Físico-Química I Lista 4

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Físico-Química I. Prof. Paulo A. Netz
Lista de Exercícios 04 – Termoquímica
Questões Teóricas:
01 - O que é propriedade molar parcial? O volume molar parcial da água numa
solução de água e álcool é igual ao volume molar da água pura nas mesmas condições de
temperatura e pressão? Porquê?
02 – Defina e exemplifique: grandeza de mistura, grandeza de mudança de fase e
grandeza de reação. Qual será a expressão da entalpia de reação para a seguinte reação
química?
2 SO2 (g) + O2 (g)  2 SO3 (g)
03 - O que é o estado padrão e qual a sua utilidade?
04 - O que é a lei de Hess e qual a sua utilidade? Exemplifique.
05 - Cite pelo menos uma vantagem e uma desvantagem do cálculo das entalpias
de reação utilizando tabelas de energia de ligação ao invés de entalpias de formação.
06 - O que é um calorímetro e em que condições ele normalmente opera?
07 – Por que é necessário arbitrar a entalpia de formação do H+ como igual a zero
quando calculamos as entalpias de formação de íons em solução aquosa?
Exercícios:
08 - Mostre que a entalpia de reação pode ser relacionada às entalpias molares
parciais dos reagentes e produtos através de:
09 - Mostre que, sob condições moderadas de pressão, o calor a pressão constante
pode ser obtido a partir do calor a volume constante de um calorímetro mediante a relação
H  U + RT ng
10 - A temperatura de um calorímetro eleva-se 2,2052 C pela passagem de uma
corrente elétrica por um aquecedor. Sabendo-se que a energia elétrica envolvida é de 3532,7
J, calcule a capacidade calorífica do calorímetro. 
11- Uma amostra de 0,1000 g de benzeno líquido é queimada no calorímetro
examinado no exercício anterior, causando uma elevação de temperatura de 2,609 C.
Calcule o calor molar de combustão do benzeno a pressão e a volume constante a 25 C.
Dados:  M=78,11 g/mol. 
Δ rH=(
∂H
∂λ
)
P, T
=∑ νi
~H i
12 - Condições geofísicas são às vezes tão extremas que quantidades
normalmente negligenciadas em experimentos normais de laboratório assumem uma grande
importância. Por exemplo, considere a formação do diamante sob condições geofísicas
típicas. A densidade do grafite é de 2,27 g cm –3 e a do diamante, 3,52 g cm –3 a uma certa
temperatura, sob pressão de 500 kbar. De quanto será a diferença entre U e H nestas
condições?
 
13 - Calcular o H298 para a seguinte reação:
ZnS(s) + 3/2 O2(g) == ZnO(s) + SO2(g)
Substância ZnS ZnO SO2
Hf (298) (kcal/mol) -49,23 -83,24 -70,99
14 - Calcular o H298 para a reação:
n-C6H14(l) + CH4(g) == n-C7H16(l) + H2(g)
com base nas seguintes entalpias de combustão: 
Substância n-C6H14 CH4 n-C7H16 H2
Hcomb (kcal/mol) -989,8 -210,8 -1149,9 -68.38
15 - Sabendo-se que as entalpias padrão de formação do etilbenzeno, do gás
carbônico e da água são, respectivamente – 12,5; – 393,51 e – 285,83 kJ mol –1, calcule a
entalpia padrão de combustão do etilbenzeno. 
16 - Com base nos seguintes dados, determine a entalpia padrão de formação do
diborano a 298 K. 
B2H6 (g) + 3 O2 (g)  B2O3 (s) + 3 H2O (g) H = – 1941 kJ mol–1
2 B (s) + 3/2 O2 (g)  B2O3 (s) H = – 2368 kJ mol–1
H2 (g) + ½ O2 (g)  H2O (g) H = – 241,8 kJ mol–1
 
