Lista2

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Questão 01: Um gás, ao expandir-se, efetua um trabalho de 18 J e apresenta uma variação positiva de energia interna de 200 cal. Qual o calor envolvido no processo? Esta quantidade de calor é absorvida ou desprendida pelo gás?
 Resp.: 854,8 J
Questão 02: A figura abaixo mostra três caminhos distintos para se analisar os fenômenos envolvidos quando um sistema se encontra entre os estados A e B. No processo ACB, há fluxo de 100 J de calor para o sistema, ao mesmo tempo em que ele realiza 40 J de trabalho. 
a) Qual a quantidade de calor que flui para o sistema ao longo do processo AEB, se agora o sistema realiza trabalho de 20 J? 
b) No processo BDA, há trabalho de 30 J realizado sobre o sistema. Neste caso, qual a quantidade de calor envolvida? Ocorre absorção ou liberação de calor?
 Resp.: QAEB = 80 J; QBDA = -90 J
Questão 03: Um mol de um gás ideal diatômico [
 = 5 cal/(K.mol)], na temperatura de 25ºC e sob uma pressão de 10 atm, expande-se adiabática e reversivelmente até a pressão de 1 atm. Calcular os valores de V1, T2, V2, U, e W. Repetir os cálculos para o processo adiabático e irreversível, quando a pressão cai instantaneamente de 10 a 1 atm.
Questão 04: Um mol de hidrogênio, comportando-se como um gás de VDW, na temperatura inicial de 25 ºC, com volume molar inicial de 2,5 L mol–1, expande-se adiabática e irreversivelmente até que seu volume molar final é igual a 10 L mol–1. Calcular os valores de P1, P2, T2, U, e W. Para o H2 (g), sabe-se que a = 0,242 atm dm6 mol–2 ; b = 2,65 ( 10–2 dm3 mol–1; 
 = 28,98 J K–1 mol–1.
Resp.: P1 ( 9,845 atm; P2 ( 1,876 atm; T2 ( 228,44 K; U = W ( – 1426 J; ( – 2020 J.
Obs.: Esta questão pode ser resolvida considerando-se ambas as constantes de VDW na equação de estado correspondente. Porém, o hidrogênio é um exemplo de gás para o qual as interações de natureza repulsiva predominam para uma grande faixa de pressões (Z > 1, ( P). Desta forma, na equação de VDW, o termo correspondente às interações de natureza atrativa poderia ser desprezado na resolução deste problema, de modo que poderíamos considerar a constante a = 0. Você poderá observar que, ao se adotar tal abordagem, os valores de pressão, temperatura e energias calculadas diferem apenas na terceira ou quarta casa decimal em relação aos valores calculados originalmente.
Questão 05: A energia interna de um sistema aumentou de 170 cal quando 44 cal de trabalho foram realizados sobre ele. Calcular a capacidade calorífica do sistema sabendo-se que durante o processo sua temperatura se elevou de 10ºC.
 Resp.: 12,6 cal/ºC
Questão 06: Suponha que 0,1 mol de um gás ideal com 
 = 2,5 R independente da temperatura executa um ciclo de transformações reversíveis segundo o processo 1→2→3→4→1 mostrado na figura abaixo. Observe que, em cada etapa, ou a pressão ou o volume é mantido constante. Calcule U, Q e W para cada etapa e para ciclo completo. Qual a eficiência de uma máquina térmica que opere segundo este ciclo proposto? Repita todos os cálculos considerando agora que a máquina funciona segundo o mesmo ciclo de fenômenos reversíveis, porém utilizando 2,016 g do gás hidrogênio (massa atômica: H = 1,008) como fluido de operação, comportando-se como um gás de VDW, com a = 0,242 atm dm6 mol–2 e b = 2,65 ( 10–2 dm3 mol–1, e 
 = 28,98 J K–1 mol–1 (independente da temperatura).
