Termodinâmica - Lista 03;;;

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Termodinâmica Aplicada à Engenharia Química 
Prof. Milton Ferreira 
 
 
 
Equações necessárias: 
 
P1V1/T1 = P2V2/T2 ; Processo Istotérmico: Q = W = n  R  T  [ln(V2/V1)] 
P.V = nRT ; n = m1/M Processo Isovolumétrico: U = Q = m  c  (T2-T1) 
d = m/V Processo Isobárico: ∆U = Q – p. V 
ΔU = Q - W Processo Adiabático: ∆U= - W 
ΔH = Hp - Hr 
ΔG = ΔH – T.ΔS 
η = 1 - Qc/QH = 1 - TC / TH (Maq. Térmica) 
 
Nas CNTP, considerar: 
P = 1atm = 760 torr = 1mmHg 
V = 22,4 L 
T = 0ºC ou 273K 
Constante universal dos gases perfeitos: R = 0,082 L.atm .K-1.mol-1 
 
1. Referente as transformações de energia, discuta as transformações pelas quais a 
energia passa em cada caso. 
a) Ao queimar a gasolina, um automóvel movimenta seus pistões e se locomove. 
 
Os pistões de um carro de passeio realizam um processo que o correm em quatro 
tempos de modo sucessivo: no 1° tempo o pistão desce e ocorre a injeção da mistura 
entre ar e vapor da gasolina; no 2° o pistão sobe comprimindo a mistura; no 3° a vela de 
ignição lança uma faísca que causa a explosão da mistura e empurra o pistão para baixo; 
no 4° e ultimo tempo o pistão sobe e libera os gases formados na combustão. Os pistões, 
que ficam subindo e descendo, movem um eixo de manivela, chamado virabrequim, o 
movimento de cima para baixo dos pistões gira o virabrequim, que leva a energia 
mecânica até o sistema de transmissão, que, por sua vez, distribui essa energia para as 
rodas. Isso nos mostra que energia química (da reação química de combustão) é 
transformada em energia mecânica, que, por sua vez, faz as rodas do carro 
movimentarem-se. 
 
b) Uma criança coloca pilhas no seu carrinho de brinquedo, que, quando ligado, corre, 
acente os faróis e toca a buzina. 
 
Nas pilhas existe a conversão de energia química em energia elétrica, ou seja, usam-se 
as reações químicas de oxirredução espontâneas para a geração de eletricidade. Dentro 
das pilhas são colocadas certas substâncias químicas que reagem espontaneamente 
transferindo elétrons, isto é, por meio de reações de oxirredução. As pilhas possuem 
dois eletrodos, que são: ânodo e cátodo. Elas também possuem um eletrólito, que é uma 
solução condutora de íons. Assim, forma-se um fluxo de elétrons entre esses polos que 
resulta na formação de uma corrente elétrica que pode ser utilizada para ligar o 
brinquedo. 
 
c) Uma pessoa acorda cedo, liga o chuveiro elétrico e toma um belo e demorado banho 
quente. 
 
O chuveiro elétrico é composto de dois resistores, que é um fio espiralado feito de 
metais que possibilitam um aquecimento rápido e prático, um de alta potência e outro de 
baixa potência de aquecimento, e um diafragma de borracha. Os resistores ficam fixados 
no interior do chuveiro. No chuveiro elétrico ocorre a transformação de energia elétrica 
em energia térmica em virtude do efeito Joule que acontece quando a corrente elétrica 
atravessa o resistor do chuveiro. A temperatura da água está ligada à potência elétrica 
do chuveiro que vai depender da resistência elétrica de seu resistor. 
 
2. A pressão total do ar no interior de um pneu era de 2,30 atm quando a temperatura do 
pneu era de 270C. Depois de ter rodado certo tempo com esse pneu, mediu-se novamente 
sua pressão e verificou-se que ela agora era de 2,53 atm. Supondo uma variação do 
volume do pneu desprezível, a nova temperatura será igual a: 
 
a) 29,7 0C 
b) 57,0 0C 
c) 33,0 0C 
d) 330 0C 
e) n.d.a 
 
 
3. Um recipiente com capacidade igual a 41 litros encontra-se a uma temperatura de 300K 
e contem 2 mols de gás oxigênio, 3 mols de gás hidrogênio e 5 mols de gás metano. 
Calcule: 
 
a) a pressão total da mistura (em atm). 
 
 
 
 
 
 
 
b) as pressões parciais de cada gás. 
 
 
 
 
 
 
 
c) os volumes parciais de cada gás. 
 
 
 
 
 
 
 
 
4. Uma determinada mistura gasosa ocupa um volume de 5,6 L a -73°C e 1 atm de 
pressão. Considerando que uma mistura se comporta como um gás ideal e que possui 
massa molar media igual a 16,4 g.mol, qual é a densidade desse gás? 
 
 
 
 
 
5. Numa experiência de eletrólise da água formam-se 3,00g de H2(g). Calcule o volume 
ocupado por esta massa de hidrogênio suposta isenta de umidade, na temperatura 
de 300K e sob a pressão de 84mmHg. 
 
