CO H SO H O CO Na SO+ → + +l b) O experimento descrito foi repetido utilizando-se carbonato de potássio em lugar de carbonato de sódio, então:

2 3(s) 2 4(aq) 2 ( ) 2(g) 2 4(aq)K CO H SO H O CO K SO+ → + +l As massas molares do 2 3Na CO e 2 3K CO são diferentes. Como as massas não foram fornecidas, devemos lembrar que, na tabela periódica, a massa atômica do potássio é maior do que a do sódio, pois o potássio, na família IA, está abaixo do sódio. Concluí-se que a massa molar do '

2 3K CO (MM ) é maior do que 2 3Na CO (MM) . Para uma mesma massa m dos dois compostos, teremos:

2 3 2 3

2 3 2 3

'

Na CO K CO '

Na CO K CO

MM MMm mn ; nMM MM

n n

>

= =

>

Como a quantidade de gás carbônico formada varia de acordo com o número de mols de 2 3Na CO e 2 3K CO , concluí-se que o número de mols de gás carbônico ( 2CO ) formado na reação com carbonato de sódio ( 2 3Na CO ) é maior do que na reação com carbonato de potássio ( 2 3K CO ).

2 3(s) 2 4(aq) 2 ( ) 2(g) 2 4(aq)nNa CO _H SO _H O nCO _Na SO+ → + +l

2 3(s) 2 4(aq) 2 ( ) 2(g) 2 4(aq)n'K CO _H SO _H O n'CO _K SO+ → + +l A altura atingida pelo êmbolo não será a mesma, pois dependerá da quantidade de gás carbônico liberada. c) O volume do cilindro pode ser dado por: Volume = área da base ( 2(raio)π× ) x altura (x)

2V r xπ= × × . Como o volume é dado por volume é dado por V = nRT/P, teremos:

2 2

2

n R T mV ; nP MM

n R T m R Tr x r xP MM P

m R TxMM P r

π π

π

× ×= =

× × ×× × = ⇒ × × = ×

× ×=

× × ×