Unidad 2 El estado gaseoso y las leyes de los gases

Prof. María Fernanda Aued

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Unidad 2

El estado gaseoso y las leyes de los gases

Introducción teórica

En la naturaleza, las sustancias se presentan – a una temperatura y a una presión dada –en un determinado estado de agregación. En general, los metales (salvo el mercurio, que eslíquido) y las sustancias constituidas por iones se encuentran en estado sólido, mientras quelas sustancias que forman moléculas pueden ser sólidas, líquidas o gaseosas. Entre lasmoléculas de una sustancia actúan dos tipos de fuerzas: de atracción y de repulsión. Delbalance de la acción entre esas fuerzas resultará el estado de agregación de la sustancia encuestión.

El estado gaseoso

Al abrir la llave de gas de una garrafa y cerrarla luego de unos segundos, sepercibe un olor característico que desaparece rápidamente ( en realidad el gas naturales una mezcla inodora de hidrocarburos, pero para detectar una pérdida de gas seagregan pequeñas cantidades de una sustancia, que le otorgan ese “olor a gas”característico) El gas que escapó de la garrafa “desapareció” en el aire, o dicho deotra manera, difundió hacia el medio (aire)

Según la teoría cinético – molecular, un gas tiende a ocupar todo el espacio delrecipiente que lo contiene, ya que sus moléculas poseen gran energía cinética, quesupera cualquier tipo de fuerzas de tracción que puedan existir entre ellas. Enconsecuencia, se advierte que los gases no tienen forma ni volumen propios, ladensidad es mucho menor que los otros estados y son compresibles, es decir que elvolumen que ocupan se modifica con los cambios de presión.

Si a las moléculas de un sólido o de un líquido se les entrega suficiente energía enforma de calor, estas también adquirirán la suficiente energía como para romper lasfuerzas que las mantienen unidas y pasar al estado de vapor, produciéndose,entonces, el cambio de estado. Pocas son las sustancias que están en estadogaseoso a temperatura ambiente, entre ellas el nitrógeno (N2), el oxígeno (O2), elhidrógeno (H2), el dióxido de carbono (CO2), el flúor (F2), el cloro (Cl) y el helio (He)

Si bien comúnmente las palabras gas y vapor se utilizan como sinónimos, hay quediferenciarlas, porque aluden a distintos conceptos: el gas es una sustancia que apresión normal y a temperatura ambiente, se encuentra en estado gaseoso, el vapor,por su parte, es la forma gaseosa de una sustancia, que a temperatura ambiente esun sólido o un líquido. En general, el vapor está en contacto con uno de sus estadoscondensados (líquido o sólidos)


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Aunque parezca mentira, ya que la mayoría de los gases son percibidos por nuestrossentidos, el estado gaseoso ha sido, históricamente, el estado de la materia de másfácil estudio. Gran parte de lo que sabemos hoy acerca del comportamiento de losgases proviene de las investigaciones realizadas durante siglos XVII, XVIII y XIX. Losestudios con gases permitieron formular el modelo de partículas que se emplea en laactualidad para explicar la naturaleza de la materia, fueron formalizados mediante lasllamadas leyes de los gases.

Los gases y la teoría cinética molecular.

La atmósfera, el aire de los neumáticos y los humos representan el estadogaseoso. En 1868, el físico escocés James C. Maxwell (1831 – 1879) y el físicoaustriaco Ludwig Boltzmann (1831 – 1879) pensaron que los gases estabanconstituidos por infinidad de moléculas moviéndose al azar. Y enunciaron, luego denumerosos experimentos, los postulados de la teoría cinética molecular que dicen: Los gases están formados por partículas diminutas (moléculas, muy alejadas

unas de otras) Puede considerarse que las moléculas poseen masa, pero tieneun volumen despreciable con respecto al espacio vacío que existe entre ellas.

No existen fuerzas de interacción entre las partículas. Las moléculas gaseosas se mueven continuamente al azar y en línea recta,

chocando entre sí o contra las paredes del recipiente que las contiene. Esteestado continuo movimiento se denomina agitación térmica.

Las colisiones entre las moléculas son choques elásticos, es decir que por másque ocurran, la energía cinética total del sistema se conserva.

En una masa gaseosa, en un instante dado, las partículas poseen diferentesvelocidades y, en consecuencia, distintas energía cinéticas. La energía cinéticapromedio de dichas partículas es proporcional a al temperatura absoluta delgas. A la misma temperatura, las moléculas de cualquier gas tienen igualenergía cinética promedio. Estos postulados no se cumplen estrictamente paralos gases reales, sino que a ellos responde un modelo de gas ideal.

