QuimGeralECap3 (Forças Intermoleculares & Estados da Matéria)[Exercícios]

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UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA - UFPB

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA NATUREZA – CCEN / Dep. de Química

QUÍMICA GERAL: 3º Capítulo (Forças Intermoleculares & Estados Físicos).

Forças Intermoleculares

1. Qual tipo de força intermolecular atua entre (a) todas as moléculas, (b) moléculas polares, (c) o átomo de hidrogênio de uma ligação polar e um átomo vizinho pequeno e eletronegativo?

[Resp.: Questão teórica...]

2. Que tipo(s) de força(s) é(são) comum(ns) para (a) Xe e etanol (C2H5OH), (b) metanol

(CH3OH) e acetonitrila (CH3CN) e (c) amônia (NH3) e fluoreto de hidrogênio (HF)?

3. Descreva as forças intermoleculares que devem ser vencidas para se converter cada um dos itens seguintes de um líquido para um gás: (a) Br2, (b) CH3OH e (c) H2S.

4. Que tipo de força intermolecular explica as seguintes diferenças em cada caso: (a) CH3OH entra em ebulição a 65 °C, CH3SH entra em ebulição em 6 °C; (b) Xe

(xenônio) é líquido a pressão atmosférica e 120 K, enquanto Ar (argônio) é um gás nas mesmas condições; (c) Kr (kriptônio), peso atômico 84 uma, entra em ebulição a 120,9 K, enquanto Cl2, massa atômica aproximada 71 uma, entra em ebulição a 238 K;

(d) a acetona (CH3COCH3) entra em ebulição a 56 °C, enquanto o 2-metilpropano

(CH3CHCH3CH3) entra em ebulição a -12 °C?

5. Racionalize a diferença em pontos de ebulição entre os membros dos seguintes pares de substâncias: (a) HF (20 °C) e HCl (-85 °C), (b) CHCl3 (61 °C) e CHBr3 (150 °C), (c) Br2

(59 °C) e ICl (97 °C).

6. (a) O que significa o termo “polarizabilidade”? (b) Qual dos seguintes átomos é mais polarizável: O, S, Se ou Te? Explique. (c) Coloque as seguintes moléculas em ordem crescente de polarizabilidade: GeCl4, CH4, SiCl4 e GeBr4. (d) Determine a ordem dos

pontos de ebulição das substâncias do item anterior.

7. (a) Por que a intensidade das forças de dispersão aumenta com o aumento da polarizabilidade? (b) Comente a seguinte afirmação: “Com todos os outros fatores

sendo os mesmos, as forças de dispersão entre as moléculas aumentam com o número de elétrons nas moléculas”.

8. Qual membro dos seguintes pares tem as maiores forças de dispersão de London: (a) H2O ou H2S, (b) CO2 ou CO, (c) CH4 ou CCl4, (d) Br2 ou O2, (e) CH3CH2SH ou

CH3CH2CH2SH, (f) CH3CH2CH2Cl ou (CH3)2CHCl?

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9. O n-pentano e o neopentano são apolares e possuem a mesma fórmula molecular (são

isômeros), no entanto o n-pentano tem ponto de ebulição mais alto. Explique.

10. Quais das seguintes moléculas podem formar ligações de hidrogênio com outras moléculas do mesmo tipo: CH3F, CH3Br, CH3OH e CH3NH2?

11. Identifique os tipos de forças intermoleculares em cada uma das seguintes substâncias e selecione a que possui o ponto de ebulição mais alto em cada par: (a) C6H14 ou C8H18,

(b) C3H8 ou CH3OCH3, (c) HOOH ou HSSH e (d) NH2NH2 ou CH3CH3.

Estado Físico: Gasoso

12. O que é um gás ideal?

13. Como um gás difere de um líquido com base em cada uma das seguintes propriedades: (a) densidade; (b) compressibilidade; (c) habilidade para misturar-se com outras substâncias na mesma fase para formar misturas homogêneas?

