3a Termodinamica

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Química das Transformações 2012 – 1º semestre 
Lista de Exercícios 03 - Termodinâmica 
1. a) Relacione energia interna, universo, sistema e vizinhança em um texto escrito com suas 
palavras; 
b) Quais são as formas pelas quais a energia interna pode variar dentro do universo e qual é a 
fórmula que as relaciona? 
c) O que estabelece a primeira lei da termodinâmica? 
 
 
2. Calcule ΔE, e determine se o processo é endotérmico ou exotérmico para os seguintes 
casos: 
a) um sistema libera 113 kJ de calor para a vizinhança e realiza 39 kJ de trabalho para a 
vizinhança. 
b) q = 1,62 kJ e w = -874 kJ; 
c) Um sistema ganha 77,5 kJ da vizinhança e o sistema absorve 63,5 kJ de trabalho da 
vizinhança; 
d) um balão é aquecido pela adição de 900 J de calor. Ele expande-se realizando 422 J de 
trabalho na atmosfera; 
e) uma amostra de 50 g é resfriada de 30 °C para 15 °C, nisso perdendo aproximadamente 
3140 J de calor; 
f) Uma reação química libera 8,65 kJ de calor e não realiza trabalho na vizinhança. 
 
3. Os air-bags que fornecem proteção em automóveis no caso de um acidente expandem como 
resultado de uma reação química rápida. Do ponto de vista dos reagentes químicos como o 
sistema, o que você esperaria para os sinais de q e w nesse processo? 
 
 
4. Um gás é confinado em um cilindro equipado com um pistão e um aquecedor elétrico. 
Suponha que se forneça corrente para o aquecedor de tal forma que sejam adicionados 100 J 
de energia. Considere duas situações diferentes. No caso (1) é permitido que o pistão se mova 
à medida que a energia é adicionada. No caso (2) o pistão está fixo de tal forma que não possa 
se mover. 
a) Em qual caso o gás tem maior temperatura depois da adição da energia elétrica? Explique. 
b) O que você pode dizer sobre os valores de q e w em cada um desses casos? 
c) O que você pode dizer sobre os valores relativos de ΔE para o sistema (o gás no cilindro) 
nos dois casos? 
 
5. A combustão completa do ácido acético, C2H4O2(l), para formar H2O(l) e CO2(g) à pressão 
constante libera 871,1 kJ de calor por mol de C2H4O2. 
a) Escreva uma equação termoquímica balanceada para essa reação. 
b) Desenhe um diagrama de entalpia para a reação. 
 
6. Quando as soluções contendo íons prata e íons cloreto são misturadas, precipita cloreto de prata: 
Ag+(aq) + Cl-(aq) → AgCl(s) ∆H = -89,4 kJ 
(a) Calcule o ∆H para a formação de 0,540 mol de AgCl por essa reação. (b) Calcule o ∆H para a 
formação de 1,66 g de AgCl. (c) Calcule o ∆H quando 0,188 mmol de AgCl se dissolve em água. 
 Ag+ + Cl- → AgCl ∆H = - 89,4 kJ 
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7. Considere a combustão de metanol líquido, CH3OH(l): 
CH3OH(l) + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = -726,5 kJ 
a) Qual é a variação de entalpia para a reação inversa? 
b) Faça o balanceamento da reação direta com coeficientes inteiros. Qual é o ∆H para a reação 
representada por essa equação? 
c) Qual é mais provável de ser termodinamicamente mais favorável, a reação direta ou a reação 
inversa? 
d) Se a reação fosse escrita para produzir H2O(g) em vez de H2O(l), você esperaria o valor do ∆H 
aumentar, diminuir ou permanecer o mesmo? Explique. 
 CH3OH(l) + 3/2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l) ∆H = -726,5 kJ 
8. Dois objetos, A e B, são colocados em água fervente e deixados chegar à temperatura da água. 
Cada um é retirado e colocado em béqueres contendo 1000 g de água a 10,0 °C. O objeto A aumenta a 
temperatura da água em 3,50 °C; e B aumenta a temperatura da água em 2,60 °C. 
a) Qual objeto tem a maior capacidade calorífica? 
b) O que você pode dizer sobre os calores específicos de A e B? 
 
9. Uma amostra de 2,200 g de quinona (C6H4O2) é queimada em uma bomba calorimétrica cuja 
capacidade calorífica é 7,854 kJ/°C. A temperatura do calorímetro aumenta de 23,44 para 30,57 °C. 
Qual é o calor de combustão por grama de quinona? E por mol de quinona? 
 
10. Sob condições de volume constante o calor de combustão da glicose (C6H12O6) é 15,57 kJ/g. Uma 
amostra de 2,500 g de glicose é queimada em uma bomba calorimétrica. A temperatura do calorímetro 
aumenta de 20,55 para 23,25 °C. 
a) Qual é a capacidade calorífica total do calorímetro? 
b) Se o tamanho da amostra de glicose fosse duas vezes maior, qual seria a variação de temperatura do 
calorímetro? 
 
11. 
a) O que é entalpia? 
b) O que enuncia a lei de Hess? 
 
12. Suponha que lhe sejam dadas as seguintes reações hipotéticas: 
X → Y ΔH = -35 kJ 
X → Z ΔH = +90 kJ 
a) Use a lei de Hess para calcular a variação de entalpia da reação Y → Z. 
b)Construa um diagrama de entalpia para as substâncias X, Y e Z. 
c) Seria válido fazer o que pedimos o item (a) se a primeira reação tivesse sido realizada a 25 °C e a 
segunda a 240 °C? Explique. 
 