Volumen: Es una magnitud que indica el espacio que ocupa una sustancia. Elvolumen de un gas es igual al volumen del recipiente que lo contiene. Se mide enunidades de volumen, tales como decímetro cúbico (dm3), centímetro cúbico (cm3),litro (l), mililitro (ml); siendo las dos primeras del Sistema Internacional (SI).

Equivalencias

1dm3 =1000 cm3

1dm3 = 1l

1cm3 = 1ml


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Presión: Es una magnitud que indica la fuerza que ejerce el gas en una unidad deárea. Es una medida de las colisiones que ejercen de las moléculas de gas sobre lasuperficie interna del recipiente. La presión puede medirse en diferentes unidades demedida, dependiendo del sistema de unidades que se considere. Las unidades depresión que utilizaremos son: Pascal (Pa) y hectoPascal (hPa), ambas del SI, yatmósfera (atm) y Torricelli (Torr) que antiguamente era llamada “milímetro demercurio” (mmHg).

Equivalencias

101325 Pa = 1013,25 hPa = 1atm = 760 Torr = 760 mmHg

Temperatura: Es una magnitud que está relacionada con la energía cinética de lasmoléculas, que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema(recordar el 3er. postulado de la Teoría Cinético Corpuscular). A medida de aumentela energía cinética de un sistema, su temperatura será mayor. Las temperaturas semiden con termómetros y existen diferentes escalas termométricas.A continuación se presentan las temperaturas en escala de grados Celsius, gradosFahrenheit y en grados Kelvin con la respectiva conversión de unidades.

El comportamiento de los gases fue estudiado por los científicos desde el siglo XVII, ysus conclusiones se conocen como las Leyes de los Gases.


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LEY DE BOYLE

Los gases tienen una propiedad característica que es su gran comprensibilidad. En elaño 1662, Robert Boyle estudia este comportamiento de los gases cuando latemperatura se mantiene constante, es decir siendo un proceso isotérmico. En esascondiciones el científico concluye que el volumen de una cantidad determinada degas disminuye al aumentar la presión. Si se representan la variación de volumenen función de la presión, se obtiene una hipérbola equilátera denominada isoterma,ya que dichas variaciones ocurren cuando la temperatura se mantiene constante.

La representación gráfica indica que para una cantidad determinada de gas atemperatura constante, el volumen del gas es inversamente proporcional a la presión.Es decir, si la presión se eleva, el volumen de gas se reduce. Este comportamiento delos gases puede expresarse matemáticamente por la siguiente proporción:

El comportamiento de los gases a temperatura constante también fue estudiado por elfísico francés Edme Mariotte, razón por la cual se la conoce como ley de Boyle-Marriotte. Ejemplifiquemos con una situación problemática. Cuando se presiona elpistón de un inflador de bicicletas, el volumen interior del inflador disminuye de 100cm3 a 20 cm3 antes que el aire fluya dentro del neumático. Suponiendo que lavariación es isotérmica, calcular la presión final del aire en el inflador si la presióninicial era de 1, 5 atm. Consideramos el estado inicial como estado 1 y el estado finalcomo estado 2.

Considerando la ley de Boyle podemos escribir la ecuación mencionadaanteriormente como:


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P1 . V1 = P2 .V2se deduce que 1. 1 / 2 = 2Reemplazando los valores resulta que P2 = 1,5 .100 3 / 20 3P2 = 7,5 atmLEY DE CHARLES – GAY-LUSSAC

¿Qué sucede con el comportamiento del gas si se modifica la temperatura? Loscientíficos franceses Jacques Charles y Joseph Gay- Lussac estudiaron el efecto dela temperatura sobre el volumen de gas (manteniendo la presión constante) y sobre lapresión ejercida por el gas (manteniendo el volumen constante).

A Presión Constante (proceso isobárico)

El volumen de una muestra de gas se expande cuando se calienta el gas y se contraeal enfriarse. La representación en ejes de coordenadas de dichas variaciones es unafunción lineal denominada isobara ya que ocurre cuando la presión del gas esconstante. El científico Charles- Gay Lussac postula que el volumen de una cantidadfija de gas mantenido a presión constante es directamente proporcional a latemperatura absoluta del gas.

