Exercicios Energia livre_2020-1

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL 
INSTITUTO DE QUÍMICA – DEPARTAMENTO DE FÍSICO-QUÍMICA 
LISTA DE EXERCÍCIOS QUI 3309 – ENERGIA LIVRE 
 
1) Encontre a partir do 1o e 2o Princípios da Termodinâmica que: 
 a) 
 
 
b) 
 
 
2) Determine o valor de 
T
V
U








 para o He a 6K e 19,7 atm sabendo que  = 5,35 x 10
-2 
K
-1
 e 
 = 0,932 atm
-1
. (Resposta: - 19,36 atm) 
 
3) A expansão livre de um gás real é um processo tecnológico de grande importância. Com 
relação a este processo, as seguintes quantidades são de interesse tecnológico: 
 
 e 
 
 
 
Expresse as mesmas em função de T, P,  ,  e Cv conforme o caso. 
 
 
Respostas: a) b) 
 
 
4) A entropia do Hélio a 298 K e 1 atm, vale 30,1 cal.K-1.mol–1 e o Cp vale 4,87 cal K-1 mol-1. 
Determine: 
a) Variação de entropia do gás em função de T. 
b) A expressão para a variação da energia livre de Gibbs de um mol de gás numa transformação 
isobárica em que a temperatura inicial é de 298 K e a final T. 
 
Respostas: a) b) G
o
 = 7532,2 - 4,87 T ln T + 2,47 T 
 
 
 
5) Para um gás de Van der Waals, prove que: 
 
Que conclusões podem ser tiradas deste resultado? 
 
6) Um recipiente é dividido por uma partição central em duas partes de volumes iguais. Cada 
uma delas contém um mol de gás ideal a 298 K e 1,0 atm. Num certo instante, retira-se a partição 
e os dois gases misturam-se adiabaticamente e isotermicamente. 
 Qual a variação de energia livre de Gibbs que acompanha este processo? 
 Resposta: G
o
 = -820,8 cal 
 
7) Um mol de gás ideal sofre uma expansão isotérmica reversível a 25
o
 C de uma pressão de 1,0 
atm a uma pressão final de 0,1 atm. 
 Qual a variação de energia livre de Gibbs? Resposta: G = - 1363,4 cal 
PT
T
V
TV
P
H


























TV
C
V
S v
P







UV
T









UV
S


VU C
PT
V
T






 



T
P
V
S
U








TS oT ln87,44,2 
nbV
nR
V
S
T 








 Qual a variação de energia livre de Helmholtz? Resposta: G = - 1363,4 cal 
 
8) Verificar qual dos dois óxidos apresenta maior tendência a se formar: CuO ou CuO2 a 298 K e 
1 atm. 
Substância H
o
f
 
(kcal.mol
-1
) S
o
 (cal.K
-1
mol
-1
) 
O2 (g) 0 49,0 
Cu (s) 0 7,97 
CuO (s) - 37 10,7 
Cu2O (s) - 39,84 24,1 
 
9) Um mol de benzeno reage completamente com 7 ½ móis de O2 em uma bomba calorimétrica 
de volume fixo. Calcule A
o
298 para a reação. 
Dados: 
H
o
298 = - 780,98 kcal 
S
o
298 (cal.K
-1
mol
-1
) : 
C6H6 (l) 41,30 
O2 (g) 49,00 
CO2 (g) 51,06 
H2O (l) 16,76 
Resposta: A
o
298 = - 766,4 kcal 
 
 
10) Dada a reação de combustão do ácido benzóico a 298 K, 
C6H5COOH (s) + 15/2 O2 (g) = 7CO2 (g) + 3 H2O (l) 
Calcule: a) a quantidade de energia disponível no sistema que pode ser aproveitada como 
trabalho se a reação ocorre a volume constante. b) o trabalho máximo útil considerando que os 
gases presentes são ideais e a reação ocorre a pressão constante. 
Dado: U
o
298 = -3227 kJ/mol; : S
o
298 = 0,225 J K
-1
 mol
-1
 
Resposta: a) -3226,9 kJ mol
-1
; b) -3228,17 kJ mol
-1
. 
 
11) Resolver Problema 8.1 do livro Físico-Química 1 (Pilla & Schifino, 2006) 
R: 9,8 kJ 
 
12) Resolver problema 8.7 livro Físico-Química 1 (Pilla & Schifino, 2006), considerando O2 
como gás de v.d.W. com a= 1,360 atm l
2
 mol
-2
 e b= 0,03183 l mol
-1
. R: 17,09 kJ 
 
13) Quando três mols de O2 a 298K expandem isotermica- e reversivelmente, o volume varia de 
1,0 litro a 5,0 litros. Determine A e G para o processo, considerando que o gás é ideal. 
Resp.: G = A=-11962,5 J 
 
 14) Quando dois mols de um gás ideal a 330K e 3,5 atm são submetidos a uma compressão 
isotérmica reversível, sua entropia decresce em 25 J K
-1
. Calcule q, w, U, H, Sviz, Suniv., 
Pfinal, A e G para o processo. Como se pode avaliar que o processo não possui 
espontaneidade? 
 Resp.: U=0; q = -8250 J = -w, H=0; Sviz=25 JK
-1
; Suniv.=0; Pfinal=15,7 atm, A= G= 
8250J 
 
15) A 298 K e 1 bar, a entropia molar padrão de Fe2O3 (s) (hematita) vale 87,4 J K
-1
mol
–1
 e o 
Cp,m
0
 vale l03,85 J K
-1
 mol
-1
. Determine: 
c) A variação de entropia molar padrão da hematita com a temperatura. 
d) A expressão para a variação da energia de Gibbs padrão de um mol da hematita numa 
transformação isobárica em que a temperatura inicial é de 298 K e a final T.