Gases – Ex.Resolvidos-1

EX-01 (FUVEST-SP 2000)

Os humanos estão acostumados a respirar ar com pressão parcial de O₂ próxima de 2,1_*10⁴ Pa, que corresponde, no ar, a uma porcentagem (em volume) desse gás igual a 21%. No entanto, podem se adaptar a uma pressão parcial de O₂ na faixa de (1 a 6) _*10⁴ Pa, mas não conseguem sobreviver se forçados a respirar O₂ fora desses limites.

a) Um piloto de uma aeronave, em uma cabine não pressurizada, voando a uma altitude de 12 km, onde a pressão atmosférica é de 2,2_*10⁴ Pa, poderá sobreviver se a cabine for alimentada por O₂ puro? Explique.

b) Um mergulhador no mar, a uma profundidade de 40 m, está sujeito a uma pressão cinco vezes maior do que na superfície. Para que possa sobreviver, ele deve respirar uma mistura de gás He com O₂, em proporção adequada. Qual deve ser a porcentagem de O₂, nessa mistura, para que o mergulhador respire um "ar" com a mesma pressão parcial de O₂ existente no ar da superfície, ou seja, 2,1_*10⁴ Pa? Justifique.

Obs.: O He (Hélio) substitui com vantagem o N₂.

Solução

a) A pressão atmosférica na cabina da aeronave informada é 2,2x10⁴ Pa e não está pressurizada. Logo se alimentarmos com O2, a pressão deste será, também, de 2,2x10⁴ Pa.  Portanto, o piloto sobreviverá, pois a pressão no interior da aeronave está dentro da faixa aceitável (1×10⁴ Pa ~ 6×10⁴ Pa).

b) P(total)40m = 5 × P(atmosférica) na superfície

Pressão parcial do oxigênio na superfície foi informada: 2,1_*10⁴ Pa

Logo, pela regra de três temos que:

21% em volume ---- 2,1x10⁴ Pa

100 % volume ------- P_atm (superfície)

Portanto, P_atm = 1x10⁵ Pa

Na profundidade de 40 metros temos que:

P(total)40m = 5 × P_atm = 5x ( 1x10⁵ ) Pa

Aplicando a regra de três temos que:

5x ( 1x10⁵ ) Pa ---- 100% volume

2,1x10⁴ Pa --------- x

x = 4,2 % em volume

EX-02 (FUVEST-SP 2006)

Uma balança de dois pratos, tendo em cada 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 substituir o ar atmosférico para que ocorra o que foi descrito? Justifique.

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)

Solução

a) De equação dos gases ideais, tem-se:

b) De acordo com a equação encontrada no item anterior:

Temos que: nas mesmas condições de pressão e temperatura, quanto maior a massa molar, maior a densidade. Portanto, os gases que apresentam massas molares maiores que a massa molar média do ar atmosférico são O₂, CO₂, NO₂ e SO₂.  Porém, os gases NO₂ e SO₂ são gases tóxicos.

Portanto, os gases não tóxicos nem irritantes que irão desequilibrar a balança para o lado em que foi feita a substituição são O₂ e CO₂. 

EX-03 (FUVEST-SP 2006)

Industrialmente, HCl gasoso é produzido em um maçarico, no qual entram, nas condições ambiente, hidrogênio e cloro gasosos, observando-se uma chama de vários metros de altura, proveniente da reação entre esses gases.

(a) Escreva a equação química que representa essa transformação, utilizando estruturas de Lewis tanto para os reagentes quanto para o produto.

(b) Como se obtém acido clorídrico a partir do produto da reação de hidrogênio com cloro? Escreva a equação química dessa transformação.

(c) Hidrogênio e cloro podem ser produzidos pela eletrólise de uma solução concentrada de cloreto de sódio (salmoura). Dê as equações que representam a formação de cada um desses gases.

(d) Que outra substância é produzida, simultaneamente ao cloro e ao hidrogênio, no processo citado no item anterior?

Número atômico (Z)

hidrogênio = 1

cloro = 17

Solução

  

a) A equação da reação de síntese do HCl, utilizando as estruturas de Lewis dos reagentes, é:

b) Para se obter ácido clorídrico a partir de HCl gasoso, deve-se borbulhar o gás em água até sua saturação. A equação dessa reação pode ser representada por:

c) As equações que representam a formação de cada gás são:

    As reações que ocorrem na eletrólise.

     

    No lado do catodo (catódico):

        No lado do anodo (anódico):

d) Como a matéria prima utilizada na eletrólise é NaCl, o outro produto do processo é o hidróxido de sódio (NaOH), conhecido como soda cáustica. 

EX-04 (FUVEST-SP 2011)

Maçaricos são queimadores de gás utilizados para produzir chamas de elevadas temperaturas, como as requeridas para soldar metais. Um gás combustível, muito utilizado em maçaricos, é o acetileno, C₂H₂, sendo que a sua combustão pode ser promovida com ar atmosférico ou com oxigênio puro.

(a) Escreva a equação química balanceada da combustão completa do acetileno com oxigênio puro.

(b) Em uma oficina de solda, existem dois cilindros idênticos, um deles contendo oxigênio puro (cilindro A) e o outro, ar atmosférico (cilindro B). Sabendo que, no interior dos dois cilindros, as condições de pressão e temperatura são as mesmas, qual dos dois cilindros contém a maior massa gasosa? Explique.

(c) A temperatura da chama do maçarico é maior quando se utiliza a mistura de oxigênio e acetileno do que quando se usa a mistura de ar atmosférico e acetileno, mesmo estando os reagentes em proporção estequiométrica nos dois casos. Considerando as substâncias gasosas que recebem o calor liberado na combustão, em cada caso, explique essa diferença de temperatura.

Massa molar (g/mol): O₂ (32), N₂ (28)

Solução

a) A equação de combustão balanceada é:

b) O cilindro com oxigênio contém a maior massa gasosa. Se as condições de pressão e temperatura são as mesmas, ambos cilindros contêm a mesma quantidade de matéria (mols). Como o O₂ (32) tem massa molar maior que a do N₂ (28) o cilindro com O₂ deverá ter maior massa (o ar atmosférico tem cerca de 78% de N₂ e 21% de O₂).

c) O cilindro que contém somente O₂ poderá gerar uma queima de maior quantidade de acetileno por intervalo de tempo determinado. Para o mesmo intervalo de tempo, a massa de acetileno que poderá ser queimada usando o oxigênio do ar como comburente (lembrando que nesse caso O₂ é só 21% da mistura) será menor, gerando menos calor (menos energia) e, por consequência, menor aumento de temperatura nas substâncias gasosas que estão sendo aquecidas.