Orientação tutorial - INTRODUÇÃO À QUÍMICA FÍSICA - Q/BQ/CF/F/MIEB/BTOrientação tutorial - INTRODUÇÃO À QUÍMICA FÍSICA - Q/BQ/CF/F/MIEB/BT, Universidade do Algarve, FCT, DQB

Rio, Carolina

Universidade do Algarve

FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA, BIOQUÍMICA E FARMÁCIA 
 
 
 
 
Orientação tutorial 
 
 
INTRODUÇÃO À QUÍMICA FÍSICA 
 
 
1º Ano 
Q/BQ/CF/F/MIEB/BT 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ano Lectivo: 2008 / 2009 (5º Módulo) 
 
 
2009 
OT – IQF    
 
 - 2 - 
 
 
 
 
 
 
 
IQF TUTORIAIS_ 2009 
 
Sumário 
1: 
Apresentação, conselhos aos alunos. 
Resolução da 1ª folha do caderno de 
exercícios das aulas tutoriais. 
Sumário 
2: 
Esclarecimento de dúvidas.  
Resolução da 2ª folha do caderno de 
exercícios das aulas tutoriais. 
Sumário 
3: 
Esclarecimento de dúvidas.  
Resolução da 3ª folha do caderno de 
exercícios das aulas tutoriais. 
Sumário 
4: 
Esclarecimento de dúvidas.  
Resolução da 4ª folha do caderno de 
exercícios das aulas tutoriais. 
Sumário 
5: 
Esclarecimento de dúvidas. 
Resolução da 5ª folha do caderno de 
exercícios das aulas tutoriais. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OT – IQF    
 
 - 3 - 
 
1ª AULA 
______________________________________________________________________ 
 
 
EXERCÍCIO 2.1 MAHAN 
Se a temperatura de uma amostra de gás ideal variar de 10ºC a 750 Torr para -30ºC, 
qual será a pressão final em torr e em atmosferas? Considere que o volume não se 
altera. 
 
EXERCÍCIO 2.3 MAHAN 
2,96 g de cloreto de mercúrio são vaporizados numa ampola de 1,00 L a 680 K e a uma 
pressão de 458 torr. Qual o peso molecular e a formula molecular do vapor de cloreto de 
mercúrio. 
 
EXERCÍCIO 2.5 MAHAN 
Um gás ideal a 650 torr ocupa uma ampola de volume desconhecido. Retira-se uma 
certa quantidade de gás e verifica-se que esta ocupa 1,52 cm
3
 a 1 atm. A pressão do gás 
que permaneceu na ampola é de 600 torr. Admitindo-se que todas as medidas doram 
feitas à mesma temperatura, calcule o volume da ampola. 
Unidades de pressão e factores de conversão 
Unidades SI: pascal (Pa) 1 Pa = 1 N m
-2
 
Bar 1 bar = 10
5
 Pa 
Atmosfera 1 atm = 101,325 kPa 
Torr 760 Torr = 1 atm 
 1 Torr = 133,32 Pa 
 
 
 
 
Equação dos Gases perfeitos ou ideais 
P V  =  n R T 
 
Equação de van der Waals 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2









V
n
a
nbV
nRT
P
OT – IQF    
 
 - 4 - 
 
2ª AULA 
______________________________________________________________________ 
 
 
1 Ao nível do mar, quando a pressão é de 104 kPa e a temperatura é de 21,1 ºC, 
uma certa massa de ar ocupa 2,0 m
3
. Qual o volume ocupado quando a uma 
determinada altitude: (a) 52 kPa, -5,0 ºC, (b) 880 Pa, -52,0 ºC? 
 
2 Uma mistura de gases é utilizada para simular a atmosfera de um outro planeta 
que consiste em 320 mg de metano, 175 mg de árgon, e 225 mg de néon. A 
pressão parcial do néon a 300 K é 15,2 kPa. Calcule (a) o volume e (b) a pressão 
total da mistura.                                                         
                                                                                                        Constantes de Van der Waals 
 
3 Calcule a pressão exercida por  
1,0 mol de C2H6 considerado como 
(a) gás perfeito, (b) gás de van der Waals,  
quando está sob as seguintes condições: 
(i) a 273 K em 22,414 L, (ii) a 1000 K 
em 100 cm
3
.    (Use os dados da tabela) 
 
