Lista de exercícos - Leis da termodinâmica

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Disciplina -Físico-Química Aplicada à Farmácia
Lista de exercícios – Leis da Termodinâmica
Semestre 2021/1
1. Um mol de um gás ideal monoatômico, Cv = (3/2)R sofre uma transformação cíclica reversível indicada na figura abaixo. A partir as informações dadas pelo gráfico, preencha a tabela abaixo. Soma todas as etapas, no final do ciclo trabalho e calor (não são funções de estado) e vão ser
	Etapa
	Natureza do processo
	q / J
	w / J
	U / J (energia interna)
	H / J 
	S
	12
	Processo isobárico (pressão constante)
	5 683,95
	- 2240, 72 J.k
	3 406,70
	H = 5 676, 48 j
	14,407 J
	2 3
	Processo isocórico (volume constante)
	- 3 406, 70
	0
	- 3 406, 70
	- 5 676, 48 j
	- 8,74 J
	3 1
	Volume constante
	1 574,23
	- 1 574,23 J
	0
	0
	- 5, 76 J
	Ciclo total
	Processo ciclico
	Calor = trabalho 
3 851,48
	- 3 814, 95
	0
	0
	0
2. Um mol de um gás ideal monoatômico, inicialmente nas CNTP, sofre um processo reversível de expansão até dobrar seu volume. A natureza do processo não está especificada, mas H é de 500 cal e o q é de 400 cal. a) Calcule P e T finais, U e w para o processo; b) calcule H, U, q e w supondo que o gás tenha sido levado às mesmas condições finais por um processo isocórico e por um isotérmico, ambos reversíveis. 
3. Um mol de um gás ideal expande-se adiabática e irreversivelmente, de um volume V1 até dobrar seu volume, nenhum trabalho é realizado. A partir desta informação, responda aos itens abaixo:
a) Há variação da temperatura do gás?
b) Qual o valor de S para o gás e para o meio ambiente? Explique se esta transformação é espontânea ou não.
4.. O calor de formação do HCl (g) a 298 K é -22,063 kcal mol-1. Os valores das capacidades caloríficas dos reagentes e produto estão listados seguir. Com as informações dadas, calcule o calor de formação a 698 K. Dados: Cp H2 = 6,9469 cal grau-1 mol-1, Cp Cl2 = 7,5755 cal grau-1 mol-1, Cp HCl = 6,7319 cal grau-1 mol-1.
5. Explique se nas reações abaixo o valor de H é muito distinto do de U, estimando de maneira qualitativa, mas definitiva, se será maior ou menor. Suponha que todos os regentes e produtos estejam nos seus estados padrões e a 25 °C.
a) Reação completa de combustão da sacarose (C12H22O11).
b) Combustão total do álcool etílico.
c)A oxidação do PbS com o O2 a PbO e SO2.
d) a oxidação do naftaleno sólido (C10H8) com o O2 para produzir ácido ftálico sólido [C6H4(COOH)2.
6. Uma amostra de sacarose, C12H22O11, de massa 0,1265 g é queimada em uma bomba calorimétrica. Acabada a reação, se encontra que para produzir eletricamente o mesmo incremento/aumento de temperatura é necessário consumir 2082,3 J.
a) Calcule o calor de combustão da sacarose. Explique se este calor corresponde à variação de entalpia ou de energia interna. Se for energia interna, determine a entalpia, e se for entalpia, determine a energia interna.
b) A partir do calor de combustão e dos dados apropriados, calcule o calor de formação da sacarose.
forH0298 CO2 (g) = -393,51 kJ mol-1; forH0298 H2O (l) = -187,78 kJ mol-1
c) Se o incremento de temperatura no experimento foi de 1,743 °C, determine a capacidade calorífica do calorímetro e de seu conteúdo.
7. Um grama de gelo a 0 °C é adicionada a 10 g de água em seu ponto de ebulição. Qual será a temperatura final e a variação de entalpia e entropia que acompanha o processo? O calor de fusão da água é 80 cal g-1 e o calor específico 1 cal grau-1 g-1.
8. O cloreto de nitrosila (NOCl) é um gás tóxico e irritante aos olhos e usado na síntese de produtos farmacêuticos como agente clorante. Este gás dissocia-se segundo a reação: 2NOCl (g) ⇋ 2NO (g) + Cl2 (g). O quadro abaixo apresenta os seguintes dados termodinâmicos na temperatura de 25 °C (considere Cp independente de T). Calcule as variações das seguintes propriedades termodinâmicas: entalpia, entropia e energia de Gibbs para esta reação na temperatura de 500 °C.
	Composto
	fHo298 / kJ mol-1
	S298 / J K-1 mol-1
	Cp / J K-1 mol-1
	NOCl (g)
	-51,71
	261,69
	44,69
	NO (g)
	90,25
	210,76
	29,84
	Cl2 (g)
	Aqui é zero pois substâncias na sua forma mais estável tem igual a zero
	223 
	33,91
Terceira Lei da Termodinâmica (teorema do calor de Walther Nervest) define a condição física em que a entropia é igual a zero.
A entropia de toda e qualquer substância no zero absoluto, 0 Kelvin ou, - 273 °C , é zero. Mesmo na temperatura de 0 K existe uma energia nos átomos 
9. O óxido de cálcio (cal virgem) é produzido industrialmente por decomposição térmica do carbonato de cálcio na temperatura de 800 °C de acordo com a reação: CaCO3 (s) ⇋ CaO (s) + CO2 (g). A partir dos dados listados abaixo, calcule a variação de entalpia, a variação de entropia e a variação da energia de Gibbs para esta reação na temperatura de 900 °C. O quadro abaixo lista os dados termodinâmicos a 298 K que necessário para a resolução desta questão (considere Cp independente de T). Estime o custo de energia elétrica para manter o forno aquecido a 800 °C por 1 h, sabendo que o valor do kW h na cidade de Fortaleza é de 0,53 centavos. 
Dado: 1 kw h = 3,6 x 106 J.
	Composto
	CaCO3 (s)
	CaO (s)
	CO2 (g)
	Cp / J K-1 mol-1
	111
	48
	37,1
	fHo / kJ mol-1
	- 1207
	-635,09
	-393,51
	S298o / J K-1 mol-1
	92,8
	38,1
	213,68