14. (a) Tanto um gás como um líquido são transferidos para um grande recipiente. Como seus comportamentos diferem? Explique a diferença em termos moleculares. (b) Apesar de a água e de o tetracloreto de carbono (CCl4) líquidos não se misturarem, seus

vapores formam misturas homogêneas. Explique. (c) As densidades dos gases são, geralmente dadas em unidades de g/L, enquanto para líquidos são dadas em g/mL. Explique a base molecular para essa diferença.

15. Que altura uma coluna de água deve possuir para exercer pressão igual a uma coluna de 760 mm de mercúrio? A densidade da água é 1,0 g/mL, enquanto que a do mercúrio é 13,6 g/mL.

[Resp.: 10,3 m.]

16. Cada uma das afirmações diz respeito a um barômetro de mercúrio. Identifique alguma afirmação incorreta e corrija-a. (a) O tubo deve ter uma área transversal de 1 cm2_.

(b) No equilíbrio, a força da gravidade por unidade de área agindo na base da coluna de mercúrio é igual à força da gravidade por unidade de área agindo na atmosfera. (c) A coluna de mercúrio é sustentada pelo vácuo no topo da coluna.

17. A pressão atmosférica típica no topo do monte Everest (29.028 pés) é aproximadamente 265 torr. Converta esta pressão para (a) atm, (b) mmHg, (c) pascals, (d) bars.

[Resp.: (a) 0,349 atm, (b) 265 mmHg, (c) 3,53x104_{Pa e (d) 0,353 bar ]}

18. Um manômetro de lado aberto contendo mercúrio é conectado a um recipiente de gás. Qual é a pressão do gás no recipiente, em torr, em cada uma das seguintes situações: (a) O mercúrio no braço ligado ao gás está 13,6 cm mais alto que no lado aberto para a atmosfera; a pressão atmosférica é de 1,05 atm. (b) O mercúrio no braço ligado ao gás está 12 mm mais baixo que no lado aberto para a atmosfera; a pressão atmosférica é de 0,988 atm.

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19. Suponha ter um cilindro com um pistão móvel. O que aconteceria com a pressão dentro do cilindro se você fizesse o que segue? (a) Diminuir o volume para 1/3 do volume original, mantendo a temperatura constante. (b) Reduzir a temperatura (em Kelvin) para a metade do seu valor original, mantendo o volume constante. (c) Reduzir a quantidade de gás para a metade, mantendo o volume e a temperatura constante.

20. Uma quantidade fixa de gás a 23 °C exibe pressão de 748 torr e ocupa um volume de 10,3 L. (a) Use a lei de Boyle para calcular o volume que o gás ocupará nesta temperatura se a pressão for aumentada para 1,88 atm. (b) Use a lei de Charles para calcular o volume que o gás ocupará se a temperatura for aumentada para 165 °C, enquanto a pressão for mantida constante.

[Resp.: (a) 5,39 L; (b) 15,2 L]

21. Os gases nitrogênio e hidrogênio reagem para formar gás amônia como segue: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g).

Em certa temperatura e pressão, 1,2 L de N2 reagem com 3,6 L de H2. Se todo N2 e H2

são consumidos, qual o volume de NH3, à mesma temperatura e pressão, que será

produzido?

[Resp.: 2,4 L]

22. (a) Que condições são representadas pela abreviatura CNTP? (b) Calcule o volumo molar de um gás ideal nas CNTP. (c) Geralmente se assume que a temperatura ambiente é 25 °C. Calcule o volume molar de um gás ideal à temperatura ambiente.

[Resp.: (a) Questão teórica... (b) 22,4 L. (c) 24,5 L]

23. Suponha que lhe sejam dados dois frascos e lhe seja dito que um frasco contém um gás de massa molar 30 g/mol e outro um gás de massa molar 60 g/mol, ambos à mesma temperatura. A pressão no frasco A é X atm, e a massa de gás no frasco é 1,2 g. A pressão no frasco B é 0,5 X atm, e a massa de gás no frasco é 1,2 g. Qual o frasco contém o gás de massa molar 30 g/mol e qual contém o de 60 g/mol? Justifique.