4 Um vaso de volume 22,4 L contém 2,0 mol de H2 e 1,0 mol de N2 a 273,15 K. 
Calcule (a) as pressões parciais e (b) a pressão total. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 a / L2 atm mol-2 b / L mol-1 
AR 1,4 0,039 
ÁRGON 1,35 0,032 
DIÓXIDO DE CARBONO 3,59 0,043 
ETANO 5,49 0,064 
ETENO 4,47 0,057 
HIDROGÉNIO 0,244 0,027 
AZOTO 1,39 0,039 
OXIGÉNIO 1,36 0,032 
OT – IQF    
 
 - 5 - 
 
3ª AULA 
______________________________________________________________________ 
 
 
1. Calcule o trabalho realizado, em joules, quando 1.0 mole de água se vaporiza a 1.0 atm e 100 
ºC. Admita que o volume da água é desprezável comparado com o do vapor a 100 ºC e que o 
gás se comporta como um gás perfeito. 
 
2. O valor padrão da variação de entalpia Hº para a decomposição térmica do nitrato de prata 
de acordo com a seguinte equação é +78.67 kJ: 
AgNO3(s)  AgNO2(s) + 1/2 O2(g) 
A entalpia de formação padrão de AgNO3 (s) é -123.02 kJ/mol. Calcule a entalpia de formação 
padrão de AgNO2(s) . 
 
3. Uma quantidade de 0.020 mole de um gás inicialmente a 20 ºC num volume de 0.050 l sofre 
uma expansão, a temperatura constante até o seu volume ser de 0.50 l. Calcule o trabalho feito 
(em joules)  pelo gás ao expandir-se: 
(a) contra o vácuo; 
(b) contra uma pressão constante de 0.20 atm. 
(c) Se deixássemos expandir o gás sem restrições em (b), qual seria o seu volume final quando a 
expansão parasse e qual seria o trabalho realizado? 
 
4. A entalpia molar de vaporização do etanol é 39.3 kJ/mol e a temperatura de ebulição do 
etanol é 78.3 ºC. Calcule S para a vaporização de 0.50 mol de etanol. 
 
5. A ureia reage lentamente com a água para produzir os produtos que se seguem: 
CO(NH2 )2(g) + H2O (l)   CO2 (g) + 2 NH3 (g). 
Qual a variação de entropia padrão, quando 1 mol de ureia reage com água. 
Substância Sº / (J.mol
-1
.K
-1
) 
CO(NH2 )2(g) 173.8 
H2O (l) 69.96 
CO2 (g) 213.6 
NH3 (g) 192.5 
 
6. Calcule a variação de energia de Gibbs padrão partindo dos valores de Hº e de Sº para a 
reacção proposta anteriormente. 
Substância Hfº  / (kJ.mol
-1
) 
CO(NH2 )2(g) -319.2 
H2O (l) -285.9 
CO2 (g) -393.5 
NH3 (g) -46.19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OT – IQF    
 
 - 6 - 
 
4ª AULA 
______________________________________________________________________ 
 
 
1- A constante de equilíbrio (Kp) para a reacção  
H2(g) + CO2(g)  H2O(g) + CO(g) é 4,40 a 2000 K.  
(a) Calcule  Gº para a reacção. 
(b) Calcule  G para a reacção, quando as pressões parciais forem PH2 = 0,25 atm, 
PCO2 = 0,78 atm, PH2O = 0,66 atm e PCO =1,20 atm. 
 
2- Para reacções realizadas em condições padrão,   Gº = Hº - T.Sº . 
 (a) Admitindo que  Hº e Sº são independentes da temperatura, deduza a 
seguinte equação  
ln(K2 / K1) =  (Hº / R ).[(T2 -T1) / T1.T2] 
onde K1 e K2 são as constantes de equilíbrio a T1 e T2, respectivamente. 
(b) Sabendo que Kc para a reacção:    N2O4(g)   2 NO2(g)       Hº = 58,0 
kJ/mol 
é 4,63 x 10-3 a 25 ºC, calcule a constante de equilíbrio a 65 ºC. 
 
3- Sabendo-se que NO2 é vermelho-castanho, enquanto que N2O4 é incolor, a 
pressão parcial de NO2 pode ser determinada por absorção de luz. Se a 35ºC a 
pressão total de um sistema em equilíbrio é de 2,00 atm e PNO2= 0,65 atm, qual é 
o valor de KP nessa temperatura? (4.19 Mahan) 
 
4- A constante de equilíbrio para a reacção  
  CO2(g) + H2(g)   CO (g) + H2O(g) 
é 0,10 a 690 K. Se forem introduzidos numa grande ampola a 690 K 0,50 mol de 
CO2 e 0,50 mol de H2, quantos moles de cada um destes gases haverá no equlíbrio? 
Nota: Uma vez que a constante de equilíbrio não depende das unidades, na fórmula 
de Q pode-se usar o mol em vez de concentração ou pressão. (4.23 (Mahan) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
OT – IQF    
 
 - 7 - 
 
5ª AULA 
______________________________________________________________________ 
 
1 . Considere a seguinte reacção: 
C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(g). 
 