13) Considerando os dados abaixo: 
N2(g) + O2(g) → 2 NO(g) ΔH = +180,7 kJ 
2NO(g) + O2(g) → 2 NO2(g) ΔH = -113,1 kJ 
2N2O(g) → 2N2(g) + O2(g) ΔH = -163,2 kJ 
Use a lei de Hess para calcular o ΔH para a reação: N2O(g) + NO2(g) → 3NO(g). 
 
 
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14) Muitos isqueiros contêm butano líquido, C4H10(l). Usando as entalpias de formação, calcule a 
quantidade de calor produzida quando 1,0 g de butano sofre combustão completa ao ar. 
 
 
15) O carbeto de cálcio (CaC2) reage com água para formar acetileno (C2H2) e Ca(OH)2. A partir do 
seguinte dado de entalpia de reação, calcule o ΔHof do CaC2(s): 
CaC2(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) ΔHo = -127,2 kJ 
 
Valores de ΔHof em kJ/mol a 25 °C: Ca(OH)2(s) -986,2 kJ/mol; H2O(l) -285,83 kJ/mol; C2H2(g) 226,7 
kJ/mol. 
 
 
16) Uma lata de alumínio de refrigerante é colocada em um congelador. Mais tarde, descobre-se que a 
lata rompeu-se e seu conteúdo congelou. Foi realizado trabalho quando a lata se rompeu. De onde veio 
a energia para esse trabalho? 
17. As estalactites e estalagmites de calcário são formadas em cavernas pela seguinte reação: 
Ca+2(aq) + 2HCO-3(aq) → CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l) 
Se 1 mol de CaCO3 forma-se a 298 K sob uma pressão de 1 atm, a reação realiza um trabalho 
PV de 2,47 kJ, empurrando a atmosfera à medida que o CO2 gasoso se forma. Ao mesmo 
tempo, 38,95 kJ de calor é absorvido do meio ambiente. Quais os valores de ΔH e ΔE para 
essa reação? 
18. Quando uma amostra de 0,235 g de ácido benzóico sofre combustão em uma bomba 
calorimétrica, a temperatura aumenta 1,642 °C. Quando uma amostra de 0,265 g de cafeína, 
C8H10O2N4, é queimada, a temperatura aumenta 1,525 °C. Usando o valor de 26,38 kJ/g para 
o calor de combustão do ácido benzóico, calcule o valor de combustão por mol de cafeína a 
volume constante. 
 
19. Estima-se que a quantidade líquida de dióxido de carbono fixada pela fotossíntese na 
superfície da Terra é 5,5 x 1016 g/ano de CO2. Todo esse carbono é convertido em glicose. 
a) Calcule a energia estocada pela fotossíntese na Terra por ano em kJ. 
b) Calcule a taxa média de conversão de energia solar em energia das plantas em MW (1 W = 
1 J/s). Uma usina nuclear grande produz aproximadamente 103 MW. A energia de quantas 
usinas nucleares como essa equivalem à conversão da energia solar? 
 
20) Considere duas soluções, a primeira sendo 50,0 mL de 1,00 mol/L de CuSO4 e a outra 50,0 mL de 
2,00 mol/L de KOH. Quando as duas soluções são ministradas em um calorímetro de pressão 
constante, forma-se um precipitado e a temperatura da mistura sobe de 21,5 °C para 27,7 °C. 
a) Antes da mistura, quantos gramas de Cu estavam presentes na solução de CuSO4? 
b) Determine qual o precipitado formado; 
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c) Escreva as equações completa e iônica simplificada para a reação que ocorre quando as duas 
soluções são misturadas. 
d) A partir dos dados calorimétricos, calcule o ΔH para a reação que ocorre na mistura. Suponha que o 
calorímetro absorva apenas quantidades desprezíveis de calor, que o volume total da solução seja 
100,0 mL e que o calor específico e a densidade da solução após a mistura sejam os mesmos da água 
pura. 
CuSO4=65,5 + 32 + 64 = 161,5 g/mol 
21) Uma amostra de um hidrocarbonetosofre combustão completa em O2(g) para produzir 
21,83 g de CO2(g), 4,47 g de H2O(g) e 311 kJ de calor. 
a) Qual massa da amostra de hidrocarboneto sofreu combustão? 
b) Qual é a fórmula mínima do hidrocarboneto? 
c) Calcule o valor do ΔHof por unidade de fórmula mínima do hidrocarboneto. 
 
22)Imagine um processo hipotético no qual a molécula de metano é “expandida” simultaneamente por 
meio do alongamento das quatro ligações C-H para o infinito. Então, temos o processo: 
CH4(g) → C(g) + 4 H(g) 
a) Compare esse processo com a reação inversa que representa a entalpia padrão de formação. 
b) Calcule a variação de entalpia em cada caso. Qual é o processo mais endotérmico? Qual a razão 
para a diferença nos valores de ΔHo ? 
c) Suponha que 3,45 g de CH4(g) reagem com 1,22 g de F2(g), formando CF4(g) e HF(g) como únicos 
produtos. Qual é o reagente limitante da reação? Assumindo que a reação ocorre a pressão constante, 
qual a quantidade de calor liberado?