[Resp.: O frasco A contém o gás com M = 30 g/mol e o frasco B contém o gás com M = 60 g/mol]

24. Calcule cada uma das seguintes grandezas para um gás ideal: (a) o volume de gás, em litros, se 2,46 mols tiver pressão de 1,28 atm, à temperatura de -6 °C; (b) a temperatura absoluta do gás na qual 4,79x10-2_{mol ocupa 135 mL e 720 torr; (c) a}

pressão, em atmosferas, se 5,52x10-2_{mol ocupa 413 mL à 88 °C; (d) a quantidade de}

gás, em mols, se 88,4 L à 54 °C tem pressão de 9,84 kPa.

[Resp.: (a) 42,1 L; (b) 32,5 K; (c) 3,96 atm; (d) 0,320 mol ]

25. Um tanque de um aparelho de mergulhador contém 0,29 kg de oxigênio (O2)

comprimido em um volume de 2,3 L. (a) Calcule a pressão de gás dentro do tanque a 9 °C. (b) Que volume esse oxigênio ocuparia a 26 °C e 0,95 atm?

[Resp.: (a) 91 atm. (b) 2,3x102_{L ]}

26. Muitos gases são transportados em recipientes de alta pressão. Considere um tanque de aço cujo volume é 68,0 L e que contém gás O2 a uma pressão de 15.900 kPa a 23 °C.

(a) Qual a massa de O2 que o tanque contém? (b) Que volume o gás ocuparia nas

CNTP? (c) À qual temperatura a pressão no tanque seria igual a 170 atm? (d) Qual seria a pressão do gás, em kPa, se ele fosse transferido para um recipiente a 24 °C cujo volume é 53 L?

[Resp.: (a) 14 kg. (b) 9841 L. (c) 48 °C. (d) 20.469 kPa]

27. Qual é o gás mais denso a 1,00 atm e 298 K: CO2, N2O ou Cl2? Justifique sua resposta.

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28. Qual das seguintes afirmativas explica melhor porque um balão fechado cheio com gás hélio sob no ar? (a) O hélio é um gás monoatômico, enquanto quase todas as moléculas que compõem o ar, como N2 e O2, são diatômicas. (b) A velocidade média dos átomos

de hélio é maior que as velocidades médias das moléculas do ar, e a maior velocidade das colisões com as paredes do balão impulsionam o balão para cima. (c) Como os átomos de hélio têm massa menor que a média das moléculas do ar, o gás hélio é menos denso que o ar. O balão, assim, pesa menos que ar deslocado pelo seu volume. (d) Uma vez que o hélio tem menor massa molar que a média das moléculas do ar, os átomos de hélio estão em movimento mais rápido. Isto significa que a temperatura do hélio é maior que a temperatura do ar. Gases quentes tendem a subir.

29. (a) Calcule a densidade do gás NO2 a 0,970 atm e 25 °C. (b) Calcule a massa molar de

um gás se 2,50 g ocupam 0,875 L e 685 torr e 35 °C.

[Resp.: (a) ρ = 1,77 g/L. (b) M = 80,1 g/mol]

30. Considere uma mistura de dois gases A e B, confinados em recipiente fechado. Certa quantidade de um terceiro gás, C, é adicionada ao mesmo recipiente à mesma temperatura. Como o gás adicional C afeta: (a) a pressão parcial do gás A, (b) a pressão total no recipiente e (c) a fração molar do gás B.

31. Uma mistura contendo 0,538 mol de He(g), 0,315 mol de Ne(g) e 0,103 mol de Ar(g) é

confinada em um recipiente de 7,00 L a 25 °C. (a) Calcule a pressão parcial de cada um dos gases na mistura. (b) Calcule a pressão total da mistura.

[Resp.: (a) pHe = 1,88 atm, pNe = 1,10 atm, pAr = 0,36 atm. (b) ptotal = 3,34 atm ]

32. Uma mistura de gases contém 0,75 mol de N2, 0,30 mol de O2 e 0,15 mol de CO2. Se a

pressão total é 1,56 atm, qual é a pressão parcial de cada componente?