La variación en el comportamiento del gas puede expresarse según la proporciónmatemática indicada:

=


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La ley de Charles- Gay Lussac indica que el volumen de una cantidad fija de gasmantenido a presión constante es directamente proporcional a la temperaturaabsoluta del gas.Se debe utilizar la temperatura en Escala Kelvin para realizar losproblemas de gases, puesto que es la única escala de temperatura de carácter noarbitrario.

Ejemplificando:

1. Un globo lleno de aire tiene un volumen de 500 cm3 cuando la temperatura esde 15 °C. Si la temperatura inicial se triplica, ¿cuál será el nuevo volumen quealcanzará el globo?

Es conveniente organizar los valores de volumen y temperatura. Expresar lastemperaturas en escala absoluta

T1= 15 °C + 273 K= 288 K

T2= (3. 15 °C )+ 273= 45 °C + 273 =318KV1=500 cm3

Teniendo en cuenta le ecuación de Charles es posible calcular el valor de la nuevapresión sabiendo que:

1/ 1. T2 = V2

500 3/318 . 288 = 2

V2 = 552 cm3

A Volumen Constante (proceso isocórico)

La presión de una muestra de gas aumenta cuando se calienta el gas ydisminuye alenfriarse. La representación en ejes de coordenadas de dichas variaciones es unafunción lineal denominada isocora ya que ocurre cuando el volumen del gas esconstante. La variación en el comportamiento del gas puede expresarse según laproporción matemática indicada.

=


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La ley de Charles- Gay Lusa indica que la presión de una cantidad fija de gasmantenido a volumen constante es directamente proporcional a la temperaturaabsoluta del gas.

Relación entre el volumen del gas y la cantidad: Ley de Avogadro

El científico Italiano Amadeo Avogadro complementa las conclusiones realizadas porBoyle indicando que cuando la presión y la temperatura de un gas se mantienenconstantes, volúmenes iguales de gases diferentes contienen el mismo número demoléculas átomos (si el gas es monoatómico). De acuerdo a esto el volumen decualquier gas el proporcional a la cantidad moles de moléculas presente (n)

V= k.n donde k es una contante de proporcionalidad

Ecuación General de los gases

Las leyes de Boyle-Mariotte y Charles-Gay Lussac dan cuenta del comportamiento deuna sustancia en estado gaseoso cuando una de las variables se mantiene constante,porque de esta manera se facilita el estudio de las propiedades de los gases y lainfluencia de una variable. En la vida cotidiana generalmente se modificansimultáneamente dos de las variables produciendo la modificación de la terceravariable en cuestión.

Si la cantidad de gas (el número de corpúsculos) se mantiene constante es posiblerelacionar la presión, el volumen y la temperatura del estado inicial de un gas idealcon las mismas variables en el estado final.P . VT = P . VTEcuación general de estado

Un gas ideal es un gas hipotético cuyo comportamiento de presión, volumen ytemperatura pueden describirse completamente con la ecuación deducida a partir delas leyes de Boyle Mariotte, de Charles-Gay Lussac a presión contante y la ley deAvogadro.

Volumen N° de Mol de gas R (Constante de los gases ideales)

Presión P . V = n . R . T

R = 0,082 l. atm/ K. mol Temperatura absoluta


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Relaciones de masa, masa molar y densidad de un gas

La densidad es una magnitud que indica la masa que tiene un determinado volumende sustancia; se calcula como el cociente entre ambas magnitudes ( =m/V).

Las densidades de los gases son muy bajas, generalmente se expresan en unidadesde (g/l). Teniendo en cuenta que la cantidad de moles de un gas puede calcularsecomo el cociente entre la masa de sustancia y su masa molar, es posible vincular lastres magnitudes en las ecuaciones dadas donde

M= masa molar m = masa y = densidad del gas

P.V = n R T

Si n = m/M

P.V = /MR T

Reordenando M = m RT/ PV en función de la masa molar de gas.

Si =m/V m =. V

Si reemplazamos

P .V =. V / M R T

Resulta P = /M R T

Reordenando P M = R T

= PM/ RT en función de la densidad del gas.

Ejercitación

1. Un dm3 de helio (He) a 27 °C está sometido a una presión de 2,00 atm. Elsistema se calienta hasta duplicar su volumen, manteniendo la presión constante.Calcular la temperatura final del sistema.

