Termodinãmica de soluções

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LISTA DE EXERCÍCIOS DE FÍSICO-QUÍMICA 2 E FÍSCIO-QUÍMICA BÁSICA 2 
ASSUNTO: EQUILÍBRIO DE FASES E PROPRIEDADES COLIGATIVAS 
 
1. No equilíbrio sólido - gás da amônia, é encontrado experimentalmente que a pressão 
de vapor obedece a equação (1) no intervalo de temperatura de 146 K a 195 K. Use a 
equação de Clausius-Clayperon, (equação 2) e a equação 1 para encontrar a expressão 
da entalpia de sublimação neste intervalo de temperatura. 
 
4124,4
ln( / ) 1,81630ln( / ) 34,4834p torr T K
T
   
 
 
dp S
dT V



 
 
2. Determine o valor de dT/dP para a água em seu ponto normal de ebulição a 373,15 K, 
sabendo que a entalpia de vaporização é 40,65 kJ mol-1, que a densidade do líquido e do 
vapor são 0,9584 g mL-1 e 0,0610 g L-1, respectivamente e estime o ponto de ebulição da 
água a 5 atm. 
 
3 O calor de vaporização da água é de 40670 J mol-1 no ponto normal de ebulição. A 
pressão barométrica em uma cidade é de 620 torr. Calcule o ponto de ebulição da água 
nesta cidade. 
 
4. A partir dos dados listados abaixo, construa o diagrama de fase para o CO2. Considere 
que todas as entalpias de mudança de fase e as densidades das fases sejam constantes. 
a) pressão crítica = 7,377 MPa; b) temperatura crítica = 30,978°C; c) entalpia de 
vaporização = 15,326 kJ mol-1; d) entalpia de sublimação = 26,1 kJ mol-1; e) entalpia de 
fusão = 8,647 kJ mol-1; g) temperatura de fusão = −78 °C, h) temperatura de ebulição 
= -57 °C, i) densidade da fase sólida = 1.56 g mL-1; j) densidade da fase líquida = 1.179 
g mL-1 obtida no ponto de fusão. 
 
5. O naftaleno, C10H8, funde a 80 °C. Se a pressão de vapor do líquido é 10 torr a 85,8 
°C e 40 torr a 119,3 °C, enquanto que a do sólido é 1 torr a 52,6 °C, calcule: 
a) O H°vap e o S°vap do líquido no ponto de ebulição. 
b) A pressão de vapor no ponto de fusão 
c) H°sub e H°fus, supondo que as temperaturas de fusão e do ponto triplo são as 
mesmas, 
 
6. Com os seguintes dados, esquematizar o diagrama de fases do ácido acético 
a) o ácido sólido pode existir em duas fases,  e . A pressões baixas, a forma  funde a 
16.1 °C e sua pressão de equilíbrio é 0,1 torr. 
b) a forma  é mais densa do que a forma  e ambos os sólidos são mais densos do que 
a fase líquida. 
c) o ponto e ebulição normal do líquido é 118 °C. 
d) as fases  e  e líquida estão em equilíbrio a 55 /C e 200 atm. 
 
7. O gráfico abaixo mostra a dependência do logaritmo da pressão de vapor do amoníaco 
com o inverso da temperatura. Determine Hvap e a temperatura de ebulição a 1 atm. 
2.8 2.9 3.0 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
ln
 (
p 
/ a
tm
)
(1/T) / 10
-3
 K
 
 
8. O ponto normal de ebulição do iodo é 183°C e sua pressão de vapor, a 116,5 °C, é 
100torr. Seu calor de fusão é 3,74 kcal mol-1 e a pressão de vapor do sólido, a 38,7 °C, é 
1 torr. Com estes dados calcular a temperatura e a pressão do ponto triplo. 
 
9. A figura abaixo mostra os resultados experimentais obtidos para as pressões parciais 
de vapor da mistura clorofórmio e éter isopropílico em função da fração molar (N). A 
partir da análise deste figura, responda aos itens a seguir: 
a) dentre as seguintes interações, qual é, ou quais são, que predomina, ou predominam, 
nesta solução: soluto-soluto; solvente-solvente; solvente-soluto. 
b)explique porque a lei de Raoult é válida somente para solvente e a lei de Henry para o 
soluto. 
c) estime o valor da constante de Henry para o éter isopropílico e para o clorofórmio 
 
 
 
 
10. A -32 °C a pressão de vapor do propano puro é 1200 torr e do butano puro é 200 
torr. a) Calcule a fração molar do propano na mistura líquida que entra em ebulição a -32 
°C, sob uma pressão de 760 torr. b) Calcule a fração molar do propano no vapor em 
equilíbrio com o líquido do item a. 
 