Se a velocidade a que reage o C3H8 for de 0,400 mol.l
-1
s
-1
, qual a velocidade de formação do 
CO2 e da H2O? Qual a velocidade a que reage o O2? 
 
2 . Os seguintes valores foram obtidos a uma certa temperatura para a reacção que se segue: 
2 N2O5(g)  4 NO2(g) + O2 (g) 
 
Experiência  N2O5 /(mol.l
-1
) Velocidade de formação do  O2 / (mol.l
-
1
.s
-1
) 
1 0,050 0,084 
2 0,025 0,042 
3 0,100 0,168 
 
Qual a ordem da reacção relativa ao N2O5? 
Qual o valor da constante de velocidade a esta temperatura? 
 
3 . A decomposição do NOCl, 
2 NOCl  2NO + Cl2, 
 
é uma reacção de segunda ordem com k = 6,7 x 10
-4
 l.mol
-1
.s
-1
 a 400 K. 
Qual o tempo de meia vida para esta reacção se a concentração inicial de NOCl for 0,20 mol.l
-1
? 
Deduza a expressão utilizada. 
 
4 . Se o tempo de meia vida de uma reacção de primeira ordem for de 15 min., qual a fracção da 
concentração de reagente inicial existe após 2,0 horas? 
 
5 . Constantes de velocidade foram medidas a várias temperaturas para a reacção que se segue 
HI(g) + CH3I(g)  CH4(g) + I2(g) 
 
Os valores obtidos são apresentados na tabela que se segue 
 
Constante de velocidade/(l.mol
-1
.s
-1
) Temperatura/(
o
C) 
1,91 x 10
-2
 205 
2,74 x 10
-2
 210 
3,90 x 10
-2
 215 
5,51 x 10
-2
 220 
7,73 x 10
-2
 225 
1,08 x 10
-1
 230 
 
Determine a energia de activação em kJ.mol
-1
 graficamente e por cálculo usando a equação(1). 
Para o cálculo da Ea, use o primeiro e o último dos valores da tabela. 
ln(k2/k1) = (-Ea/R).(1/T2 - 1/T1)       (1) 
 
6 .  A decomposição do SO2Cl2 é descrita por uma reacção de primeira ordem a constante de 
velocidade é k = 2,2 x 10
-5 
s
-1
 a 320 
o
C. A concentração inicial de SO2Cl2 é de 0,0040 mol.l
-1
, 
qual deverá ser a sua concentração: 
a)  após 1,00 hora; 
b)  após 1,00 dia. 


Orientação tutorial: introdução à química física

Sapientia (Univ. do Algarve)

