Físico Química I 5a Lista de Exercícios Energia de Gibbs Helmholtz Diagrama de Fases

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA 
Campus de Rio Paranaíba 
Físico-Química I - 5ª Lista de Exercícios 
 
1. Uma quantidade de 0,35 mol de um gás ideal inicialmente a 15,6 
o
C expande-se de 1,2 L para 7,4 
L. Calcule os valores de w, q, U, S, G se o processo for realizado: (a) isotermicamente e 
reversivelmente; (b) isotermicamente e irreversivelmente contra uma pressão externa de 1,0 atm. 
2. Calcule o valor de rG
o
 para a seguinte fermentação alcoólica: 
α-D-glicose(aq)  2C2H5OH(l) + 2CO2(g) 
(∆𝑓�̅�
𝑜[α-D-glicose(aq)] = –914,5 kJ mol-1) 
Consulte os dados termodinâmicos listados nos Apêndices dos livros de Físico-Química. 
3. Certas bactérias no solo obtêm a energia necessária para crescimento da oxidação do nitrito para 
nitrato: 
2NO2
–
 (aq) + O2(g)  2NO3
–
 (aq) 
Dado que as energias de Gibbs-padrão de formação do NO2
-
 e NO3
-
 são –34,6 kJ mol-1 e –110,5 kJ 
mol
-1
, respectivamente, calcule a quantidade de energia de Gibbs liberada quando 1 mol de NO2
-
 é 
oxidado para 1 mol de NO3
-
. 
4. Considere a síntese da ureia segundo a equação: 
CO2(g) + 2NH3(g)  (NH2)2CO(s) + H2O(l) 
A partir dos dados termodinâmicos listados nos Apêndices dos livros de Físico-Química, calcule o 
valor de Δ𝑟𝐺
𝑜 para a reação a 298 K. Supondo comportamento de gás ideal, calcule o valor de Δ𝑟𝐺 
para a reação a uma pressão de 10,0 bar. O valor de Δ𝑓�̅�
𝑜 para a ureia é –197,15 kJ mol-1. 
5. Como as exigências de que T e V sejam constantes entra na derivação de Δ𝐴𝑠𝑖𝑠 < 0 para um 
processo espontâneo? 
6. Da entalpia molar-padrão de combustão do benzeno a 298 K, calcule o valor de ∆𝑟𝐴
𝑜 para esse 
processo. Compare o valor de ∆𝑟𝐴
𝑜 com o valor de ∆𝑟𝐻
𝑜. Comente sobre a diferença. 
7. Uma dada reação é espontânea a 72 
o
C. Se a variação de entalpia para a reação é 19 kJ, qual é o 
valor mínimo de rS (em joules por kelvin) para a reação? 
8. A pressão exercida sobre o gelo por um patinador de 60,0 kg é cerca de 300 atm. Calcule o 
abaixamento no ponto de congelamento. Os volumes molares são �̅�𝐿= 0,0180 L mol
-1
 e �̅�𝑠= 0,0196 L 
mol
-1
. 
 
 
9. A pressão de vapor do mercúrio a várias temperaturas foi determinada como segue: 
T/K P/mmHg 
323 0,0127 
353 0,0888 
393,5 0,7457 
413 1,845 
433 4,189 
Calcule o valor de ∆𝑣𝑎𝑝�̅� para o mercúrio. 
10. Um esquema aproximado do diagrama de fases do carbono é mostrado abaixo. (a) Quantos 
pontos triplos existem e quais são as fases que podem coexistir em cada ponto triplo? (b) Qual tem a 
maior densidade, grafite ou diamante? (c) Diamante sintético pode ser feito a partir de grafite. 
Usando o diagrama de fases, como você poderia fazer diamante? 
 
11. Calcule o número de componentes presentes em cada uma das seguintes situações: 
(a) Água, incluindo a autodissociação em íons H
+
 e OH
–
. 
(b) Considere a seguinte reação em um recipiente fechado: 
2NH3(g)  N2(g) + 3H2(g) 
(i) Inicialmente, as três fases estavam presentes em quantidades arbitrárias, mas a temperatura era 
muito baixa para a reação ocorrer. 
(ii) Como é (i), mas a temperatura foi elevada o suficiente para permitir que o equilíbrio fosse 
estabelecido. 
(iii) Inicialmente, somente o HN3 estava presente. A partir daí, o sistema evoluiu para atingir o 
equilíbrio. 
12. Um químico sintetizou um hidrocarboneto (CxHy). Descreva, brevemente, que medidas são 
necessárias para determinar os valores de ∆𝑓�̅�
𝑜, 𝑆̅𝑜 e ∆𝑓�̅�
𝑜 do composto. 
 