Resolución

DatosV1 = 1 dm3 P = 2,00 atm constanteT1 = 27 °C + 273,15 K = 300,15 KV2 = 2 dm3

T2 = X


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Utilizamos la ecuación para una evolución del Sistema a presión constanteVT = VTT = T x VV

Reemplazamos los valoresT = 300,15 K x 2,00 dm1,00 dm= 600,3 K

Expresado en ° C T (K) = t °C + 273,15 K

Despejando t °C = T (K) - 273,15 K

t °C = 600,3 K - 273,15 Kt °C = 327,15 ° C

2. Se desea conocer a qué volumen final llegará un sistema gaseoso que inicialmenteocupa un volumen equivalente a 30 litros a 27º C y 740 mm Hg, si la temperaturadel sistema aumenta a 45º C y la presión a 2 atm.

ResoluciónAnalizamos los datos y las unidadesDatosP1=740 mmHg = 0,973 atmV1 = 30 l = 30 dm3

T1 = 27 °C + 273,15 K = 300,15 K

P2=2 atmV2 = XT2 = 45°C + 273,15 K = 318,15 KTeniendo en cuenta que se trata de dos estados diferentes del mismo gasutilizaremos la ecuación general de los gases.Como necesitamos saber el V2 (o final) para este sistema, teniendo todos losdatos despejamos de la ecuación.P x VT = P x VT= P x V x TT x P

y ahora remplazamos los valores


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= 0,973 atm x 30 dm x 318.15 K300,15 K x 2 atmOperando matemáticamente y cancelando las unidades el resultado debe expresarseen dm3.

El volumen final será: = ,3. ¿Cuál es la presión de un sistema gaseoso que ocupa un volumen de 500 cm3 si

la temperatura es de 70º C y el sistema está formado por 3,8 moles de dióxido decarbono (CO2)? Expresar el resultado en hPa.

ResoluciónUtilizamos la ecuación de estado ya que se trata de un solo estado del gas einvolucra el número de moles del gas.

P x V = n x R x T

Donde R es la constante universal de los gases y

R = 0,082

Analizamos los datos

P= X en hPaV = 500 cm3 = 0,500 cm3

T= 70° C + 273,15 K = 343,15 Kn = 3,8 mol de CO2

Para poder averiguar la presión necesitamos despejar de la ecuación laincógnita

P =Reemplazamos los valores en la ecuación habiendo despejado la presión

P =, , ,,

Operamos matemáticamente con los números tanto como las unidades y resulta

P = 213,85 atm

P = 213,85 atm x 1013 hPa

P = 216630,05 hPa


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4. Se desea comprimir 10 litros de oxígeno, a temperatura ambiente y a una presiónde 90 kPa, hasta un volumen de 500 ml ¿Qué presión, en atmósferas, senecesita?

ResoluciónAnalizamos los datos

T constante = ambiente = 20° C

P1 = 90 kPa = 900 kPa = 0,89 atm

V1 =10 l de O2 = 10 dm3 de O2

V2 =500 ml = 500 cm3 = 0,500 dm3

P2 = X

Para resolverlo utilizamos la ecuación de evolución isotérmica que corresponde a laley de Boyle y Mariotte

P1 x V1 =P2 x V2

Despejamos la incógnita en este caso la presión final del sistema

Y resulta P =Reemplazamos los valores

P = 0,89 atm x 10 dm0,500 dm= ,5. Un globo lleno de gas con un volumen de 2,50 litros a 1,2 atm y 25º C se eleva enla atmósfera (unos 30 km sobre la superficie de la Tierra) donde la temperatura y lapresión son –23º C y 3,00 x 10 –3 atm, respectivamente. Calcular el volumen final endm3.

Resolución


V1 = 2,50 l = 2,50 dm3

T1 = 25° C + 273,15 K = 298,15 K


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P1 = 1,2 atm

V2 = X

T2 = -23° C +273,15 K = 250,15 K

P2 = 3,00 x 10-3 atm = 0,003 atm

Teniendo en cuenta que se trata de dos estados diferentes del mismo gasutilizaremos la ecuación general de los gases.

Como necesitamos saber el V2 (o final) para este sistema, teniendo todos los datosdespejamos de la ecuación. P x VT = P x VT= P x V x TT x Py ahora remplazamos los valores

= 1,2 atm x 2,50 dm x 250,15 K298,15 K x 0,003 atmOperando matemáticamente y cancelando las unidades el resultado debe expresarseen dm3.