[Resp.: pN2 = 0,98 atm, pO2 = 0,39 atm, pCO2 = 0,20 atm]

33. (a) Quais são as frações molares (ou “frações em quantidade de matéria”) de cada componente na mistura de 6,55 g de O2, 4,92 g de N2 e 1,32 g de H2? (b) Qual é a

pressão parcial, em atm, de cada componente dessa mistura se ela for mantida em um recipiente de 12,40 L a 15 °C?

[Resp.: (a) xO2 = 0,20, xN2 = 0,17, xH2 = 0,63. (b) pO2 = 0,38 atm, pN2 = 0,34 atm, pH2 = 1,26 atm]

34. Uma quantidade de gás N2 originalmente mantido a 3,80 atm de pressão em um

recipiente de 1,00 L a 26 °C é transferida para um recipiente de 10,0 L a 20 °C. Uma quantidade de gás O2 originalmente a 4,75 atm e 26 °C em um recipiente de 5,0 L é

transferida para esse mesmo recipiente. Qual é a pressão total no novo recipiente?

[Resp.: ptotal = 2,70 atm]

35. (a) Sob quais condições experimentais de pressão e temperatura os gases, em geral, não se comportam idealmente? (b) Quais as duas propriedades moleculares que fazem com que os gases não se comportem idealmente?

36. Calcule a pressão exercida por 1,0 mol de CCl4 em um recipiente de 28,0 L sob 40 °C

assumindo (a) comportamento ideal e (b) que o gás obedeça à equação de van der Waals. Dados: a = 20,4 atm·L2_mol-2_{e b = 0,1383 L·mol}-1_.

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Estado Físico: Líquido

37. (a) De que modo a viscosidade e a tensão superficial dos líquidos mudam a medida que as forças intermoleculares tornam-se mais intensas? (b) Como a viscosidade e tensão superficial de líquidos variam com o aumento da temperatura?

38. Explique as seguintes observações: (a) a tensão superficial de CHBr3 é maior que a da

CHCl3. (b) Com o aumento da temperatura, o óleo flui mais rapidamente por um tubo

estreito. (c) As gotas de chuva que se ajuntam em um capô encerado de um automóvel tem forma aproximadamente esférica.

39. (a) Qual o significado da pressão crítica de uma substância? (b) O que acontece com a temperatura crítica de uma série de compostos quando a força de atração entre as moléculas aumenta?

40. Explique de que forma cada um dos seguintes itens afeta a pressão de vapor de um líquido: (a) o volume do líquido; (b) a área superficial; (c) as forças intermoleculares atrativas; e (d) a temperatura.

41. (a) Duas panelas de água estão em diferentes queimadores de um fogão. Uma panela de água está fervendo vigorosamente, enquanto a outra ferve suavemente. O que se pode dizer sobre a temperatura da água nas duas panelas. (b) Um grande recipiente de água e um pequeno estão a mesma temperatura. O que se pode dizer sobre as pressões de vapor relativas da água nos dois recipientes?

Estado Físico: Sólido

42. O que é uma célula unitária? Quais as propriedades que ela possui?

43. De que modo um sólido amorfo difere de um cristalino? Dê um exemplo de sólido amorfo.

44. Que tipos de forças atrativas existem entre as partículas nos (a) cristais moleculares, (b) cristais covalentes, (c) cristais iônicos e (d) cristais metálicos?

45. A ligação covalente ocorre tanto em sólidos moleculares quanto em sólidos covalentes. Por que esses dois tipos de sólidos diferem tanto em dureza e pontos de fusão?

46. O irídio (Ir, massa atômica 192,217 u, 1 u = 1,66054x10-24_{g) cristaliza-se com uma}

célula unitária cúbica de face centrada que tem uma aresta de 3,833 Å de comprimento. O átomo no centro da face está em contato com os átomos dos vértices. (a) Calcule o raio atômico de um átomo de irídio. (b) Calcule a densidade do irídio metálico.

[Resp.: (a) r = 1,355 Å. (b) ρ = 22,67 g/cm3_]

47. Um elemento cristaliza-se em uma rede cúbica de corpo centrado. A aresta da célula unitária é 2,86 Å, e a densidade do cristal é 7,92 g/cm3_{. Calcule a massa atômica do}

elemento.