FACULDADE DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA, BIOQUÍMICA E FARMÁCIA     Orientação tutorial   INTRODUÇÃO À QUÍMICA FÍSICA   1º Ano Q/BQ/CF/F/MIEB/BT          Ano Lectivo: 2008 / 2009 (5º Módulo)   2009 OT – IQF      - 2 -        IQF TUTORIAIS_ 2009  Sumário 1: Apresentação, conselhos aos alunos. Resolução da 1ª folha do caderno de exercícios das aulas tutoriais. Sumário 2: Esclarecimento de dúvidas.  Resolução da 2ª folha do caderno de exercícios das aulas tutoriais. Sumário 3: Esclarecimento de dúvidas.  Resolução da 3ª folha do caderno de exercícios das aulas tutoriais. Sumário 4: Esclarecimento de dúvidas.  Resolução da 4ª folha do caderno de exercícios das aulas tutoriais. Sumário 5: Esclarecimento de dúvidas. Resolução da 5ª folha do caderno de exercícios das aulas tutoriais.               OT – IQF      - 3 -  1ª AULA ______________________________________________________________________   EXERCÍCIO 2.1 MAHAN Se a temperatura de uma amostra de gás ideal variar de 10ºC a 750 Torr para -30ºC, qual será a pressão final em torr e em atmosferas? Considere que o volume não se altera.  EXERCÍCIO 2.3 MAHAN 2,96 g de cloreto de mercúrio são vaporizados numa ampola de 1,00 L a 680 K e a uma pressão de 458 torr. Qual o peso molecular e a formula molecular do vapor de cloreto de mercúrio.  EXERCÍCIO 2.5 MAHAN Um gás ideal a 650 torr ocupa uma ampola de volume desconhecido. Retira-se uma certa quantidade de gás e verifica-se que esta ocupa 1,52 cm3 a 1 atm. A pressão do gás que permaneceu na ampola é de 600 torr. Admitindo-se que todas as medidas doram feitas à mesma temperatura, calcule o volume da ampola. Unidades de pressão e factores de conversão Unidades SI: pascal (Pa) 1 Pa = 1 N m-2 Bar 1 bar = 105 Pa Atmosfera 1 atm = 101,325 kPa Torr 760 Torr = 1 atm  1 Torr = 133,32 Pa     Equação dos Gases perfeitos ou ideais P V  =  n R T  Equação de van der Waals          2VnanbVnRTPOT – IQF      - 4 -  2ª AULA ______________________________________________________________________   1 Ao nível do mar, quando a pressão é de 104 kPa e a temperatura é de 21,1 ºC, uma certa massa de ar ocupa 2,0 m3. Qual o volume ocupado quando a uma determinada altitude: (a) 52 kPa, -5,0 ºC, (b) 880 Pa, -52,0 ºC?  2 Uma mistura de gases é utilizada para simular a atmosfera de um outro planeta que consiste em 320 mg de metano, 175 mg de árgon, e 225 mg de néon. A pressão parcial do néon a 300 K é 15,2 kPa. Calcule (a) o volume e (b) a pressão total da mistura.                                                                                                                                                                 Constantes de Van der Waals  3 Calcule a pressão exercida por  1,0 mol de C2H6 considerado como (a) gás perfeito, (b) gás de van der Waals,  quando está sob as seguintes condições: (i) a 273 K em 22,414 L, (ii) a 1000 K em 100 cm3.    (Use os dados da tabela)  4 Um vaso de volume 22,4 L contém 2,0 mol de H2 e 1,0 mol de N2 a 273,15 K. Calcule (a) as pressões parciais e (b) a pressão total.                             a / L2 atm mol-2 b / L mol-1 AR 1,4 0,039 ÁRGON 1,35 0,032 DIÓXIDO DE CARBONO 3,59 0,043 ETANO 5,49 0,064 ETENO 4,47 0,057 HIDROGÉNIO 0,244 0,027 AZOTO 1,39 0,039 OXIGÉNIO 1,36 0,032 OT – IQF      - 5 -  3ª AULA ______________________________________________________________________   1. Calcule o trabalho realizado, em joules, quando 1.0 mole de água se vaporiza a 1.0 atm e 100 ºC. Admita que o volume da água é desprezável comparado com o do vapor a 100 ºC e que o gás se comporta como um gás perfeito.  2. O valor padrão da variação de entalpia Hº para a decomposição térmica do nitrato de prata de acordo com a seguinte equação é +78.67 kJ: AgNO3(s)  AgNO2(s) + 1/2 O2(g) A entalpia de formação padrão de AgNO3 (s) é -123.02 kJ/mol. Calcule a entalpia de formação padrão de AgNO2(s) .  3. Uma quantidade de 0.020 mole de um gás inicialmente a 20 ºC num volume de 0.050 l sofre uma expansão, a temperatura constante até o seu volume ser de 0.50 l. Calcule o trabalho feito (em joules)  pelo gás ao expandir-se: (a) contra o vácuo; (b) contra uma pressão constante de 0.20 atm. (c) Se deixássemos expandir o gás sem restrições em (b), qual seria o seu volume final quando a expansão parasse e qual seria o trabalho realizado?  