Questão 8 (2º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2014

Question

Em um experimento, 90\text{ cm}^3 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\ ^\circ\text{C}. A massa do gás injetado é de 203\text{ mg}.

Esquema experimental mostrando uma cuba com água e uma proveta invertida com água até o topo; após a injeção do gás, o volume de gás acumulado faz com que a interface de água dentro da proveta fique nivelada com a água da cuba.

Dados:
Pressão de vapor da \ce{H2O} a 29\ ^\circ\text{C} = 30\text{ mmHg}
\text{R} = 0{,}082\text{ atm.L.mol}^{-1}\text{.K}^{-1}

Considerando o exposto, determine a massa molar do gás em questão e escreva a fórmula estrutural plana de um dos isômeros do gás.

(5,0 pontos)

Answer 1

PRÁTICA COM QUESTÕES OFICIAIS

Questão 8 (2º semestre · 2º dia · Grupo 2) da 2ª etapa da UFG 2014

2º semestre · 2º dia · Química: Estudo dos gases e equação de Clapeyron

Em um experimento, 90\text{ cm}^3 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\ ^\circ\text{C}. A massa do gás injetado é de 203\text{ mg}.

Esquema experimental mostrando uma cuba com água e uma proveta invertida com água até o topo; após a injeção do gás, o volume de gás acumulado faz com que a interface de água dentro da proveta fique nivelada com a água da cuba.

Dados:
Pressão de vapor da \ce{H2O} a 29\ ^\circ\text{C} = 30\text{ mmHg}
\text{R} = 0{,}082\text{ atm.L.mol}^{-1}\text{.K}^{-1}

Considerando o exposto, determine a massa molar do gás em questão e escreva a fórmula estrutural plana de um dos isômeros do gás.

(5,0 pontos)

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Resolução comentada

Resposta esperada pela UFG

A pressão que o gás exerce é resultante da diferença entre a pressão total e a pressão de vapor dágua, ou seja: 760 - 30 = 730\text{ mm Hg}.

Ao converter para atm, tem-se que 730/760\text{ mm Hg} = 0{,}960\text{ atm}.

Para determinar a massa molar do gás em questão.

PV = nRT
n = (PV)/(RT)
n = (0{,}960\text{ atm} \times 0{,}090\text{ L})/(0{,}082\text{ atm.L. mol}^{-1}\text{K}^{-1} \times 302\text{ K})
n = 0{,}0035\text{ mol}

como n = m/MM
MM = (0{,}203\text{ g})/(0{,}0035\text{ mol}) = 58\text{ g/mol}

Estruturas planas:

[Figura: fórmula estrutural em bastão do butano] ou [Figura: fórmula estrutural em bastão do isobutano (2-metilpropano)]

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a) O gás foi recolhido sobre água. Como o nível da água dentro da proveta é igual ao da cuba, a pressão total no interior da proveta é igual à pressão atmosférica, 760\ \text{mmHg}. Essa pressão total é a soma da pressão do gás com a pressão de vapor da água:

P_{total}=P_{gás}+P_{H_2O}\Rightarrow P_{gás}=760-30=730\ \text{mmHg}=\frac{730}{760}\ \text{atm}\approx 0{,}96\ \text{atm}

Dados para a equação de estado:

V=90\ \text{cm}^3=0{,}090\ \text{L}
T=29+273=302\ \text{K}
Quantidade de gás:
n=\frac{PV}{RT}=\frac{0{,}96\cdot 0{,}090}{0{,}082\cdot 302}\approx 3{,}5\cdot10^{-3}\ \text{mol}
Massa molar:
M=\frac{m}{n}=\frac{0{,}203\ \text{g}}{3{,}5\cdot10^{-3}\ \text{mol}}\approx 58\ \text{g/mol}

Uma substância de M=58\ \text{g/mol} compatível com um gás é o butano, \ce{C4H10} (4\cdot12+10\cdot1=58). Seu isômero de cadeia é o metilpropano (isobutano):

\ce{CH3-CH(CH3)-CH3}

Isto é, uma cadeia de três carbonos em que o carbono central tem uma ramificação \ce{-CH3}. O butano normal, \ce{CH3-CH2-CH2-CH3}, também é aceito como o gás em questão; nesse caso o isômero é o metilpropano.

Massa molar \approx 58\ \text{g/mol}; isômero do \ce{C4H10}: metilpropano, \ce{CH3-CH(CH3)-CH3}.

Assuntos: Estudo dos gases e equação de Clapeyron, Cadeias carbônicas e hibridização.

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Questão 8 no caderno Grupo 2 da 2ª etapa da UFG 2014

Fonte: UFG 2ª etapa 2014 · 2º semestre · 2º dia · Grupo 2. Prova oficial ↗