11. A pressão de vapor de um líquido puro, denominado de A, a 293 K é 68,8 kPa e de 
outro líquido, denominado de B, é 82,1 kPa. Estes dois líquidos formam uma mistura 
ideal, tanto na fase líquida quanto na fase vapor. Considerando a composição de 
equilíbrio de uma mistura A e B, na qual a fração molar de A é na fase vapor é 0,612, 
calcule a pressão total do vapor e a composição da mistura na fase líquida. 
 
12. O benzeno e o tolueno formam soluções ideais. A 300 K, a pressão de vapor do 
tolueno puro é 32 torr e do benzeno puro é 103 torr. Responda aos itens abaixo: 
a) uma mistura líquida é composta de 3 mol de tolueno e 2 mol de benzeno. Se a 
pressão sobre a mistura a 300 K for reduzida, a que pressão se formará o primeiro 
vapor? 
b) qual a composição dos primeiros traços de vapor formados? 
c) Se a pressão for reduzida ainda mais, a que pressão desaparecerá o último traço de 
líquido. 
d) qual a composição do último traço de líquido? 
e) quais serão a pressão, a composição do líquido e a composição da fase vapor quando 
1 mol da mistura for vaporizado? 
 
13. Quantas gramas de oxigénio (O2) podem ser dissolvidas em 1 L de água a 20 graus 
celsius se a pressão de oxigénio é de 2 atm. A constante de Henry (kH) para o oxigênio a 
20 graus Celsius é 1,38 x 10-3 atm L mol-1. 
 
14. Consegue-se dissolver 0,7 L de CO2 em um litro de água a 25 °C e 1 atm de pressão 
desse gás. Calcule a concentração em mol L-1 de CO2 em água exposta á atmosfera que 
contem em média 0,036% de CO2 em volume de CO2. 
 
15. Suponha que em um recipiente fechado, 250 cm3 de água carbonatada contenha CO2 
sob pressão de 2 atm, a 25 °C. Se o coeficiente de absorção de Bunsen para o CO2 é 
0,76, qual o volume total de CO2, medido nas CNTP que se encontra dissolvido em água? 
 
16. Quando são dissolvidos 0,5550 g de um soluto de massa molecular 110 g em 100 g 
de solvente cuja massa molecular é 94 e seu ponto de congelamento é 45 °C, há uma 
diminuição do ponto de solidificação de 0,382 °C. Novamente, quando 0,4372 g de um 
soluto de massa molecular desconhecido são dissolvido em 96,5 g do mesmo solvente a 
diminuição do ponto de congelamento é de 0,467 °C. A partir destes dados determine: 
a) a massa molecular do soluto problema 
b) a constante crioscópica do solvente 
c) o calor de fusão do solvente. 
 
17 A pressão osmótica do sangue é de 7,7 atm a 40 °C: a) qual é a concentração total 
de solutos no sangue; b) supondo que a concentração é igual a molalidade, determine a 
temperatura de congelamento do sangue. A constante criscópica da água é 1,86 grau 
molal-1. 
 
18. Em um experimento para determinar a massa molecular e a fórmula de um composto 
orgânico, foi utilizado o método crioscópico. Foi encontrado experimentalmente que o 
composto contem 85,7% de carbono e 14,3% de hidrogênio. Sabendo que 1,12 g do 
composto foram dissolvidas em 20 g de benzeno e que o ponto de fusão desta solução foi 
1,6 °C. Calcule: a) a massa molecular e a fórmula molecular do composto. 
Dados: Temperatura de fusão do benzeno puro = 5,5 °C 
 Kf = 5,12 K kg mol
-1 
 
19. A -0,2 °C, uma solução de sacarose em água congela. Dado que a pressão de vapor 
total da água pura a 25 °C é 23,506 mmHg a constate crioscópica da água é 1,86 °C 
molal-1, calcule a pressão de vapor desta solução a 25 °C. Considere que existe 1 kq de 
solvente presente. 
 
