Exercícios de Química Geral II

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14 de setembro de 2011
Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (Professor: Mauricio Sant’Anna)
2a Lista de Exercícios da 1a Prova – Química Geral II (2o Período/2011)
1. Discuta, usando a teoria das bandas de energia, e dê exemplos:
a) A diferença entre condutores, isolantes e semi-condutores.
b) A diferença entre um semi-condutor comum e um semi-condutor dopado (tipos n e p).
2. Portas automáticas usam células fotoelétricas que respondem à luz infravermelha (( = 1500 nm). Qual o melhor semicondutor para ser usado nas células fotoelétricas que operam neste comprimento de onda, Ge (“gap” de energia = 64 kJ/mol) ou Si (“gap” de energia = 105 kJ/mol)? 
3. Os “gaps” de energia entre as bandas vazia e preenchida do diamante, do Si sólido e do Ge sólido são, respectivamente, 502, 100 e 67 kJ/mol. Faça um diagrama de bandas de energia e sugira uma ordem para a condutividade elétrica destes sólidos.
4. Você quer preparar em um laboratório de uma indústria de materiais semi-condutores um semi-condutor do tipo p. Você dispõe de Al, Si e P. Quais elementos você usaria e qual o papel de cada um deles no semi-condutor?
5. O CdS é estudado para uso em células solares. Esse material absorve luz azul em 470 nm. Como você classificaria esse material? (Resp.: Como o “gap” de energia é de 250 kJ/mol, esse material pode ser usado como semi-condutor)
6. Uma mistura de metano e O2 é colocada em um cilindro que contém um pistão móvel, de diâmetro igual a 16,0 cm. Uma centelha faz a ignição da mistura e o sistema libera 1150 J de calor para as vizinhanças, ao mesmo tempo que o pistão se desloca 23,5 cm, contra uma pressão externa de 1,0 atm. Calcule a variação da energia interna do sistema. (–1629 J)
7. A pressão externa sobre um mol de um gás ideal de massa molecular igual a 14,0 g/mol é de 3,0 atm. Para aumentar a temperatura de 1,0 g do gás em 1,00C são necessários 14,6 J. A temperatura é variada de 250C para 1000C. Calcule q, w, (E. (15,38 kJ, 0,62 kJ, 14,76 kJ)
8. Em uma máquina, vapor d’água é usado para mover um pistão e realizar trabalho. Qual é a quantidade de trabalho (em J) que é feita quando 25,0 g de água a 1000C é vaporizada, empurrando o pistão contra uma pressão de 1,0 atm? (Dica: assuma que pV = nRT)
9. As afirmações abaixo são verdadeiras ou falsas? Explique suas respostas usando conceitos discutidos em aula.
a) NH4Br cristalino tem maior entropia do que NH4Br dissolvido em água.
b) Todas as reações químicas espontâneas são exotérmicas (exemplifique para comprovar a sua resposta).
c) Processos adiabáticos não mudam a energia interna do sistema.
d) A entropia do naftaleno aumenta quando ele sublima.
10. Qual é a variação na entropia total quando 36,0 g de água ((Hfus0 = 6,01 kJ/mol) congelam a 1,0 atm em um congelador mantido na temperatura de –150C? (+2,6 J/K)
11. Em uma geladeira, o líquido refrigerante contido na serpentina absorve o calor do interior da geladeira. Este calor vaporiza o líquido, que depois é recondensado pela pressão exercida por uma bomba mecânica. Um desses líquidos é o CH2FCF3, que entra em ebulição a –27 0C, com um calor (ou entalpia) de vaporização igual a 22,0 kJ/mol. Calcule a mudança de entropia do universo quando 150 g de CH2FCF3 se vaporiza a –27 0C, trocando calor com o interior da geladeira a 4,0 0C. (15,0 J/K)
12. Use tabelas de entropias molares padrão e de variação de entalpia padrão e calcule a variação da energia livre para as seguintes reações (as equações não estão balanceadas):
a) NH3(g) + HCl (g) ( NH4Cl (s) (-440,1 kJ/mol)
b) NH3(g) + O2(g) ( HNO3(l) + H2O(l) (-301,4 kJ/mol)
c) N2(g) + H2 (g) ( NH3 (g) (-33,3 kJ/mol)
d) Ca(s) + Cl2 (g) ( CaCl2 (s) (-748,1 kJ/mol)
13. Calcule a energia livre da reação H2(g) + I2(g) ( 2HI(g) a 500 K ((Gr0 = -21,1 kJ/mol), quando as pressões parciais dos gases forem, respectivamente, 1,5 atm, 0,88 atm e 0,065 atm. Qual o sentido da reação espontânea? ((Gr = -44,9 kJ/mol; formará produto)
14. Calcule a energia livre da reação N2(g) + 3H2 (g) ( 2NH3 (g) a 400 K (Kc = 41), quando as concentrações forem, respectivamente, 1,0 mol/L, 4,2 mol/L e 0,63 mol/L. A mistura vai formar reagentes, produto ou vai estar no equilíbrio? ((Gr = -29,7 kJ/mol; formará produto)
15. Considere a reação: N2O4(g) ( 2NO2(g).
a) A reação é espontânea nas condições padrão? (Não; (Gr0 = 2,8 kJ/mol)
b) A partir de que temperatura a reação se tornará espontânea? (T>315 K)
16. Verdadeiro ou falso? Justifique sua resposta.
a) Em um processo espontâneo, (Guniverso > 0. (falso)
b) (Gsistema aumenta em qualquer processo a T e p constantes. (falso)
17. Calcule K para as seguintes reações (a 250C):
a) H2(g) + Br2 (g) ( 2HBr (g)
b) NH4Cl(s) ( NH3 (g) + HCl(g) (K = 1,1 x 10-16)