Questão 07: Para fazer um líquido entrar em ebulição na pressão ambiente é necessário aquecê-lo. No entanto, quando o mesmo líquido sofre evaporação ocorre diminuição na sua temperatura. Por quê?
Questão 08: Dois moles de um gás ideal a 30 ºC expandem-se isotérmica e reversivelmente de 10 litros para 40 litros. Calcular Q, W e U envolvidos neste processo.
 Resp.: W = Q = 6,99 kJ; U = 0. 
Questão 09: Um mol de gás hélio tem 
 = 1,5 R (independente da temperatura) e se expande reversivelmente de 24,6 L e 300 K até 49,2 L. Calcule a pressão e temperatura finais se a expansão se procede: (a) isotermicamente; (b) adiabaticamente; (c) represente essas duas transformações em um mesmo diagrama P versus V.
Resp.: (a) 0,5 atm e 300 K; (b) 0,315 atm e 189 K.
Questão 10: Calcule a quantidade de calor necessária para elevar a temperatura de 1 mol de metano gasoso de 260ºC a 540ºC, sabendo-se que sua capacidade calorífica molar pode ser representada em função da temperatura através da seguinte expressão:
Cp [cal/(mol K)] = 3,381 + 1,8044 · 10-2 T – 4,30 · 10-6 T2 , onde T deve ser dado em K.
Resp.: 3794 cal
Questão 11: Um certo gás tem coeficiente de Joule-Thomson igual a 0,275 K.atm-1 e se encontra a uma temperatura inicial de 25ºC. Estime a variação de temperatura observada pelo gás após uma expansão de 10 atm para 1 atm.
Resp.: -2,5 K ou -2,5ºC
Questão 12: Que funções de estado devem permanecer constantes no experimento de Joule e no experimento de Joule-Thomson? Considere cada experimento, como ele é realizado, e que passos são tomados para se chegar a essas conclusões (sobre a constância de uma função de estado em cada caso).
Questão 13: Para água líquida a 1 atm de pressão, são conhecidos os seguintes dados, dependentes da temperatura:
	T / °C
	( / K-1
	(
	
	Outro Dado
	30
	3,04 · 10-4
	4,52 · 10-5 atm-1
	17,99 cal / (mol K)
	
 = 18,1 cm3 mol-1
	95
	7,232 · 10-4
	4,81 · 10-5 bar-1
	4,210 J / (g K)
	( = 0,96189 g cm-3
Estime os valores de 
 para a água líquida a 30 °C e 95 °C, e compare com os valores de 
 em cada caso (diferença percentual).
Resp.: 17,99 cal / (mol K) a 30 °C; 3,794 J/(g K) a 95 °C.
Questão 14: Usando uma tabela de calores de formação (f Hº), calcule r º e r Uº para a seguinte reação:
CaC2 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)
Resp.: r º = – 44.957 cal mol-1 = –188,01 kJ mol-1 e r Uº = – 190,58 kJ mol-1
Questão 15: Tomando-se como referência a mesma reação química da questão anterior, reproduzida abaixo, baseando-se na definição de entalpia de formação (f Hº), e com o auxílio da lei de Hess, mostre que a variação total de entalpia de uma reação química é dada por:
Sendo “(i” o coeficiente estequiométrico da espécie química “i” e 
 sua entalpia absoluta molar.
CaC2 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)
Questão 16: Comprime-se adiabaticamente 0,1 mol de um gás ideal (Cp = 2,5 R) até a temperatura elevar-se de 25ºC para 40ºC. Calcular Q, W e U.
Resp.: Q = 0; W = 18,71 J; U = 18,71 J.
Questão 17: A queima de 3,05 g de etanol numa bomba calorimétrica (P = constante) libera 2,082 kJ de calor. 
a) Calcular combº para o etanol líquido.
b) Se nesta queima houve um aumento de temperatura de 5,03ºC, calcular a capacidade calorífica molar do calorímetro.