El volumen final será: = ,6. ¿Cuál será la presión ejercida en el interior de una olla a presión de 5 litros decapacidad cuando se calientan 2,78 moles de agua a 150º C?


P . V = n . R . T


R = 0,082


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P= XV = 5 l = 5 dm3

T= 150° C + 273,15 K = 423,15 Kn = 2,7 mol de H2O


P =Reemplazamos los valores en la ecuación habiendo despejado la presión

P =, , ,

Operamos matemáticamente con los números tanto como las unidades y resulta

P = 18,73 atm

7. ¿Cuál es la temperatura de un sistema gaseoso formado por 2,5 moles de dióxidode carbono que ocupa un volumen de 400 ml, si la presión es de 740 mm Hg?Expresar el resultado en grados centígrados.


P . V = n . R . T


R = 0,082


P= 740 mm Hg = 0,97 atmV = 400 ml = 0,400 dm3

T= X ° Cn = 2,5 mol de CO2


T =


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Reemplazamos los valores en la ecuación habiendo despejado la temperatura

T = , ,, ,Operamos matemáticamente con los números tanto como las unidades y resulta

T = 1,89 K

Expresado en ° C T (K) = t °C + 273,15 K

Despejando t °C = T (K) - 273,15 K

t °C = 1,89 K - 273,15 K

t °C = -271,26 ° C

8. ¿Cuál será el número de moles de nitrógeno que contiene un recipiente si lapresión es de 1000 hPa, la temperatura es de 28º C y ocupa un volumenequivalente a 50 litros?


P . V = n . R . T


R = 0,082


P= 1000 hPa = 1,013 atmV = 50 l = 50 dm3

T= 28° C + 273,15 K = 301,15 Kn = X mol de N2


n =


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Reemplazamos los valores en la ecuación habiendo despejado el número demoles (n)

n = ,, ,Operamos matemáticamente con los números tanto como las unidades y resulta

n = 2,05 mol

9. Indicar cuál es la temperatura de un sistema gaseoso que soporta 6 atm depresión y que ocupa un volumen equivalente a 4 litros. Si se lleva el sistema acondiciones normales de presión y temperatura.

ResoluciónAnalizamos los datos y las unidadesDatosP1= 6 atmV1 =4 l = 4 dm3

T1 = XSe lo lleva a CNPTP2= 1 atmV2 = 22,414 dm3

T2 = 0°C + 273,15 K = 273,15 K

Teniendo en cuenta que se trata de dos estados diferentes del mismo gasutilizaremos la ecuación general de los gases.

Como necesitamos saber la T1 (o inicial) para este sistema, teniendo todos losdatos despejamos de la ecuación.P x VT = P x VT

= P x V x TP x Vy ahora remplazamos los valores

= 6 atm x 4 dm x 273,15 K1 atm x 22,414 dmOperando matemáticamente y cancelando las unidades el resultado debe expresarseen K.

La temperatura inicial será = ,


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Ejercitación

1. Se desea conocer a qué volumen final llegará un sistema gaseoso queinicialmente ocupa un volumen equivalente a 30 litros a 27º C y 740 mm Hg, sila temperatura del sistema aumenta a 45º C y la presión a 2 atm.

2. ¿Cuál es la presión de un sistema gaseoso que ocupa un volumen de 500 cm3

si la temperatura es de 70º C y el sistema esta formado por 3,8 moles dedióxido de carbono (CO2)? Expresar el resultado en hPa.

3. ¿Qué temperatura alcanza un sistema gaseoso que inicialmente soporta unapresión de 4 atm y 150º C si la presión desciende a 1,5 atm? Expresar latemperatura final en grados centígrados.

4. Indicar cuál es la temperatura de un sistema gaseoso que soporta 6 atm depresión y que ocupa un volumen equivalente a 4 litros. Si se lleva el sistema acondiciones normales de presión y temperatura.

5. Un globo lleno de gas con un volumen de 2,50 litros a 1,2 atm y 25º C se elevaen la atmósfera (unos 30 km sobre la superficie de la Tierra) donde latemperatura y la presión son –23º C y 3,00 x 10 –3 atm, respectivamente.Calcular el volumen final en dm3.

6. Se desea comprimir 10 litros de oxígeno, a temperatura ambiente y a unapresión de 90 kipá, hasta un volumen de 500 ml ¿Qué presión, en atmósferas,se necesita?

