P1 e P2 Ricardo 2017.2

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Departamento de Físico-Química
Termodinâmica Clássica
Ricardo Oliveira
Lista Extra
1. Um mol de gás ideal (cp = 7 cal/molK) executa as transformações do ciclo abaixo:
A curva BC é uma adiabática, a reta AB é uma isocórica e a reta AC é uma isobárica.
Dados: pB = 10 atm, VA = VB = 2,5 L, VC = 5,0 L. Calcule o calor trocado em cada
etapa do ciclo. Qual o rendimento do ciclo? Esse rendimento é maior, menor ou igual ao
rendimento de um ciclo de Carnot equivalente?
2. Enuncie a Lei de Hess explicitando sua relação com funções de estado. Sabendo que o
estado padrão do silício é Si(s), calcule a variação de entalpia padrão da seguinte reação
(utilizando a Lei de Hess):
SiH4(g) + O2(g) → SiH2O(g) + H2O(l)
a partir da entalpia padrão de formação:
Substância 4H0f (KJ/mol)
SiH4(g) 34,3
SiH2O(g) -98,3
H2O(l) -286,0
3. Considere o volume de um líquido puro pouco compressível como função da temperatura
e pressão. Mostre que a variação de volume pode ser dada pela equação:
V¯f = V¯ie
α(T2−T1) (1)
Sendo α o coeficiente de expansão térmica.
4. Mostre que a variação de entropia de um gás de Van der Waals num processo isotérmico
é:
∆S¯ = Rln
(
V¯2 − b
V¯1 − b
)
(2)
5. Partindo da equação de Gibbs-Duhem:∑
nidµi = 0 (3)
Mostre que para um sistema de dois componentes (A e B):
xAdlnγA + xBdlnγB = 0 (4)
6. Considere o diagrama isotérmico de equilíbrio líquido-vapor:
Indique no diagrama as fases de cada região. Considerando uma fração molar global do
componente A de 0,63 situada entre os pontos a e b, obtenha o número de mols de cada
fase e o número de mols do componente A em cada fase. Considere o número de mols
totais igual a 10 mols, x(A) = 0,50 e y(A) = 0,75.
7. Considere o sistema formado por benzeno e tolueno. É razoável considerar esse sistema
como uma solução ideal? Justifique. A pressão de vapor do benzeno é 74,7 torr e do
tolueno é 22,3 torr ambas em 20◦C. A pressão de vapor de uma solução de benzeno e
tolueno é 46,0 torr na mesma temperatura. Determine a fração molar de benzeno na fase
líquida e na fase vapor.
8. Deduza a equação de Clapeyron:
dP
dT
=
∆HTrans
T∆VTrans
(5)
a partir da quarta relação fundamental da termodinâmica:
dµ = −S¯dT + V¯ dp (6)
Utilizando a equação de Clapeyron, deduza a expressão para o equilíbrio líquido-vapor
conhecida como a equação de Clausius-Clapeyron explicando cada aproximação durante
a dedução:
ln
(
p2
p1
)
=
∆HTrans
R
(
1
T1
− 1
T2
)
(7)