4. A entalpia molar de vaporização do etanol é 39.3 kJ/mol e a temperatura de ebulição do etanol é 78.3 ºC. Calcule S para a vaporização de 0.50 mol de etanol.  5. A ureia reage lentamente com a água para produzir os produtos que se seguem: CO(NH2 )2(g) + H2O (l)   CO2 (g) + 2 NH3 (g). Qual a variação de entropia padrão, quando 1 mol de ureia reage com água. Substância Sº / (J.mol-1.K-1) CO(NH2 )2(g) 173.8 H2O (l) 69.96 CO2 (g) 213.6 NH3 (g) 192.5  6. Calcule a variação de energia de Gibbs padrão partindo dos valores de Hº e de Sº para a reacção proposta anteriormente. Substância Hfº  / (kJ.mol-1) CO(NH2 )2(g) -319.2 H2O (l) -285.9 CO2 (g) -393.5 NH3 (g) -46.19           OT – IQF      - 6 -  4ª AULA ______________________________________________________________________   1- A constante de equilíbrio (Kp) para a reacção  H2(g) + CO2(g)  H2O(g) + CO(g) é 4,40 a 2000 K.  (a) Calcule  Gº para a reacção. (b) Calcule  G para a reacção, quando as pressões parciais forem PH2 = 0,25 atm, PCO2 = 0,78 atm, PH2O = 0,66 atm e PCO =1,20 atm.  2- Para reacções realizadas em condições padrão,   Gº = Hº - T.Sº .  (a) Admitindo que  Hº e Sº são independentes da temperatura, deduza a seguinte equação  ln(K2 / K1) =  (Hº / R ).[(T2 -T1) / T1.T2] onde K1 e K2 são as constantes de equilíbrio a T1 e T2, respectivamente. (b) Sabendo que Kc para a reacção:    N2O4(g)   2 NO2(g)       Hº = 58,0 kJ/mol é 4,63 x 10-3 a 25 ºC, calcule a constante de equilíbrio a 65 ºC.  3- Sabendo-se que NO2 é vermelho-castanho, enquanto que N2O4 é incolor, a pressão parcial de NO2 pode ser determinada por absorção de luz. Se a 35ºC a pressão total de um sistema em equilíbrio é de 2,00 atm e PNO2= 0,65 atm, qual é o valor de KP nessa temperatura? (4.19 Mahan)  4- A constante de equilíbrio para a reacção    CO2(g) + H2(g)   CO (g) + H2O(g) é 0,10 a 690 K. Se forem introduzidos numa grande ampola a 690 K 0,50 mol de CO2 e 0,50 mol de H2, quantos moles de cada um destes gases haverá no equlíbrio? Nota: Uma vez que a constante de equilíbrio não depende das unidades, na fórmula de Q pode-se usar o mol em vez de concentração ou pressão. (4.23 (Mahan)                   OT – IQF      - 7 -  5ª AULA ______________________________________________________________________  1 . Considere a seguinte reacção: C3H8(g) + 5O2(g)  3CO2(g) + 4H2O(g).  Se a velocidade a que reage o C3H8 for de 0,400 mol.l-1s-1, qual a velocidade de formação do CO2 e da H2O? Qual a velocidade a que reage o O2?  2 . Os seguintes valores foram obtidos a uma certa temperatura para a reacção que se segue: 2 N2O5(g)  4 NO2(g) + O2 (g)  Experiência  N2O5 /(mol.l-1) Velocidade de formação do  O2 / (mol.l-1.s-1) 1 0,050 0,084 2 0,025 0,042 3 0,100 0,168  Qual a ordem da reacção relativa ao N2O5? Qual o valor da constante de velocidade a esta temperatura?  3 . A decomposição do NOCl, 2 NOCl  2NO + Cl2,  é uma reacção de segunda ordem com k = 6,7 x 10-4 l.mol-1.s-1 a 400 K. Qual o tempo de meia vida para esta reacção se a concentração inicial de NOCl for 0,20 mol.l-1? Deduza a expressão utilizada.  4 . Se o tempo de meia vida de uma reacção de primeira ordem for de 15 min., qual a fracção da concentração de reagente inicial existe após 2,0 horas?  5 . Constantes de velocidade foram medidas a várias temperaturas para a reacção que se segue HI(g) + CH3I(g)  CH4(g) + I2(g)  Os valores obtidos são apresentados na tabela que se segue  Constante de velocidade/(l.mol-1.s-1) Temperatura/(oC) 1,91 x 10-2 205 2,74 x 10-2 210 3,90 x 10-2 215 5,51 x 10-2 220 7,73 x 10-2 225 1,08 x 10-1 230  Determine a energia de activação em kJ.mol-1 graficamente e por cálculo usando a equação(1). Para o cálculo da Ea, use o primeiro e o último dos valores da tabela. ln(k2/k1) = (-Ea/R).(1/T2 - 1/T1)       (1)  6 .  A decomposição do SO2Cl2 é descrita por uma reacção de primeira ordem a constante de velocidade é k = 2,2 x 10-5 s-1 a 320 oC. A concentração inicial de SO2Cl2 é de 0,0040 mol.l-1, qual deverá ser a sua concentração: a)  após 1,00 hora; b)  após 1,00 dia. 

https://sapientia.ualg.pt/bitstream/10400.1/6713/1/IQF_OT_2009.pdf

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