7. Una pelota tiene un volumen equivalente a 4 litros cuando la temperatura es de25º C. ¿Cuál será su volumen si se coloca en el refrigerador a 5º C (Imaginaque la presión dentro de la pelota es igual a la atmosférica durante todo eltiempo en que se produce el proceso de enfriamiento hasta que la pelotaalcanza los 5º C)

8. Una muestra de gas ocupa un volumen de 20 litros a 500 torr de presión y 27ºC ¿Cuál será la presión, en kipá, si el volumen aumenta a 25 l y la temperaturaa 127º C?

9. ¿Cuál será la presión ejercida en el interior de una olla a presión de 5 litros decapacidad cuando se calientan 2,78 moles de agua a 150º C?


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10.¿Cuántos moles de monóxido de carbono (CO) hay en un frasco de vidrio concapacidad de 1 litro. Si este se encuentra a 10º C y 90 kPa.

11.¿Cuál es la temperatura de un sistema gaseoso formado por 2,5 moles dedióxido de carbono que ocupa un volumen de 400 ml, si la presión es de 740mm Hg. Expresar el resultado en grados centígrados.

12.¿Cuál será el número de moles de nitrógeno que contiene un recipiente si lapresión es de 1000 hPa, la temperatura es de 28º C y ocupa un volumenequivalente a 50 litros.

13.Calcular la densidad del gas etano (C2H6) a 1,00 atm y 25 °C.

14.Un gas A tiene una densidad de 1,99 g .dm-3. En las mismas condiciones depresión y temperatura, 10,0 dm3 de oxígeno gaseoso tienen una masa de 14,5g. Calcular la masa molar de A.

Bibliografía consultada:

Raymond Chang-Kenneth Goldsby (2013)” Química” Mc. Graw Hill

Angelini M y otros (1999). “Temas de Química General e Inorgánica”. Versión

ampliada. Eudeba.

Atkins-Jones “Principios de Química” 3 a Edición. Editorial Medica Panamericana

Guías de estudio y ejercicios de Química del CBC. UBA. Cátedra Única 2012 -Google imágenes públicas.

Guías de ejercicios realizadas a través del tiempo por diferentes docentes de laescuela.


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MÁS …. EJERCITACIÓNPropuestos por la Prof. Zulema Lefevre

1) ¿Cuáles son las características del estado gaseoso? ¿Cuáles son lassustancias simples químicas que se encuentran en estado gaseoso encondiciones atmosféricas normales?

2) Indicar las fórmulas químicas y algunas propiedades de las siguientessustancias gaseosas: fluoruro de hidrogeno, cloruro de hidrógeno, monóxidode carbono, dióxido de carbono, metano, amoniaco, óxido nítrico, dióxido denitrógeno, óxido nitroso, dióxido de azufre, sulfuro de hidrogeno, cianuro dehidrógeno; ozono.

3) Indicar cuales de las sustancias del punto anterior tiene efecto tóxico para elorganismo, describiendo tales efectos y las fuentes de producción de losmismos Investigar qué características tiene el gas ideal

4) Investigar qué características tiene el gas ideal.

5) La presión externa del aire de un avión que vuela a gran altura es inferior a lapresión atmosférica estándar, razón por la cual la cabina debe presurizarsepara proteger a los pasajeros. Si la presión que indica el barómetro es de 688mm de mercurio, indicar el valor de la misma en atmosferas, en torr, pascalesy en milibares de presión

6) En un recipiente hay 50 dm3 d e gas a 5 atm de presión ¿Cuál será suvolumen si la presión se incrementa a 7 atm y la temperatura no varía?Justificar el resultado con la ley correspondiente

7) Un recipiente contiene gas helio a –10 °C y 2 atm de presión ¿Cuál será lapresión que soporta si se eleva la temperatura a 38° y el volumen no semodifica? Justificar el resultado con la ley

8) El argón es un gas inerte que se emplea en los focos para retrasar lavaporización del filamento de tungsteno. Un foco que contiene argón a 1,20atm, y se encuentra a 18 °C aumenta su presión a 1,48 atm. ¿Suponiendo elvolumen de gas constante cuál será la temperatura absoluta y en gradosCelsius que alcanzará el gas? Justificar con la ley correspondiente

9) Has podido calcular la variación de presión, temperatura y volumen queexperimenta un gas supuesto ideal. Pero aún no podés explicar que sucede a


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nivel molecular ni la causa de los cambios que experimentan los gases. LaTeoría Cinética Molecular de los Gases postulada los científicos Maxwell yBoltzmann en el siglo Al permiten explicar el comportamiento de los gasesInvestigar los postulados de dicha teoría

10) Trabajar con la docen te de l cu rso la a p l i ca c ión de la Teo r íaC in é t i co Molecular a las leyes de los gases estudiadas.

