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Questões Conceituais
1) O abaixamentno do potencial químico de um solvente numa solução ideal é um efeito de entalpia ou de
entropia? Explique
2) Interprete (a) a diminuição da temperatura de congelamento e (b) a elevação da temperatura de ebulição de
um solvente em termos de seu potencial químico.
3) Como a dependência da solubilidade de um sólido num líquido, em função da temperatura, ilustra o princípio
de LeChatelier?
4) A osmose reversa tem sido sugerida como um meio de purificar a água do mar. Como isso pode ser feito?
1) Utilizando gráficos de µ contra T, mostre o efeito do aumento da pressão sobre a temperatura de fusão do
gelo (H2O(s)) e do gelo seco (CO2(s)). Informações sobre as densidades: d(H2O(s)) < d(H2O(l)) e d(CO2(s)) >
d(CO2(l)).
Relações importantes: (∂G∂T )
P=−S
; (∂G∂ P )
T=V
; para substâncias puras, µ = Gm.
2) Considere o comportamento da água pura e do dióxido de carbono puro quando se variam a temperatura e a
pressão. Pede-se
Diagrama de fases da água. Diagrama de fases do dióxido de carbono.
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a) Com respeito ao diagrama de fases da água pura, descreva as transformações que devem ser observadas
quando vapor de água a 1,0 bar e 400 K é resfriado a pressão constante até 260K. Quais seriam as
transformações observadas se o mesmo resfriamento fosse conduzido na pressão do ponto triplo?
b) Com respeito ao diagrama de fases do dióxido de carbono puro, é possível obter esse composto na fase
líquida nas condições ambientes de pressão (~ 1 atm) ? Justifique sua resposta.
3) A pressão de vapor do diclorometano a 24,1 oC é 400 Torr e sua entalpia de vaporização é 28,7 kJ mol-1.
Estime a temperatura na qual a pressão de vapor do líquido se iguala a 500 Torr.
4) Qual a origem do aumento de entropia do universo numa reação em que H << 0 e S < 0?
5) Preparam-se soluções de NaCl, a 25 oC, contendo n mols do sal em 1,00 kg de água. Os volumes das
soluções, em centímetros cúbicos, variam com n com a seguinte expressão:
V = 1001,38 + 16,6253 n + 1,7738 n3/2 + 0,1194 n2. Pede-se:
a) A expressão para o volume parcial molar do NaCl na solução;
b) O volume parcial molar do sal em uma solução contendo 10-3 mol de NaCl.
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1) A Figura 1 é o diagrama de fase para mistura de prata e estanho. Classifique as regiões e descreva o que será observado quando líquidos de composição a e b forem resfriados a 200 oC. indique no diagrama de fase a característica que demonstra fusão incongruente. Qual é a composição da mistura eutética e em que temperatura ela funde.
Figura 1.2) Use o diagrama de fases da Figura 1 para estabelecer (a) a solubilidade da prata em estanho a 800 oC, (b) a solubilidade do Ag3Sn em Ag a 460 oC, (c) a solubilidade do Ag3Sn em Ag a 300 oC.3) As figuras 2 e 3 mostram os diagramas de fase obtidos para uma solução quase ideal de hexano e heptano. A) Identifique as regiões do diagrama para mostrar qual fase está presente. B) para uma solução contendo 1 mol de cada composto, estime a pressão de vapor a 70 oC quando a vaporização ocorre devido a redução da pressão externa. C) Qual é a pressão de vapor de uma solução a 70 oC quando apenas uma gota do líquido permanece? D) Estime as frações molares de hexano na fase líquida e vapor para as condições do item b. e) Quais são as frações molares para as condições do item c? f) A 85 oC e 760 Torr, qual é a quantidade dos componentes na fase líquiida e gasosa quando zheptano = 0,40?
Figura 3Figura 4
4) Considere o diagrama de fases da Figura 4, que representa um equilíbrio sólido-liquido. Indique todas as regiões do diagrama pelas espécies químicas que existem em cada região e seu estado físico. Indique o número de espécies e fases presentes nos pontos b, d, e, f, g e k. Esquematize as curvas de resfriamento para as composições xb = 0,16; 0,23; 0,57; 0.67 e 0,84.
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1) No diagrama ternário a seguir (Figura 1), têm-se as composições em massa de nitrogênio, metano e oxigênio numa mistura gasosa a uma dada temperatura e pressão.
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Os vértices A, B e C correspondem a 100% de CH4, N2 e O2, respectivamente, e cada lado oposto a esses vértices corresponde à ausência do respectivo componente na mistura. As composições do triângulo de linhas em negrito indicam que a mistura é explosiva. Com base no diagrama apresentado, responda às seguintes questões.a) A mistura de 30% de N2, 50% de O2 e 20% de CH4 em massa, num reator, é explosiva? Justifique sua resposta.b) A partir de que percentagem em massa de N2 a condição do item anterior será modificada, caso seja mantida a quantidade de CH4 na mistura? Justifique sua resposta. 2) Nas tabelas abaixo são mostrados os pontos de ebulição de algumas substâncias puras e a composição de seus azeótropos.