20. Uma solução composta de 0,1 mol de naftaleno e 0,9 de benzeno é resfriada até o 
surgimento benzeno sólido que fica em equilíbrio com a solução remanescente. Esta 
solução é então separada do benzeno sólido e aquecida até 80 °C produzindo uma 
pressão de vapor de 670 torr. Os pontos normais de congelamento e de ebulição do 
benzeno puro são 5,5 °C e 80 °C, respectivamente, e sue calor de fusão é 
2550 cal mol-2. Calcular a temperaturana qual a dissolução foi resfriada originalmente e 
o número de moles de benzeno que foram congelados. 
 
21. O ponto de congelamento de uma solução de ácido acético em benzeno de fração 
molar igual a 0,02 é 4,4 °C. Em benzeno, o ácido acético existe parcialmente como 
dímero (veja a reação abaixo). Calcular a constante de equilíbrio para a dimerização. O 
ponto de fusão do ácido benzeno puro é 5,4 °C, seu calor de fusão é de 2400 cal mol-1 e 
sua massa molar é de 78 g mol-1. 
2CH3COOH ⇄ (CH3COOH)2 
 
22. As constantes ebulioscópica e crioscópica do CCl4 são 5,03 K kg mol
-1 e 31,8 k kg 
mol-1, respectivamente. Ao se colocar 3 g de uma substância em 100 g de CCl4, o ponto 
de ebulição eleva-se de 0,6 K. Calcule o abaixamento crioscópico, o abaixamento relativo 
da pressão de vapor e a pressão osmótica da solução a 25 °C e a massa molar da 
substância. A massa específica do CCl4 é 1,59 g cm
-3 e suta massa molar é 154 g mol-1. 
 
23. O gráfico mostrado abaixo tem no eixo da abscissa valores de concentração de 
soluções do polímero cloreto de polivinila (PVC) e no eixo da ordenada a razão da altura 
da coluna das soluções (h) pelas respectivas concentrações das soluções. Determine a 
masa molecular deste polímero. 
 
Informações dadas: 
a) a pressão osmótica  é dada pela seguinte relação:  =  x g x h, sendo  a massa 
específica da solução, g a aceleração da gravidade e h altura da coluna da solução. 
Assim, a equação fica, sendo M a massa molecular do soluto e b uma constante. 
 
 
h RT
bc
c gM
 
 
 
b) considere a massa específica das soluções constantes e igual a 0,980 g cm-3. 
0 2 4 6 8 10
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
(h
/c
) /
 (c
m
 g
-1
 L
)
Concentração / (g L
-1
)
 
 
24. Utilizando benzeno como solvente, foi preparada uma solução com um soluto não 
volátil. A determinação da temperatura de congelamento e de ebulição da solução 
forneceu os respectivos valores, - 4,5 °C e 85,2 °C. Considerando o comportamento ideal 
e conhecendo os valores de ponto de ebulição e congelamento do benzeno puro, 80,2 °C 
e 5,5 °C, respectivamente, tem-se que a: 
(A) constante crioscópica do benzeno equivale a aproximadamente 10 K.kg mol-1, e a 
constante ebulioscópica do benzeno equivale a aproximadamente 2,5 K.kg .mol-1. 
(B) constante ebulioscópica do benzeno é aproximadamente quatro vezes menor que sua 
constante crioscópica. 
(C) constante ebulioscópica do benzeno é aproximadamente duas vezes menor que sua 
constante crioscópica. 
(D) molalidade da solução preparada é de 0,5 mol.kg-1. 
(E) molalidade da solução preparada é de 10,0 mol.kg-1. 
Justifique sua resposta. 
 
25. . O abaixamento crioscópico do benzeno é utilizado na indústria do petróleo para 
medir massas molares de solutos. A equação que rege esse fenômeno pode ser expressa 
por: 
 
Sabe-se que: 
• x1 é a fração molar de solvente em solução que cristaliza 
na temperatura T; 
• Δf H e T0 são, respectivamente, a variação de entalpia e a temperatura de fusão do 
solvente puro; 
• R é a constante universal dos gases que pode ser aproximada por 2 cal/(mol•K); 
• a variação de entropia de fusão do benzeno puro é 8 cal/(mol•K); 
• a massa molar do benzeno é 78 g/mol; 
• a temperatura de fusão do benzeno (T0) é 278,5 K. 
Calcule a massa molar do soluto, a 278 K, necessária para a cristalização do benzeno a 
partir de uma solução de 10 g de soluto em 780 g de benzeno, em g/mol, é