11) Intenta explicar los resultados de los problemas 6, 7 y 8 con le explicación delos postulados de la Teoría Cinético Molecular

12) El gas dióxido de carbono ocupa un volumen de 10, 5 l i t r o s a 20°C¿Cuál será su volumen que ocupará el gas s i la temperatura se incrementaen 25 % de la temperatura inicial y la presión se mantiene constante?¿Cómo podés explicar el resultado?

13) Un gas e je rce una presión de 10 ,5 a tm de presión a una temperatura de

35 °C. Si la temperatura inicial se triplica y se mantiene constante elvolumen, ¿Cuál será la presión que ejercerá el gas?

14) ¿Un recipiente contiene gas óxido ozono a encuentra a 10 °C y 550 mm demercurio de presión, si se duplica la temperatura y la presión se reduce a latercera parte que volumen adquiere el gas?

15) A 0°C y 2 atm de presión un gas ocupa n volumen de 40 litros ¿Cuál será lapresión que ejercerá l gas s i se lo lleva a un volumen el triple del anterior yse lo calienta simultáneamente a 35°C

16) Una pequeña burbuja de gas se eleva desde el fondo del lago donde latemperatura y la presión son de 8 °C y 6,4 atm hasta la superficie del agua a

25 °C y presión de 1.0 atm. Calcular cual es el volumen final de la burbuja en

ml si el volumen inicial era de 2,1 ml

17) El sulfuro de hidrogeno es un gas es un gas de olor desagradable producidopor descomposición de la materia orgánica. Calcular la presión en atm y enmm de Hg producida por el gas contenido en un recipiente de acero de 5,43litros cuando la temperatura es de 69,6 °C


Química 3° Año Página 20

18) Se dispone de 45 g de gas, que ocupa un volumen de 5 litros enCNPT

¿Cuál es la masa molecular del gas?

19) Se almacena dióxido de carbono en un recipiente de 10 litros a 5°C y 1.2atm de presión, calcular la masa de gas y el número de moléculas que laconstituyen

20) Cierta cantidad de gas está contenida en un recipiente de vidrio a 25 °C y

0,8 atm de presión. Suponiendo que el recipiente soporta una presiónmáxima de 2 atm ¿Cuál es la temperatura máxima que puede alcanzar elgas sin que se rompa el recipiente?

21) Un gas cuya masa molecular es de 29 está sometido a una presión de 2atm a una temperatura de 10 °C ¿Cuál es la densidad del gas?

22) Cuál es la densidad de un gas a 50°C y 2.5 atm de presión sabiendo queen CNPT tiene una densidad de 0.15 g/cm3

23) La densidad de un gas a 25 °C y 2 atm de presión es 0.35 g/dm3. Calcularla densidad del gas si se mantiene constante la temperatura y la presiónse duplica. ¿Como explicarías el resultado obtenido?

24) Un globo lleno de gas tiene un volumen de 2,5 litros a 1,2 atm t 25 °C.se eleva a la estratosfera en donde la temperatura y la presión son de -23 °C y 3 .10-3 atm. Calcular el volumen final del globo.

25) Una masa de 70 g de una sustancia gaseosa que se encuentran a 44 °Cocupan un volumen de 80 litros y ejercen una presión de 741 torr. ¿Cuálserá la masa molar del gas?

26) ¿En qué consiste la difusión de los gases? ¿Qué relación deproporcionalidad existe entre la velocidad de difusión de un gas y la masamolar? Ejemplificar dicho fenómeno

27) ¿En qué consiste la efusión de los gases?

28) El argón es un gas inerte que se emplea en los focos para retrasar lavaporización del filamento de tungsteno. Cierto foco contiene argón a1,2 atm y 18 °C y se calienta a 85 °C a volumen constante. Calcular lapresión final en atmósferas. (Ruta 1,48 atm)



29) a) Una pequeña burbuja se eleva desde el fondo de un lago donde latemperatura es de 4 °C y la presión de 6,4 atm hasta la superficie delagua donde la temperatura es de 30 °C y la presión es de 760 mm de Hg.Calcular el volumen final de la burbuja inicialmente tenía un de 1,5 ml

b) Suponiendo que la burbuja tuviese la forma de esfera, calcular eldiámetro de la burbuja en la superficie.

c) Conversar con tus compañeros el efecto de la variación de volumen siesa burbuja fuese de algún gas que estuviese en el interior de unorganismo, que asciende desde el fondo a la superficie del lago.