Resp.: – 31,4 kJ mol-1; 6,243 kJ/(mol ºC) 
Questão 18: Seja a reação de combustão do metano, que libera 192 kcal/mol a 25 ºC e 1 atm. Calcular a variação de entalpia observada a 100 ºC e 1 atm. Dados (valores molares):
	CH4: Cp = 3,38 kcal/(K.mol);		CO2: Cp = 6,37 kcal/(K.mol)
	O2: Cp = 6,09 kcal/(K.mol);		H2O: Cp = 7,22 kcal/(K.mol)
Resp.: +201,75 kcal mol-1.
Questão 19: Para o sistema térmico mostrado abaixo, estime as eficiências de cada componente (a máquina M e o refrigerador R), com T1 = 150ºC e T2 = -50ºC.
Resp.: 0,473; 1,116.
Questão 20: Calcular a entropia de formação (f Sº) para o metanol, em cal/(K.mol), conhecendo os seguintes valores de entropia absoluta:
	CH3OH: Sº = 30,3 cal/(K.mol);		C (s): Sº = 1,37 cal/(K.mol);
	H2 (g): Sº = 31,2 cal/(K.mol);			O2 (g): Sº = 49,0 cal/(K.mol);
Resp.: - 57,97 cal/(K.mol).
Questão 21: Calcular a entropia de decomposição do ácido clorídrico a 1000 K, conhecendo os seguintes valores de entropia absoluta [em cal/(K.mol)] e Cp [em cal/(K.mol)] a 25ºC:
 H2 (g): Sº = 31,2 e Cp = 6,9; Cl2 (g): Sº = 44,5 e Cp = 6,7; HCl (g):Sº = 53,3 e Cp = 7,5 
Resp.: - 16,3 cal/(K.mol).
Questão 22: Um mol de água é aquecido a 1 atm de 100K a 500K. Sabendo-se que a entalpia de vaporização da água vale 9,3 kcal mol-1 e sua entalpia de fusão vale 1,43 kcal mol-1, calcule a variação de entropia observada pelo sistema nesse processo de aquecimento, tomando as seguintes expressões de Cp(T), em cal/(K.mol):
 Cp (s) = 9,05 + 0,03 T; Cp (l) = 18 + 0,01 T ; Cp (g) = 7,25 + 0,02 T
Resp.: 55,72 cal/(K.mol).
Questão 23: Um lingote de cobre, com 5 kg e na temperatura de 540ºC, é lançado num vaso isolado contendo 50 kg de água a uma temperatura de 22ºC. Os calores específicos do cobre e da água são 0,095 e 1,000, respectivamente. Calcule as variações de entropia da água e do cobre e calcule a variação total de entropia resultante do processo. Comente sobre o sentido físico dos valores obtidos (S > 0 ou S < 0).
Resp.: 818,27 cal/K; – 473,61 cal/K; 344,66 cal/K.
Questão 24: Na investigação de equipamentos usam-se, às vezes, outros ciclos diferentes do de Carnot. Um deles é constituído pelas seguintes etapas:
 Expansão isotérmica de P1, T1, V1 até P2, T1, V2;
 Processo isovolumétrico (isocórico) de P2, T1, V2 até P3, T2, V2 ;
 Compressão isotérmica de P3, T2, V2 até P4, T2, V1;
 Processo isocórico de P4, T2, V1 até P1, T1, V1.
Represente este ciclo no plano PV. Admitindo-se que as operações são reversíveis e que o fluido operante se comporte como gás ideal com capacidades caloríficas constantes, sugira expressões para estimar Q, W, U e S em cada etapa do ciclo.
Universidade Federal de Viçosa / Departamento de Química
QUI 150 – Físico-Química I
Segunda Lista de Exercícios
27,90
39,24
_1271510763.unknown
_1379228857.unknown
_1379229136.unknown
_1378036993.unknown
_1254581448.unknown
_1271510753.unknown
_1254581175.unknown