Lista 2 - Termodinâmica I - Turma U

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE 
ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS 
DISCIPLINA DE TERMODINÂMICA I 
PROF. ENRIQUE CHAVES PERES 
 
1) Um gás ideal, inicialmente a 600 K e 10 bar é submetido a um ciclo reversível de quatro etapas, 
em um sistema fechado. No passo 12, a pressão diminui isotermicamente para 3 bar; no passo 
23, a pressão diminui a volume constante para 2 bar; no passo 3 4, o volume diminui a pressão 
constante, e no passo 41 o gás retorna adiabaticamente ao seu estado inicial. Considere CP = 
(7/2)R e Cv = (5/2)R. 
a) Esboce o processo em um diagrama PV. 
b) Determine T e P desconhecidos para os estados 1,2,3 e 4. 
c) Calcule Q, W, ΔU e ΔH para cada etapa do ciclo. 
2) Um gás ideal, inicialmente a 30º C e 100 kPa, é submetido a um processo cíclico em um sistema 
fechado: 
a) Em um processo reversível mecanicamente, primeiramente ocorre uma compressão do gás de 
forma adiabática até 500 kPa, e então resfriamento à pressão constante de 500 kPa até 30º C, e 
finalmente expansão isotérmica até o estado original. 
b) O ciclo ocorre exatamente da mesma forma, mas cada etapa é irreversível, com eficiência de 80%, 
em comparação com o ciclo reversível mecanicamente. Calcule Q, W, ΔU e ΔH para cada etapa do 
processo e para o ciclo. Considere CP = (7/2)R e Cv = (7/2)R. 
 
3) Um metro cúbico de um gás ideal, a 600 K e 1000 kPa, sofre uma expansão para cinco vezes o seu 
volume inicial como se segue: 
a) Através de um processo isotérmico, mecanicamente reversível 
b) Através de um processo adiabático, mecanicamente reversível. 
Em cada caso, calcule a temperatura e a pressão finais e o trabalho realizado pelo gás. Considere Cp= 
21 J mol
-1
 K
-1
 
4) Um mol de ar a 150 ºC e 8 bar sofre um processo de modificação mecanicamente reversível. Ele 
expande isotermicamente até uma pressão tal que, quando é resfriado a volume constante até 50 ºC, 
sua pressão final é 3 bar. Calcule Q, W, ∆U e ∆H para as duas etapas do processo, e do processo 
geral, considerando CP = (7/2)R e CV = (5/2)R. 
 
5) Um mol de gás ideal, inicialmente a 30º C e 1 bar, tem seu estado alterado para 130º C e 10 bar 
por três processos diferentes, todos reversíveis: 
a) O gás é primeiramente aquecido isocoricamente até a temperatura de 130º C; então, ocorre 
compressão isotérmica até 10 bar. 
b) O gás é aquecido isobaricamente até 130º C; então, comprimido isotermicamente até 10 bar. 
c) Primeiramente, o gás é comprimido isotermicamente até 10 bar; então, ele é aquecido a pressão 
constante até 130°C. 
Calcule Q, W, ΔU e ΔH em cada caso. Considere CP = (7/2) R e Cv = (5/2) R. 
 
6) Um mol de gás ideal a 30°C e 1 bar, passa pelas seguintes mudanças mecanicamente reversíveis: 
ele é comprimido isotermicamente até o ponto no qual, quando é aquecido a volume constante até 
120°C, e sua pressão final é 12 bar. Calcule Q, W, ΔU e ΔH para o processo. Considere CP = (7/2) R 
e Cv = (5/2) R. 
 
