Físico Química - Lista 2 - com respostas

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Q F L 0 4 0 6 F Í S I C O - Q U Í M I C A 2 0 1 4 
 
F a r m á c i a  d i u r n o 
 
2a l i s t a d e e x e r c í c i o s 
 
 
1. Para o H2S, têm-se os seguintes dados: 
 
ponto tríplice: pressão: 22,7 kPa 
 temperatura: 187,6 K 
ponto crítico: pressão: 8,94 MPa 
 temperatura: 373,2 K 
a 101,325 kPa: fusão: 187,65 K 
 ebulição: 213,60 K 
 
a) Faça um esboço do diagrama de fases do H2S e assinale 
os pontos acima. Indique o sólido, o líquido e o gás. 
b) No diagrama, assinale um estado inicial do H2S de 
18 kPa e 300 K e, um estado final de 7 MPa e 300 K. 
Mostre como se pode chegar do estado inicial ao 
final, sem que, em nenhum momento da transformação, 
se tenha duas ou mais fases em equilíbrio. Na 
transformação, use apenas etapas a pressão constante 
e a temperatura constante. Numere essas etapas e 
descreva-as. 
 
 
2. Calcule a entalpia e a entropia de vaporização da ciclo-
hexanona, para o estado padrão de 1 bar, a partir dos 
dados da tabela, de pressão de vapor da ciclo-hexanona em 
função da temperatura. 
 
T/
o
C P/mmHg 
50,0 12,2 
60,0 19,7 
80,0 52,3 
110,0 171,4 
 
 
3. As temperaturas de ebulição de octano e dodecano, a 
1,013  105 Pa, são 125,7 oC e 216,3 oC, respectivamente; 
as entalpias de vaporização desses líquidos são 
38,57 kJ mol
-1
 e 49,60 kJ mol
-1
, respectivamente. 
 
a) Calcule as pressões de vapor de octano e dodecano a 
180,0 
o
C. 
b) Calcule a fração molar de dodecano na mistura cujo 
ponto de ebulição é 180,0 
o
C a 1,013  105 Pa. 
2 
 
c) Calcule a fração molar de dodecano no vapor, a 
180,0 
o
C. 
d) Faça um esquema do diagrama de fases líquido-vapor do 
sistema octano-dodecano e represente as frações 
molares calculadas nos itens b e c. 
 
 
4. Para determinar o número de placas teóricas de uma coluna 
de fracionamento, foi feita a destilação fracionada de 
uma mistura de tolueno e ciclo-hexano em que a fração 
molar de tolueno era igual a 0,84. Obteve-se, como 
destilado inicial, mistura de tolueno e ciclo-hexano com 
fração molar de tolueno igual a 0,16. A destilação foi 
feita a 760 mmHg. Os dois compostos formam mistura que 
segue a lei de Raoult. Determine o número de placas 
teóricas da coluna de fracionamento. 
 
Diagrama de fases líquido-vapor de tolueno e ciclo-
hexano, a 760 mmHg. Temperatura em função de fração molar 
de tolueno. 
 
 
 
 
5. Trace um diagrama de fases líquido-vapor aproximado para 
o sistema de benzaldeído e fenol. Destilando-se mistura 
em que a fração molar de benzaldeído é igual a 0,200 com 
coluna de fracionamento de grande número de pratos 
teóricos, qual é 
 
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
T
/
o
C
 
xtolueno 
3 
 
a) a composição do primeiro destilado recolhido na saída 
do condensador? 
b) a temperatura marcada por um termômetro com o bulbo na 
coluna de fracionamento, na altura da saída para o 
condensador, quando se recolhe o primeiro destilado? 
c) a composição do resíduo, que sobra no balão de 
destilação, depois de a temperatura do item b se 
alterar? 
 
pontos de ebulição: benzaldeído 179,0 
o
C 
 fenol 181,87 
o
C 
 azeótropo 185,6 
o
C 
 
composição do azeótropo: fração molar de 
benzaldeído 
 
0,460 
 
 
 
6. Trace um diagrama de fases líquido-vapor aproximado para 
o sistema de água e 1,4-dioxano. Destilando-se mistura em 
que a fração molar de água é igual a 0,900 com coluna de 
fracionamento de grande número de pratos teóricos, qual é 
 
a) a composição do primeiro destilado recolhido na saída 
do condensador? 
b) a temperatura marcada por um termômetro com o bulbo na 
coluna de fracionamento, na altura da saída para o 
condensador, quando se recolhe o primeiro destilado? 
c) a composição do resíduo, que sobra no balão de 
destilação, depois de a temperatura do item b se 
alterar? 
 
pontos de ebulição: água 100,0 
o
C 
 1,4-dioxano 101,5 
o
C 
 azeótropo 87,5 
o
C 
 
composição do azeótropo: fração molar de 
água 
 
0,528 
 
 
 
7. No equilíbrio do ácido glutâmico, representado por 
 
L-C5H9NO4 D-C5H9NO4 
 
a fração molar do isômero D é 0,513, a 40,0 
o
C. 
 
a) Calcule a constante desse equilíbrio. 
b) Calcule Go para esse equilíbrio. 
c) Calcule o G da reação para a mistura de 0,150 mol de 
ácido D-glutâmico e 0,030 mol de ácido L-glutâmico. 
Em que sentido deve ocorrer a reação para se chegar 
ao equilíbrio? 
4 
 
8. O gráfico traz as pressões de vapor de 1-butanol e 
1,2-etanodiamina, na mistura desses dois componentes, a 
100,0 
o
C, em função da fração molar de 1-butanol. Mostra 
também essas pressões de vapor para o caso de soluções 
ideais, de acordo com as leis de Raoult e de Henry. 
Determine os coeficientes de atividade de 1-butanol e 
1,2-etanodiamina, quando a fração molar de 1-butanol, na 
mistura, é igual a 0,70, de acordo com 
 
a) a lei de Raoult; 
b) a lei de Henry. 
 