30) Un globo lleno de gas que tiene un volumen 1,50 y una presión de

900 mm deHg se eleva se eleva a la estratosfera donde la presión es de

0,003 atm y la temperatura de - 23 °C. Calcular el volumen final delglobo.

31) El hielo seco es dióxido de carbono sólido, una muestra de 0,050 gse coloca en un recipiente vacío cuya capacidad es de 4, 6 litros a 35 °C.Calcular la presión en el interior del recipiente después que todo el hieloseco se convirtió en dióxido de carbono gaseoso.

32) Un recipiente contiene 150 g de g a s oxido de cloro (III) en CNPT.Calcular:

a) El número de moles de moléculas de gas

b) La cantidad de átomos de oxígeno que hay en dicha masade gas

c) El volumen que ocupa el gas en dichas condiciones

d) La presión que ejercerá el gas si la temperatura se eleva en30°C y el volumen se mantiene constante

e) Justificar el resultado el resultado con la ley correspondiente



33) Un recipiente contiene 60,5 litros de gas trióxido de azufre enCNPT.

Calcular:

a) La cantidad de moles de moléculas de gas

b) La cantidad de átomos de oxígeno que hay en dichos moles demoléculas c) La masa de gas presente

d) La temperatura que tendrá el gas si le volumen se mantiene constantey la presión aumenta en un 50 %

e) Enunciar la ley aplicada en el punto anterior

f) Explicar la variación de la presión a partir de la Teoría cinética de los gases.

34) Un recipiente contiene 5.5 1024 moléculas de gassulfuro de hidrógeno (H2S) a 30 C y 1,5 atm de presión. Calcular:

a) La cantidad de moles de moléculas de gas

b) La cantidad de átomos de hidrogeno que hay en dicha masa de gas

c) El volumen que ocupa en dichas condiciones

d) La temperatura que tendrá el gas si la presión se mantiene constante elvolumen anterior se reduce a la mitad

e) Enunciar la ley aplicada en el punto anterior

35) Un recipiente contiene 5.5 moles de moléculas de g a s dióxido decarbono en a 38 C y 850 mm de Hg de presión. Calcular:

a) La cantidad de moléculas de gas

b) La cantidad de átomos de oxígeno que hay en esos moles de gas

c) El volumen que ocupa en dichas condiciones

d) El volumen que tendrá el gas si la presión se mantiene constante latemperatura se reduce a la mitad

e) Enunciar la ley aplicada en el punto anterior f)



36) El buceo es un deporte emocionante y es una actividad segura siempreque los buzos tengan en cuenta las leyes de los gases.

¿Por qué razón el ascenso de los buzos debe realizarse con muchaprecaución y siguiendo las indicaciones dadas por los instructores?

Respuestas

Algunas respuestas no están porque suponen una explicación a partir de loestudiado. Tener en cuenta que las cifras decimales pueden variardependiendo de las aproximaciones que hayan hecho en cada cálculo.

Ejercicios:

5) P= 0.91 atm 6) P2= 35,71 atm 7) P2= 2,37 atm 8) T2= 358.9 K

12) V2= 10.68 l 13) P2= 12,89 atm 14) V2= 621,20 ml 15) P 2= 0.75 atm

16) V2= 14.33 ml 17) P2= 12.93 atm 18) M= 201,47 g/mol

19) M= 23,17 g 20) T2= 745 K 21) P2= 2.49 atm 22) 23,62 g/l

23) 0.70 g/l 24) V2= 838,93 l 25) M=23.32 g/mol

26) a) 1.27 mol b) 2. 29. 10 24 átomos de oxígeno c ) 28.45 litros d) 1.11atm

27) a) 2.70 mol b) 4. 88. 10 24 átomos de oxígeno c) 216 g d ) 409.5 K

28) a) 9.14 mol b) 1.10. 10 25 átomos de hidrogeno c) 151.39 l d ) 151.48 K

29) a) 3.31 10 24 moléculas b) 1.32. 10 25 átomos de oxígeno c) 117.89 ld) 110.69 l

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Unidad 2 El estado gaseoso y las leyes de los gases