17 - Com os seguintes dados de energia de ligação em kJ/mol calcule o calor de
combustão do metanol líquido a 25 C. Dados adicionais: Hvap[H2O] = 44,011 kJ/mol,
Hvap[Metanol] = 37,99 kJ/mol.
Ligação C-H C=O O-H O=O C-O
Hlig 415,9 804,2 463,6 498,3 327,2
18 - A partir da seguinte tabela, calcule o calor envolvido na diluição do HCl . 10 
Aq para HCl . 40 Aq.
Tabela: Calores de solução para a reação: HCl + n Aq  HCl . n Aq
n 10 25 40 200
H(kJ/mol) -69,01 -72,03 -72,79 -73,96
19 - Muitos organismos obtém energia oxidando completamente alguns de seus
materiais alimentícios. O “valor calórico” de tais materiais é seu calor de combustão a
temperatura constante e 1 atm de pressão, e é um indicador de seu possível valor como
combustível celular. Amostras de carboidrato, glicose, e do ácido graxo, ácido esteárico,
quando queimados a 20  C em calorímetros a volume constante, produziram
respectivamente 673 e 2711,8 kcal/mol de calor. Calcular o valor calorífico a 20  C destes
compostos (a) por mol e (b) por grama. (Glicose(s) = C6H12O6, PM 180g/mol, ácido
esteárico (s) = C18H36O2, PM = 284 g/mol). Considerando os resultados obtidos, o que se
pode dizer a respeito do valor calórico relativo de gorduras e açúcares?
20 - Calcule o H298 para a titulação do HCN por NaOH:
HCN(aq) + NaOH(aq) == NaCN(aq) + H2O(l)
Substância H2O NaCN NaOH HCN
Hf (kcal/mol) -68,317 -21,2 -112,236 25,2
21 - Com os dados da tabela abaixo, calcule a entalpia padrão da reação
2 NO2 (g)  N2O4 (g)
a 25 C e a 100 C 
NO2 (g) N2O4 (g)
Hf (kJ mol –1) 33,18 9,16
 cP (J K –1 mol –1) 37,20 77,28
22 - As capacidades calorífica do etano, do carbono grafite e do hidrogênio são
representadas, na faixa de temperatura entre 298 K e 400 K pelas expressões empíricas:
Etano:  cP (em J K–1 mol–1) = 14,73 + 0,1272 T 
Grafite:  cP (em J K–1 mol–1) = 16,86 + 4,77  10 – 3 T – 8,54  10 5 T –2 
Hidrogênio:  cP (em J K–1 mol–1) = 27,28 + 3,26  10 – 3 T + 0,50  10 5 T –2
Com base nestes dados, calcule a entalpia padrão da reação de formação do etano a
350 K, sabendo-se que seu valor a 298 K é de – 84,68 kJ mol–1.
A seguinte tabela fornece dados para os exercícios 23 e 24.
Capacidades caloríficas na forma cp (T) = a + bT + cT2: cp em cal mol-1 K-1
a b c
H2(g) 6,947 -0,200 10-3 0,4808 10-6
O2(g) 6,095 3,253 10-3 -1,017 10-6
Cl2 (g) 7,576 2,424 10-3 -0,965 10-6
HCl (g) 6,732 0,4325 10-3 0,3697 10-6
N2(g) 6,449 1,413 10-3 -0,0807 10-6
H2O(g) 7,219 2,37410-3 0,267 10-7
 
23 - Calcular o valor de H a 1000 K para a reação:
H2(g) + Cl2(g) == 2 HCl(g)
sendo H298 = -44, 124 kcal.
24 - Qual será a temperatura máxima da chama Hidrogênio-Ar, se, a 25 C H298
= - 241,82 kJ para a reação:
H2(g) + ½ O2(g) == H2O(g) 
Obs sobre o exercício 24:
Pode-se resolver uma equação polinomial pelo chamado processo iterativo de
Newton-Raphson. A (n+1)-ésima estimativa da raiz da equação f(x) obtém-se em
função da n-ésima estimativa:
xn+1 = xn – (f(xn))/(f’(xn))
onde xn é a n-ésima estimativa da raiz da função e f(xn) e f’(xn) são, respectivamente,
a função polinomial e sua derivada primeira aplicadas no ponto x=xn. No exercício 24
obtém-se uma equação cúbica em Tch.
Respostas: 
10 - C = 1602 J K –1; 11 - U = – 3265 kJ, H = – 3269 kJ.; 12 - H – U = 93,86 kJ;
13 - Hº = – 105 kcal mol–1; 14 - Hº = 17,68 kcal mol–1; 15 - Hº = - 4564,7 kJ mol–1;
16 - Hº = - 1152,4 kJ mol–1; 17 - Hº = – 726,9 kJ mol–1.; 18 - H = – 3,78 kJ mol–1.;
19 - Glicose Hº = – 673 kcal mol–1 = – 3,74 kcal g–1. Ácido Esteárico Hº = – 2716,5
kcal mol– = – 9,56 kcal g–1; 20 - Hº = – 2,5 kcal mol–1.; 21 - H = – 57,2 e – 57,0
kJ mol–1. ; 22 - Hº = – 87,33 kJ mol–1. ; 23 - Hº = – 45,089 kcal mol–1. ; 24 – T =
2292,7 K ;