 Massa molar do H2 = 2,02 g/mol 
R = 62,4 mmHg . L/mol . K 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6. A densidade do CH4, em determinadas condições de pressão e temperatura é igual a 
0,80 g/L. A densidade do CO2, nas mesmas condições é igual a: 
a) 1,1 g/L 
b) 2,2 g/L 
c) 3,3 g/L 
d) 4,4 g/L 
e) 5,5 g/L 
 
 
 
 
7. Em um cilindro há um gás sob pressão de 5,0 atm à temperatura T. Em outro cilindro, 
de mesma capacidade, há outro gás sob pressão de 40 atm, também à temperatura T. Em 
relação ao primeiro cilindro há, no segundo cilindro, qual o número de moléculas contidas 
no mesmo? 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
8. Uma bomba de encher pneus de bicicleta é acionada rapidamente, tendo a extremidade 
de saída do ar vedada. Consequentemente, o ar é comprimido, indo do estado 1 para o 
estado 2, conforme mostram as figuras a seguir. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Nessas condições, é CORRETO afirmar 
que a transformação termodinâmica 
verificada na passagem do estado 1 para o estado 2 aproxima-se mais de uma: 
 
A) isotérmica, porque a temperatura do ar não se altera. 
B) adiabática, porque praticamente não há troca de calor do ar com o meio exterior. 
C) isobárica, porque a pressão do ar não se altera. 
D) isométrica, porque o volume do ar se mantém. 
 
 
9. As figuras seguintes mostram os esquemas de três máquinas térmicas, sendo T1 a 
temperatura da fonte fria, T2 a temperatura da fonte quente, Q1 e Q2 os módulos das 
quantidades de calor transferidas entre as fontes e a máquina, e W o módulo do trabalho. 
 
 
 
I. O esquema A representa uma máquina possível e o trabalho que ela realiza 
é W = Q2 – Q1. 
II. O esquema B representa uma máquina possível e o trabalho que ela realiza é W = Q2. 
III. O esquema C representa um refrigerador possível e o trabalho absorvido 
por ele é W = Q2 – Q1. 
 
Assinale a opção CORRETA: 
 
a) Apenas I é verdadeira 
b) Apenas I e II são verdadeiras. 
c) Apenas II e III são verdadeiras. 
d) Apenas I e III são verdadeiras. 
 
10. Tendo-se uma amostra de gás ideal em expansão isotérmica, é CORRETO 
afirmar que: 
 
A) o trabalho realizado pelo gás é igual à variação de sua energia interna. 
B) o trabalho realizado pelo gás é igual ao calor absorvido pelo mesmo. 
C) o calor absorvido pelo gás é nulo. 
D) a energia cinética média das moléculas do gás aumenta. 
 
11. máquina térmica ideal, operando sob o ciclo de Carnot, converte uma quantidade de 
energia igual a 800 J em trabalho útil, por ciclo. A máquina trabalha com fontes térmicas 
a 400 K e 500 K, denominadas fonte fria e fonte quente, respectivamente. Determine a 
quantidade de calor rejeitado à fonte fria. 
A) 4000 J. 
B) 1600 J. 
C) 800 J. 
D) 3200 J. 
 
 
 
 
12. Um gás é aquecido no interior de um recipiente dotado de êmbolo móvel, de tal 
maneira que o trabalho realizado pelo gás é igual ao calor que ele recebe, conforme 
ilustração a seguir: 
 
 
 
Assinale a alternativa que mostra CORRETAMENTE o que aconteceu, durante o 
processo, nas condições descritas acima: 
 
A) A temperatura do gás permaneceu constante. 
B) A pressão do gás permaneceu constante. 
C) A temperatura do gás aumentou, pois ele é aquecido. 
D) A pressão e a temperatura do gás permaneceram constantes. 
 
13. Durante incêndios, uma grande preocupação dos bombeiros é com os botijões de gás, 
como os ilustrados ao lado. Recebendo uma quantidade calor para a qual não estão 
preparados, a conseqüênciaconhecida é que eles podem simplesmente explodir. E, neste 
caso, são capazes de grandes estragos. Dentro dos botijões, o gás de 
cozinha – GLP – pode ter seu comportamento descrito como um 
chamado Gás Ideal, aproximadamente. Escolha entre as opções 
abaixo aquela que descreve corretamente o tipo de transformação 
gasosa a que o gás, no interior do botijão, estará sujeito. 
Transformação esta que leva o botijão a explodir. 
 
a) Isotérmica. 
b) Isobárica. 
c) Isovolumétrica. 
d) Adiabática. 
e) Nenhuma das anteriores 
 
14. Misturam-se, adiabática e isobaricamente, 5 moles de nitrogênio, a 100ºC e 1 bar, 
com 25 moles de oxigênio, a 0oC e 1 bar. Determinar a variação de entropia deste sistema, 
neste processo. 
 
Capacidades caloríficas isobáricas: do nitrogênio: 29,3 J/mol.K, do oxigênio: 31,4 
J/mol.K. 
 
 
15. Considere a reação de vaporização do dissulfito de carbono: 
CS2 (l) → CS2(g) 
Sabendo que: 
 
ΔHf° (CS2(g)) = 117 kJ.mol
–1 
ΔHf° (CS2(l)) = 89 kJ.mol
–1 
ΔSf° (CS2 (l)→ CS2(g)) = 87 J.Kmol
–1 
 
Calcule a variação da energia de Gibbs, para esta transição de fase, à temperatura de 
25°C. Comente o resultado obtido. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16. Acima de que temperatura a reação ½ I2(g) + ½ Cl2(g) → ICl(g) torna-se 
espontânea? 
(Dados: Δ = 8,4 kcal/mol; ΔS = 37 cal/K.mol)