7) Determine a transferência de calor (J.mol
-1
) quando um dos gases identificados abaixo é aquecido 
em um processo em regime estacionário de 25 para 500°C na pressão atmosférica 
a) Acetileno 
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b) Etano 
c) Nitrogênio 
d) Óxido Nitroso 
e) Propileno 
 
Respostas: 
1) b) T1= 600 K ; V1= 4,988x10
-3
 m
3
 ; P1= 10 bar 
 T2= 600 K ; V2= 0,017 m³ ; P2= 3 bar 
 T3= 400 K ; V3= 0,017 m³ ; P3= 2 bar 
 T4= 378,8 K ; V4= 0,016 m³ ; P4= 2 bar 
 c) W12= -6006 J ;Q12 = 6006 J ;ΔU12= 0 J ; ΔH12=0 J 
 W23= 0 J ;Q23 = -4157 J ;ΔU23=-4157 J ; ΔH23= -5820 J 
 W34= 176 J ;Q34 =-616 J ;ΔU34= -440 J ; ΔH34= -616 J 
 W41= 4597 J ;Q41 = 0 ;ΔU41= 4597 J ; ΔH41= 6436 J 
 
2) a) W12= 3,679 kJ ;Q12 = 0 kJ ;ΔU12= 3,679 kJ ; ΔH12=5,15 kJ 
 W23= 1,471 kJ ;Q23 = -5,15 kJ ;ΔU23=-3,679 k J ; ΔH23= -5,15 kJ 
 W31= -4,056 kJ ;Q34 =4,056 J ;ΔU34= 0 kJ ; ΔH34= 0kJ 
 b) W12= 4,598 kJ ;Q12 = -0,92 kJ ;ΔU12= 3,679 kJ ; ΔH12=5,15 kJ 
 W23= 1,839 kJ ;Q23 = -5,518 kJ ;ΔU23=-3,679 k J ; ΔH23= -5,15 kJ 
 W31= -3,245 kJ ;Q34 = 3,245 kJ ;ΔU34= 0 kJ ; ΔH34= 0kJ 
 
3) a) P2 = 200 kPa ; T2= 600 K ; W= -1609 kJ ; 
 b) P2 = 69,65 kPa ; T2= 208,96 K ; W= -994,4 kJ ; 
/ 
4) a) W12= -2,502 kJ ;Q12 = 2,502 kJ ;ΔU12= 0 kJ ; ΔH12= 0 kJ 
 W23= 0 kJ ;Q23 = -2,079 kJ ;ΔU23=-2,079 k J ; ΔH23= -2,91 kJ 
 W= -2,502 kJ ;Q =0,424 kJ ;ΔU= -2,079 kJ ; ΔH= -2,91kJ 
 
5) a) W12= 0 kJ ;Q12 = 2,079 kJ ;ΔU12= 2,079 kJ ; ΔH12= 2,91 kJ 
 W23= 6,672 kJ ;Q23 = -6,762 kJ ;ΔU23=-0 kJ ; ΔH23= 0 kJ 
 b) W12= -0,831 kJ ;Q12 = 2,91 kJ ;ΔU12= 2,079 kJ ; ΔH12= 2,91 kJ 
 W23= 7,718 kJ ;Q23 = -7,718 kJ ;ΔU23= 0 k J ; ΔH23= 0 kJ 
 c) W12= 5,803 kJ ;Q12 = -5,803 kJ ;ΔU12= 0 kJ ; ΔH12= 0 kJ 
 W23= -0,831kJ ;Q23 = 2,91 kJ ;ΔU23= 2,079 k J ; ΔH23= 2,91 kJ 
 
6) W12= 5,608 kJ ; Q12 = -5,608 kJ ;ΔU12= 0 kJ ; ΔH12= 0 kJ 
 W23= 0 kJ ; Q23 = 1,871 kJ ;ΔU23= 1,871 kJ ; ΔH23= 2,619 kJ 
 W= 5,608 kJ ; Q =3,737 kJ ;ΔU= 1,871 kJ ; ΔH= -2,691 kJ 
 
7) a) Q= ΔH = 26,12 kJ/mol 
 b) Q= ΔH = 38,42 kJ/mol 
 c) Q= ΔH = 14,276 kJ/mol 
 d) Q= ΔH = 22,019 kJ/mol 
 e) Q= ΔH = 46,147 kJ/mol 
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