 
 
13. Derive a equação de estado termodinâmica: 
(
𝜕𝑈
𝜕𝑉
)
𝑇
= −𝑃 + 𝑇 (
𝜕𝑃
𝜕𝑇
)
𝑉
 
14. Calcule as variações na entropia para os seguintes processos: (a) mistura de 1 mol de nitrogênio e 
1 mol de oxigênio; (b) mistura de 2 mols de argônio, 1 mol de hélio e 3 mols de hidrogênio. As 
misturas (a) e (b) são realizadas sob condições de temperatura (298 K) e pressão constantes. Suponha 
comportamento ideal. 
15. A constante da lei de Henry para o oxigênio na água a 25 
o
C é 773 atm mol
-1
 kg de água. Calcule 
a molalidade do oxigênio na água sob uma pressão parcial de 0,20 atm. Supondo que a solubilidade 
do oxigênio no sangue a 37 
o
C seja aproximadamente a mesma na água a 25 
o
C, comente sobre a 
possibilidade da nossa sobrevivência sem as moléculas de hemoglobina. O volume total de sangue 
no corpo humano é cerca de 5 L. 
16. A solubilidade do N2 no sangue a 37 
o
C e pressão parcial de 0,80 atm é 5,6x10
-4
 mol L
-1
. Um 
mergulhador de águas profundas respira ar comprimido com uma pressão parcial de N2 igual a 4 atm. 
Suponha que o volume total de sangue no corpo seja 5,0 L. Calcule a quantidade do gás N2 liberado 
(em litros) quando o mergulhador retorna para a superfície da água, onde a pressão parcial do N2 é 
0,80 atm. 
17. Uma solução de etanol e n-propanol se comporta de modo ideal. Calcule o potencial químico do 
etanol na solução na solução relativamente ao do etanol puro quando sua fração molar é 0,40 no 
ponto de ebulição (78,3 
o
C). 
18. Uma solução é preparada dissolvendo-se 73 g de glicose (C6H12O6: massa molar 180,2 g mol
-1
) 
em 966 g de água. Calcule o coeficiente de atividade da glicose nessa solução, se esta congela a – 
0,66 
o
C. 
19. Uma dada solução diluída tem uma pressão osmótica de 12,2 atm a 20 
o
C. Calcule a diferença 
entre o potencial químico do solvente na solução e o da água pura. Suponha que a densidade seja a 
mesma que a da água. (Dica: Expresse o potencial químico em razão da fração molar, x1, e reescreva 
a equação para a pressão osmótica como πV = n2RT, em que n2 é o número de mols do soluto e V = 
1L). 
20. Considere uma mistura binária líquida A e B, em que A é volátil e B não-volátil. A composição 
da solução nos termos da fração molar é xA = 0,045 e xb = 0,955. A pressão de vapor de A na mistura 
é 5,60 mmHg, e aquela de A puro é 196,4 mmHg à mesma temperatura. Calcule o coeficiente de 
atividade de A nessa concentração. 
21. Uma mistura de etanol e n-propanol se comporta de modo ideal a 36,5 
o
C. (a) Determine 
graficamente a fração molar do n-propanol numa mistura de etanol e n-propanol que entra em 
ebulição a 36,4 
o
C e 72 mmHg. (b) Qual é a pressão de vapor total sobre a mistura a 36,4 
o
C quando 
a fração molar do n-propanol é 0,60? (c) Calcule a composição do vapor em (b). (As pressões de 
vapor no equilíbrio do etanol e do n-propanol a 36,4 
o
C são 108 mmHg e 40,0 mmHg, 
respectivamente) 
22. A medida do abaixamento no ponto de congelamento do ácido benzóico em acetona resulta em 
uma massa molar de 122 g mol
-1
; a mesma medida em benzeno fornece 242 g mol
-1
. Justifique essa 
discrepância (Dica: Considere as interações solvente-soluto e soluto-soluto). 
23. Um anticongelante comum para radiadores de carros é o etilenoglicol, CH2(OH)CH2(OH). 
Quantos mililitros dessa substância você adicionaria a 6,5 L de água no radiador se o dia mais frio no 
inverno fosse –20 oC? Você manteria essa substância no radiador no verão para evitar que a água 
entre em ebulição? (A densidade e o ponto de ebulição do etilenoglicol são 1,11 g cm
-3
 e 470 K, 
respectivamente). 
24. Os líquidos A (massa molar 100g mol
-1
) e B (massa molar 110 g mol
-1
) forma uma solução ideal. 
A 55 
o
C, A tem uma pressão de vapor de 95 mmHg e B uma pressão de vapor de 42 mmHg. Uma 
solução é preparada misturando-se pesos iguais de A e B. (a) Calcule a fração molar de cada 
componente da solução. (b) Calcule as pressões parciais de A e B sobre a solução a 55 
o
C. (c) 
Suponha que parte do vapor descrito em (b) condensou-se em líquido. Calcule a fração molar de 
cada componente nesse líquido e a pressão de vaporde cada componente acima desse líquido a 55 
o
C. 
25. Um composto orgânico não-volátil, Z, foi usado para preparar duas soluções. A solução A 
contém 5,0 g de Z dissolvidos em 100 g de água e a solução B contém 2,31 g de Z dissolvidos em 
100 g de benzeno. A solução A tem uma pressão de vapor de 754,5 mmHg no ponto de ebulição 
normal da água, e a solução B tem a mesma pressão de vapor no ponto de ebulição normal do 
benzeno. Calcule a massa molar de Z nas soluções A e B, e explique a diferença observada.