Termodin Mica n Cvel ITA 182

Organização: Luís Cícero

LISTA DE EXERCÍCIOS

Nível ITA _______________________________________________________________________________________________

Prof. Luís Cícero

TERMODINÂMICA QUÍMICA

Questão 01. Três moles de gás ideal, a 20 oC e sob pressão de 3 bar, expandem-se isotermicamente contra pressão externa constante e igual a 1 bar. a) Determinar a quantidade de calor fornecida ao gás para manter sua temperatura constante, imaginando o gás expandindo-se até sua pressão igualar-se à pressão externa. b) Determinar o estado final do gás, admitindo que durante a expansão isotérmica lhe são fornecidos 2700 J de calor.

Questão 02. Um mol de gás ideal realiza uma expansão isotérmica, a 25 oC, em que sua pressão passa de 1 bar para 0,1 bar. Determinar o trabalho e o calor envolvidos no processo, admitindo-se: a) a expansão é quase-estática; b) a expansão realiza-se contra pressão externa constante e igual à pressão final do gás. c) Determinar o calor e o trabalho envolvidos nos processos inversos, isto é, compressão isotérmica, a 25 oC, de 0,1 bar a 1 bar.

Questão 03. Um mol de água é vaporizado na atmosfera, a 100 oC e sob pressão de 1,01 bar. Qual o trabalho realizado contra a atmosfera, nesta vaporização?

Questão 04. Dois moles de gás ideal, inicialmente a 0 oC e sob pressão de 1 bar, realizam um processo em que o volume do gás fica duplicado. A natureza do processo não é conhecida, mas sabe-se que no seu transcorrer a entalpia do gás aumenta de 4200 J e ao gás se fornecem 3300 J de calor. Determinar a temperatura e a pressão final, a variação de energia interna e o trabalho realizado pelo gás. A capacidade calorífica, a V constante, do gás vale 20,9 J/mol.K.

Questão 05. Etanol e ar atmosférico (4 moles de N2 para 1 mol de O2) alimentam a chama de um maçarico. A fim de obter combustão completa e melhorar a eficiência da chama, a mistura combustível é preparada com excesso de 50% de ar e previamente aquecida a 100 oC. Determinar a temperatura máxima da chama do maçarico. Dados: calores padrões de formação, em kJ/mol: do vapor de etanol: -238, do vapor d'água: -242, do dióxido de carbono: -393; capacidades caloríficas médias, em J/mol.K: do vapor de etanol: 73,2, do vapor d'água:33,6, do dióxido de carbono: 38,7, do nitrogênio: 29,1, do oxigênio: 29,5; temperatura de ebulição normal do etanol: 78,8 oC.


Questão 06. Um sistema, que se mantém isobárico e isotérmico, contém 5 L de uma mistura gasosa composta por monóxido de carbono e um gás inerte. Sabendo que a injeção de certa quantidade de oxigênio altera o volume do sistema em 3 L e que, após a combustão desta nova mistura gasosa, o sistema contém 7 L, determine a composição centesimal da mistura inicial de monóxido de carbono e gás inerte.

Questão 07. A transformação isovolumétrica de um gás triatômico hipotético A3 em outro diatômico A2 envolve a liberação de 54 kJ/mol de A3. A capacidade calorífica molar a volume constante do gás A2 é de 30 J/mol. K. Após a transformação isocórica de todo A3 em A2, determine o aumento percentual de pressão em um recipiente isolado contendo o gás A3 a 27 °C. Considere que a capacidade calorífica molar a volume constante do gás A2 não varia com a temperatura e que os gases se comportam idealmente.

Questão 08. O valor experimental para o calor liberado na queima de benzeno líquido a 25 °C, com formação de dióxido de carbono e água líquida, é 780 kcal/mol. A combustão é feita em uma bomba calorimétrica a volume constante. Considerando comportamento ideal para os gases formados e R = 2,0 cal/mol.K, determine: a) o calor padrão de combustão do benzeno a 25 °C; b) se o calor calculado no item anterior é maior ou menor quando a água é formada no estado gasoso. Justifique sua resposta.