SUBSTÂNCIA PURA PONTO DE EBULIÇÃO NORMAL (o C)Acetona 56
Clorofórmio 61Metanol 65tolueno 111
Azeótropos (sistema binário X – Y) Composição (% em massa) Ponto de ebulição / oCAcetona – clorofórmio 20 % acetona, 80% clorofórmio 64,7
Tolueno – metanol 27,6 % tolueno, 72,4 % metanol 63,7Analise os diagramas de fase I a IV (Figura 2) indicados a seguir e decida quais representam os sistemas binários acetona-clorofórmio e tolueno-metanol. Justifique sua resposta.3) Considere o diagrama de fases abaixo (Figura 3). Indique nas várias regiões do gráfico as diferentes espécies e seus respectivos estados físicos. Qual é a fórmula da espécie formada. Esta substância pode ser encontrada no estado líquido? Faça o mesmo com o Segundo diagrama de fases. Em cada caso, indique o número de componentes e de constituintes.4)Escreva a diferencial total da função energia de Gibbs para um sistema de três componentes A, B e C mantido em condições de temperatura e pressão constante. Os potenciais químicos de uma mistura podem variar independentemente? . Justifique sua resposta com auxílio da equação de Gibbs-Duhem.
Figura 1
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Figura 2
Figura 3
1) No diagrama ternário a seguir (Figura 1), têm-se as composições em massa de nitrogênio, metano e oxigênio numa mistura gasosa a uma dada temperatura e pressão.Os vértices A, B e C correspondem a 100% de CH4, N2 e O2, respectivamente, e cada lado oposto a esses vértices corresponde à ausência do respectivo componente na mistura. As composições do triângulo de linhas em negrito indicam que a mistura é explosiva. Com base no diagrama apresentado, resolva as seguintes questões.a) marque os seguintes pontos no diagrama, indicando se os mesmos correspondem a misturas explosivas(A) xA = 0,2, xB = 0,8, xC = 0(B) xA = 0,42, xB = 0,26, xC = 32(C) xA = 0,8, xB = 0,1, xC = 0,1(D) xA = 0,1, xB = 0,2, xC = 0,7b) A partir de que percentagem em massa de N2 a condição do item anterior (B) será modificada, caso seja mantida a quantidade de CH4 na mistura? Justifique sua resposta.
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2) Um mol de um gás monoatômico ideal é comprimido adiabaticamente num único estágio com uma pressão
oposta constante e igual a 1 MPa. Inicialmente o gás está a 27 oC e 0,1 MPa de pressão. A pressão final 1 M Pa.
Calcule a temperatura final do gás, Q, w, U, H e .S.
3) Considere as capacidades caloríficas a volume constante e a pressão constante para um gás monoatômico
ideal. Qual delas deve ter valores mais elevados? Justifique sua resposta. Considere um aquecimento qualquer,
em que condições será necessário integrar a capacidade calorífica para calcular o calor trocado. Qual o efeito do
aquecimento sobre a entalpia e a entropia dos materiais.
4) A pressão de vapor do éter dietílico é 100 torr a – 11,5 oC e 400 torr a 17,9 oC. Calcule
a) o calor de vaporizaçãob) o ponto de ebulição normal e o ponto de ebulição numa cidade onde a pressão barométrica seja de 620 torr5) O aumento de µ com o aumento de p, para um gás ideal, é um efeito da entalpia ou da entropia? Justifique bem sua resposta.
2) Considere o diagrama de fases abaixo (Figura 3). Indique nas várias regiões do gráfico as diferentes espécies e seus respectivos estados físicos. Qual é a fórmula da espécie formada. Esta substância pode ser encontrada no estado líquido?
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3
)
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a) I e III b) I e IV c) I e II d) III e IV e) II e III
4
)
Considerando a formação de soluções e propriedades coligativas, analise as afirmações abaixo:
I) A adição do soluto aumenta o potencial químico do solvente
II) Em uma solução ideal, soluto e solvente seguem a lei de Raoult
III) A adição do soluto provoca um decréscimo na temperatura de ebulição do solvente
IV) A adição do soluto provoca um decréscimo na temperatura de solidificação do solvente
a) I e III b) I e IV c) I e II d) II e IV e) II e III
5)
6)
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a) Componente Y puro seguido de X puro
b) Componente X puro seguido de Y puro
c) Componente X puro seguido de azeótropo
d) Somente o azeótropo
e) Componente Y puro seguido de azeótropo
APENDICE:
PV = nRT R = 8,314 J / K mol; R = 0,082 L atm / K mol
1 atm = 101325 Pa 1bar = 105 Pa
dU = dW + dq, dS = dqrev/T, H = U + PV, G = H – TS, A = U – TS, dG = VdP – SdT
( ∂G∂n j )P ,T ,n '=μ j
( ∂V∂n A )P ,T=V A
( dx ndx )=nxn−1
∫ 1xdx=ln x+c
∫ xn dx= x
n+1
n+1+c
se e somente se n ≠ -1
ln (P2
P1)=−ΔvapH
R ( 1T 2
− 1T1
)