 
 
 
9. Uma das etapas do metabolismo da glicose consiste na 
isomerização do íon 3-fosfoglicerato para 2-fosfogli-
cerato, catalisada por uma mutase. 
 
-
OOC-CH(OH)-CH2-O-PO3
2-
 
-
OOC-CH(O-PO3
2-
)-CH2OH 
 
Trata-se de uma reação de equilíbrio, para a qual foram 
obtidos os dados da tabela, de constante de equilíbrio em 
função da temperatura. 
 
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
P
v
a
p
/
b
a
r
 
x1-butanol 
5 
 
T/
o
C K 
 0,0 0,1535 
20,0 0,1558 
30,0 0,1569 
45,0 0,1584 
 
a) Trace um gráfico de van’t Hoff com esses dados. 
b) A partir da melhor reta, determine a variação de 
entalpia e a variação de entropia na reação. 
 
Q F L 0 4 0 6 F Í S I C O - Q U Í M I C A 2 0 1 4 
 
F a r m á c i a  d i u r n o 
 
2a l i s t a d e e x e r c í c i o s  r e s p o s t a s 
 
 
1. a) Diagrama de fases 
 
 
b) Etapas da transformação: 
 
 etapa 1: pressão constante; aquecimento do vapor de 
H2S até acima da temperatura crítica 
 etapa 2: temperatura constante; compressão do gás 
até acima da pressão crítica 
 etapa 3: pressão constante; resfriamento do gás até 
abaixo da temperatura crítica 
 etapa 4: temperatura constante; redução da pressão 
até abaixo da pressão crítica 
 
Na transformação dada pelas etapas de 1 a 4, em nenhum 
momento uma linha de equilíbrio entre fases é cruzada. 
 
 
2. 
 
 
 
 
o
vapH
 = 45,6 kJ mol
-1
 
 
 
o
vapS
 = 106,8 J mol
-1
 K
-1
 
 
 
-5
-4
-3
-2
-1
2,5 2,7 2,9 3,1
l
n
(
P
/
b
a
r
)
 
T-1/10-3 K-1 
P
/
k
P
a
 
T/K 
8940 
101,325 
22,7 
18 
7000 
187,6 
187,65 
213,6 373,2 
300 
1 
3 
2 
4 
2 
 
3. a) Poct = 4,081  10
5
 Pa 
 Pdod = 3,817  10
4
 Pa 
 
 
b) xdod = 0,829 
 
 
c) ydod = 0,312 
 
d)
 
 
 
4. Entre a fração molar de tolueno de 0,84 e a de 0,16, há 
quatro equilíbrios líquido-vapor, representados pelos 
quatro degraus no diagrama. Um dos equilíbrios ocorre no 
balão de destilação, sobrando três para a coluna, que, 
portanto, tem três pratos teóricos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
120
140
160
180
200
220
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
T
/
o
C
 
xdodecano 
75
80
85
90
95
100
105
110
115
0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
T
/
o
C
 
xtolueno 
3 
 
5.a) fenol 
 
b) 181,87 
o
C 
 
c) azeótropo 
 
 
6. 
 
 
 
 
a) azeótropo 
 
b) 87,5 
o
C 
 
c) água 
 
 
7. a) Ko = 1,053 
b) Go = -0,14 kJ mol-1 
c) G = 4,06 kJ mol-1; sentido de formação de ácido L-
glutâmico 
 
 
8. Leituras do gráfico: 
pressão de vapor de C4H9OH puro: 
butP
 0,539 bar 
constante de Henry de C4H9OH: 
butK
 0,327 bar 
pressão de vapor de C2H4(NH2)2 pura: 
etaP
 0,594 bar 
constante de Henry de C2H4(NH2)2: 
etaK
 0,166 bar 
 
para a fração molar de C4H9OH de 0,70: 
pressão de vapor de C4H9OH (Raoult): 
RbutP
 0,377 bar 
pressão de vapor de C4H9OH: 
butP
 0,327 bar 
pressão de vapor de C4H9OH (Henry): 
HbutP
 0,229 bar 
178
180
182
184
186
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
T
/
o
C
 
xbenzaldeído 
84
88
92
96
100
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
T
/
o
C
 
 
xágua 
4 
 
pressão de vapor de C2H4(NH2)2 (Raoult): 
RetaP
 0,178 bar 
pressão de vapor de C2H4(NH2)2: 
etaP
 0,120 bar 
pressão de vapor de C2H4(NH2)2 (Henry): 
HetaP
 0,050 bar 
 
a) 
Rbut
 0,867 
Reta
 0,673 
b) 
Hbut
 1,427 
Heta
 2,405 
 
 
 
 
9. 
 
 
 
 
Ho = 0,505 kJ mol-1 
 
So = -13,73 J mol-1 K-1 
 
 
 
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
P
v
a
p
/
b
a
r
 
x1-butanol 
-1,88
-1,87
-1,86
-1,85
-1,84
3,1 3,3 3,5 3,7
l
n
 
K
 
T-1/10-3 K-1 

butP
 
etaK
 

etaP
 
butK
 
R
butP
 
butP
 
H
butP
 
R
Peta
 
etaP
 
H
etaP