Questão 09. Uma amostra de 0,640 g de naftaleno sólido (C10H8) foi queimada num calorímetro de volume constante, produzindo somente dióxido de carbono e água. Após a reação, verificou-se um acréscimo de 2,4 °C na temperatura do calorímetro. Sabendo-se que a capacidade calorífica do calorímetro era de 2.570 cal/°C e considerando-se que a variação de pressão foi muito pequena, calcule a entalpia de formação do naftaleno. Dados:

entalpia de formação do CO2 (g): -94,1 kcal/mol entalpia de formação da água (L): -68,3 kcal/mol

Questão 10. O diagrama temperatura (T) versus volume (V) representa hipoteticamente as transformações pelas quais um gás ideal no estado 1 pode atingir o estado 3.


Sendo a variação de energia interna e q a quantidade de calor trocado com a vizinhança, assinale a opção com a afirmação ERRADA em relação às transformações termodinâmicas representadas no diagrama. A) |∆U12| = |q12| B) |∆U13| =| ∆U23| C) |∆U23| = |q23| D) |∆U23| > |∆U12| E) | q23| > 0

Questão 11. Dois cilindros (I e II) são providos de pistões, cujas massas são desprezíveis e se deslocam sem atrito. Um mol de um gás ideal é confinado em cada um dos cilindros I e II. São realizados, posteriormente, dois tipos de expansão, descritos a seguir: 1) No cilindro I, é realizada uma expansão isotérmica à temperatura T, de um volume V até um volume 2V, contra uma pressão externa constante P. 2) No cilindro II, é realizada uma expansão adiabática, de um volume V até um volume 2V, contra uma pressão externa constante P. Determine os módulos das seguintes grandezas: variação da energia interna, calor trocado e trabalho realizado para os dois tipos de expansão.

Questão 12. Considere que os quatro processos químicos, descritos a seguir nos itens I a IV, são realizados isobárica e isotermicamente: I. KNO3(s) → K+(aq) + NO3–(aq) II. H2O(l ) → H2O(g) III. C(grafita) → C(diamante) IV. 2 Na(s) + ½ O2(g) → Na2O(s) Qual das opções abaixo contém os processos químicos cuja variação de energia interna é nula?

Questão 13. Amostras de massas iguais de duas substâncias, I e II, foram submetidas independentemente a um processo de aquecimento em atmosfera inerte e a pressão constante. O gráfico abaixo mostra a variação da temperatura em função do calor trocado entre cada uma das amostras e a vizinhança. Dados: ΔHf e ΔHv representam as variações de entalpia de fusão e de vaporização, respectivamente, e cp é o calor específico.


A) ΔHf (I) < ΔHf (II) B) ΔHv (I) < ΔHv (II) C) cp,I(s) < cp,II(s) D) cp,II(g) < cp,I(g) E) cp,II(l) < cp,I(l)

Questão 14. Considere as seguintes afirmações a respeito da variação, em módulo, da entalpia (ΔH) e da energia interna (ΔU) das reações químicas, respectivamente representadas pelas equações químicas abaixo, cada uma mantida a temperatura e pressão constantes:

Das afirmações acima, quais estão CORRETAS?

Questão 15. Um cilindro provido de um pistão móvel, que se desloca sem atrito, contém 3,2 g de gás hélio que ocupa um volume de 19,0 L sob pressão 1,2 x 105 N m−2. Mantendo a pressão constante, a temperatura do gás é diminuída de 15 K e o volume ocupado pelo gás diminui para 18,2 L. Sabendo que a capacidade calorífica molar do gás hélio à pressão constante é igual a 20,8 J K−1 mol−1, a variação da energia interna neste sistema é aproximadamente igual a ?

Questão 16. Considere as reações representadas pelas seguintes equações químicas balanceadas:

sendo ∆H(T) e ∆E(T) , respectivamente, a variação da entalpia e da energia interna do sistema na temperatura T . Assuma que as reações acima são realizadas sob pressão constante, na temperatura T, e que a temperatura dos reagentes é igual à dos produtos. Considere que, para as reações representadas pelas equações acima, sejam feitas as seguintes comparações:

Das comparações acima, quais está(ão) CORRETA(S)?

