400498 Lista de exercícios III

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Instituto Federal do Espírito Santo 
Campus Aracruz 
Curso: Licenciatura em química 
Disciplina: Físico-Química I 
Professor: Jadielson Lucas da Silva Antonio 
 
Lista de exercícios III 
 
1. Verdadeiro ou falso? (a) Aumentar a temperatura do reservatório quente de uma 
máquina que opera de acordo com o ciclo de Carnot deve aumentar a eficiência da 
máquina. (b) Diminuir a temperatura do reservatório frio de uma máquina que opera de 
acordo com o ciclo de Carnot deve aumentar a eficiência da máquina. (c) Um ciclo de 
Carnot é, por definição, um ciclo reversível. (d) Como um ciclo de Carnot é um processo 
cíclico, o trabalho realizado em um ciclo de Carnot é zero. 
 
2. Verdadeiro ou falso? (a) Para um sistema fechado, ∆S nunca pode ser negativo. (b) 
Para um processo reversível em um sistema fechado, ∆S tem que ser zero. (c) Para um 
processo reversível em um sistema fechado, ∆Suniv tem que ser zero. (d) Para um processo 
adiabático em um sistema fechado, ∆S não pode ser negativo. (e) Para um processo em 
um sistema isolado, ∆S não pode ser negativo. (f) Para um processo adiabático em um 
sistema fechado, ∆S tem que ser zero. (g) Um processo adiabático não pode diminuir a 
entropia de um sistema fechado. (h) Para um sistema fechado, o equilíbrio é atingindo 
quando S atinge o valor máximo. 
 
3. A evolução da vida necessita da organização de um número muito grande de moléculas 
para a formação das células biológicas. A formação dos organismos vivos viola a Segunda 
Lei da termodinâmica? Dê uma resposta clara e apresente argumentos detalhados para 
justifica-la. 
 
4. Você recebeu uma proposta de uma pessoa, que se dizia um inventor, e que estava 
procurando investidores para o desenvolvimento da sua última ideia: um dispositivo que 
usa o calor extraído do solo por uma bomba de calor para transformar água em vapor, 
sendo este usado para aquecer uma casa e para gerar a energia que faz funcionar a bomba 
de calor. Esta proposta é, potencialmente, muito lucrativa, pois depois de uma extração 
inicial de energia do solo, nenhum combustível fóssil seria necessário para fazer com que 
o dispositivo funcionasse indefinidamente. Você investiria nesta ideia? Dê uma resposta 
clara e apresente argumentos detalhados para justifica-la. 
 
5. As expressões a seguir foram usadas para estabelecer critérios para uma transformação 
espontânea: ∆Stot > 0, dSU,V > 0, dUS,V < 0, dAT,V < 0 e dGT,p< 0. Discuta a origem, o 
significado e a aplicabilidade de cada um dos critérios. 
 
6. Calcule a variação de entropia quando 25 kJ de energia, na forma de calor, se transferem 
reversível e isotermicamente para um grande bloco de ferro a (a) 0°C e (b) 100 °C. 
 
7. Calcule a entropia molar de uma amostra de neônio, mantida a volume constante, a 500 K, 
sabendo que ela é igual a 146,22 J K-1 mol-1 a 298 K. 
 
8. Calcule ∆S (para o sistema) quando 2,0 mol de um gás perfeito diatômico, com 𝐶𝑝,𝑚 =
7
2
𝑅, 
passam do estado a 25°C e 1,50 atm para o estado de 135°C e 7,00 atm. Como se explica o sinal 
de ∆S? 
 
9. Uma amostra de 3,00 mol de um gás perfeito diatômico, a 200 K, é comprimida reversível e 
adiabaticamente até a sua temperatura chegar ma 250 K. Dado que 𝐶𝑉,𝑚 = 27,5 𝐽 𝐾
−1 𝑚𝑜𝑙−1, 
calcule q, w, ∆U, ∆H e ∆S. 
 
10. Calcule ∆H e ∆Stot quando dois blocos de ferro, cada qual com 1,0 kg de massa, um a 200°C 
e outro a 25°C, são colocados em contato térmico, num vaso isolado. O calor específico do ferro 
é 0,449 J K-1 g-1 e aproximadamente constante no intervalo de temperatura considerado. 
 
11. Um sistema constituído por 2,0 mol de CO2(g), inicialmente a 25°C e 10 atm, é confinado 
num cilindro de seção reta uniforme de 10,0 cm2, provido de um pistão móvel. O gás se expande 
adiabaticamente contra a pressão externa de 1,0 atm, até que o pistão tenha se deslocado 20 cm. 
Vamos admitir que o dióxido de carbono tenha comportamento de gás perfeito, com 𝐶𝑉,𝑚 =
28,8 𝐽 𝐾−1𝑚𝑜𝑙−1. Calcule (a) q, (b) w, (c) ∆U, (d) ∆T e (e) ∆S. 
 
12. A entalpia de vaporização do metanol é 35,27 kJ mol-1 no seu ponto de ebulição normal de 
64,1°C. Calcule (a) a entropia de vaporização do metanol nesta temperatura e (b) a variação de 
entropia nas vizinhanças do sistema. 
 
13. Calcule a entropia-padrão das seguintes reações, a 298 K: 
 
(a) 𝑍𝑛(𝑠) + 𝐶𝑢2+(𝑎𝑞) → 𝑍𝑛2+(𝑎𝑞) + 𝐶𝑢(𝑠) 
(b) 𝐶12𝐻22𝑂11(𝑠) + 12 𝑂2(𝑔) → 12 𝐶𝑂2(𝑔) + 11 𝐻2𝑂(𝑙) 
 
14. Com as entropias das reações calculadas no exercício anterior, e com as entalpias das mesmas 
reações, calcule as energias de Gibbs padrão das reações a 298 K. 
 
15. Com as energias de Gibbs padrão de formação, calcule as energias de Gibbs padrão das 
reações do exercício 8. 
 
16. Calcule a energia de Gibbs padrão da reação 4 HCl(g) + O2(g) →2 Cl2(g) + 2 H2O(l), a 298 
K, a partir das entropias-padrão e das entalpias-padrão de formação. 
 
17. A entalpia-padrão de combustão da ureia sólida (CO(NH2)2) é – 632 kJ mol-1, a 298 K, e a sua 
entropia molar padrão é 104,60 J K-1 mol-1 a 298 K. Calcule a energia de Gibbs padrão de 
formação da ureia a 298 K. 
 
18. Calcule as variações de entropia do sistema e das suas vizinhanças e a variação de total de 
entropia, quando uma amostra de 14 g de nitrogênio gasoso, a 298 K e 1,00 bar, duplica o seu 
volume (a) numa expansão isotérmica reversível, (b) numa expansão isotérmica irreversível 
contra a pressão constante externa pex = 0 e (c) numa expansão adiabática reversível. 
 
19. Calcule o trabalho máximo, diferente do de expansão, que pode ser obtido, por mol, numa 
célula a combustível em que a reação química é a combustão do metano a 298 K. 
 
20. (a) Calcule a eficiência do ciclo de Carnot de uma máquina térmica primitiva que opera com 
o vapor a 100°C e descarrega a 60°C. (b) Repita o cálculo para uma turbina a vapor que opera 
com o vapor a 300 °C e descarrega a 80°C.