Questão 11 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2010

Question

Em um laboratório, é realizado o seguinte experimento a 300\ \text{K}: dois balões de 2 litros cada são conectados por uma torneira, conforme ilustra a figura abaixo.

Dois balões interligados por um tubo provido de torneira: o Balão A contém H2 e o Balão B contém O2 + H2.

Dado: \text{R} = 0{,}082\ \text{L atm/ K mol}

O balão A contém 1\ \text{atm} de \ce{H2} e o balão B, 0{,}5\ \text{atm} de \ce{O2} e 0{,}5\ \text{atm} de \ce{H2}. Admitindo-se comportamento ideal dos gases e que não ocorra nenhuma reação química, calcule a pressão parcial dos gases em equilíbrio, após se abrir a torneira. (5,0 pontos)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 11 (1º semestre · 1º dia · Grupo 1) da 2ª etapa da UFG 2010

1º semestre · 1º dia · Química: Estudo dos gases e equação de Clapeyron

Em um laboratório, é realizado o seguinte experimento a 300\ \text{K}: dois balões de 2 litros cada são conectados por uma torneira, conforme ilustra a figura abaixo.

Dois balões interligados por um tubo provido de torneira: o Balão A contém H2 e o Balão B contém O2 + H2.

Dado: \text{R} = 0{,}082\ \text{L atm/ K mol}

O balão A contém 1\ \text{atm} de \ce{H2} e o balão B, 0{,}5\ \text{atm} de \ce{O2} e 0{,}5\ \text{atm} de \ce{H2}. Admitindo-se comportamento ideal dos gases e que não ocorra nenhuma reação química, calcule a pressão parcial dos gases em equilíbrio, após se abrir a torneira. (5,0 pontos)

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Resolução comentada

a) Ao abrir a torneira, cada gás se expande e ocupa o volume total, V = 2 + 2 = 4\ \text{L}. A temperatura é constante (300 K) e não há reação. Cada gás se comporta como se estivesse sozinho no volume total, e a pressão parcial de cada um vem de P_1V_1 = P_2V_2 (lei de Boyle) aplicada a ele.

\ce{H2}: o balão A tem 1\ \text{atm} em 2\ \text{L} e o balão B tem 0{,}5\ \text{atm} em 2\ \text{L}. O produto PV total vale 1\cdot 2 + 0{,}5\cdot 2 = 3\ \text{atm L}. Então:

P_{\ce{H2}} = \frac{3}{4} = 0{,}75\ \text{atm}

\ce{O2}: ele está só no balão B, com 0{,}5\ \text{atm} em 2\ \text{L}, e passa a ocupar 4\ \text{L}:

P_{\ce{O2}} = \frac{0{,}5\cdot 2}{4} = 0{,}25\ \text{atm}

Conferindo com mols (n = PV/RT): o \ce{H2} tem n \propto 3 e o \ce{O2} tem n \propto 1, a mesma proporção 3:1 das pressões parciais. A pressão total é 0{,}75 + 0{,}25 = 1{,}0\ \text{atm}, que também é a média das pressões iniciais dos balões de mesmo volume, (1 + 1)/2. O valor é coerente.

Pressões parciais finais: P_{\ce{H2}} = 0{,}75\ \text{atm} e P_{\ce{O2}} = 0{,}25\ \text{atm} (pressão total de 1{,}0\ \text{atm}).

Assunto: Estudo dos gases e equação de Clapeyron.

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Questão 11 no caderno Grupo 1 da 2ª etapa da UFG 2010

Fonte: UFG 2ª etapa 2010 · 1º semestre · 1º dia · Grupo 1. Prova oficial ↗