Questão 17. Num cilindro, provido de um pistão móvel sem atrito, é realizada a combustão completa de carbono (grafita). A temperatura no interior do cilindro é mantida constante desde a introdução dos reagentes até o final da reação. Considere as seguintes afirmações:


I. A variação da energia interna do sistema é igual a zero. II. O trabalho realizado pelo sistema é igual a zero. III. A quantidade de calor trocada entre o sistema e a vizinhança é igual a zero. IV. A variação da entalpia do sistema é igual à variação da energia interna. Destas afirmações, quais está(ão) CORRETA(S) ?

Questão 18. Considere as seguintes comparações de calores específicos dos respectivos pares das substâncias indicadas.

Das comparações feitas, está(ão) CORRETA(S)?

Questão 19. A figura abaixo mostra como a capacidade calorífica, Cp, de uma substância varia com a temperatura, sob pressão constante.

Considerando as informações mostradas na figura acima, é ERRADO afirmar que A) a substância em questão, no estado sólido, apresenta mais de uma estrutura cristalina diferente. B) a capacidade calorífica da substância no estado gasoso é menor do que aquela no estado líquido. C) quer esteja a substância no estado sólido, líquido ou gasoso, sua capacidade calorífica aumenta com o aumento da temperatura. D) caso a substância se mantenha no estado líquido em temperaturas inferiores a Tf , a capacidade calorífica da substância líquida é maior do que a capacidade calorífica da substância na fase sólida estável em temperaturas menores do que Tf . E) a variação de entalpia de uma reação envolvendo a substância em questão no estado líquido aumenta com o aumento da temperatura.


Questão 20. Uma reação química hipotética é representada pela seguinte equação: X(g) + Y(g) → 3Z(g) . Considere que esta reação seja realizada em um cilindro provido de um pistão, de massa desprezível, que se desloca sem atrito, mantendo-se constantes a pressão em 1 atm e a temperatura em 25o C. Em relação a este sistema, são feitas as seguintes afirmações: I. O calor trocado na reação é igual à variação de entalpia. II. O trabalho realizado pelo sistema é igual a zero. III. A variação da energia interna é menor do que a variação da entalpia. IV. A variação da energia interna é igual a zero. V. A variação da energia livre de Gibbs é igual à variação de entalpia. Então, das afirmações acima, quais estão CORRETAS?


GABARITO

Questão 01.................................................................................................................... a) 4,87x103 J = q b) Pa = 1,42 bar. Questão 02.................................................................................................................... a) q = w = 5,70x103 J/mol b) w = q = 2,23x103 J/mol c) w = q = -5,70x103 J/mol e - 2,23x104 J/mol. Questão 03.................................................................................................................... 3,10x103 J/mol Questão 04.................................................................................................................... 72 oC, 0,63 bar, 3,01x103 J, 2,9x102 J. Questão 05.................................................................................................................... 1806°C Questão 06.................................................................................................................... 40% de CO e 60% de gás inerte. Questão 07.................................................................................................................... 650% Questão 08.................................................................................................................... a) ∆H = – 780,89 kcal.mol-1

b) menor; ∆H = – 779,11 kcal.mol-1 Questão 09.................................................................................................................... H = +19,4 kcal/mol de C10H8 Questão 10.................................................................................................................... letra A Questão 11.................................................................................................................... a) WI =WII = P.V ; UI = 0 e Q1 = P.V b) Q2 = 0 e UII = - P.V Questão 12.................................................................................................................... em nenhum processo U é nulo. Questão 13.................................................................................................................... Letra B Questão 14.................................................................................................................... II, IV e V Questão 15.................................................................................................................... U = - 0,15 kJ

Questão 16.................................................................................................................... apenas IV Questão 17.................................................................................................................... apenas II e IV Questão 18.................................................................................................................... apenas IV Questão 19.................................................................................................................... letra C Questão 20.................................................................................................................... apenas I e III

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