Lista 1 Primeira lei da Termodinâmica.docx

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Princípios de Físico-Química
Lista de exercícios 2
Profa.Cristiane Javorsky
Exercícios sobre primeira lei
O volume de um gás aumenta de 2L até 6l, a temperatura constante. Calcule o trabalho feito pelo gás se ele se expandir (a) contra o vácuo e (b) contra uma pressão externa constante de 1,2 atm. (1 atm = 101325 Pa)
w = -P. ΔV
1Pa.m3= 1J 1atm.L = 101,3 J
Um gás sofre uma expansão a temperatura constante, de 264 mL até 971 mL. Calcule o trabalho realizado pelo gás se ele se expandir contra um pressão externa constante de 4 atm. ( w = -P. ΔV)
 O trabalho feito quando um gás é comprimido num cilindro é 462 j. Durante o processo transfere-se uma quantidade de calor igual a 128 J para o exterior. Calcular a variação de energia interna para este processo. (Dica: ΔU = q + w)
Um mol de gás ideal é expandido de 10 L e 0oC para 20 L e 100 oC. Considerando Cv,m= 20 J.mol-1.K-1, calcule ΔU, q e w para cada um dos seguintes passos alternativos em que esta expansão se pode efetuar:
Expansão isotérmica e reversível a 0 oC de 10 L para 20 L, seguida de aquecimento a volume constante até 100 oC;
Aquecimento de 10 L a volume constante até 100 oC, seguido de uma expansão isotérmica reversível a 100 oC até 20 L.
Solução:
Para uma melhor compreensão do processo que está submetido este gás, podemos representá-lo em um gráfico P versusV:
Os caminhos indicados no item (a) correspondem ao caminho 1 → 2, ou seja o gás se expandiu sem mudar sua temperatura .Estamos percorrendo a isoterma correspondente a 273 K. A segui o gás é aquecido até 373 K sem mudar seu volume isto corresponde ao caminho 2 → 3. No item (b) a transformação que o gás sofre corresponde ao caminho 1 →4, ou seja, o gás aumenta sua temperatura para 373 K sem variar o volume. A seguir ele se expande até alcançar um volume de 20 L mas agora sem mudar sua temperatura, isto corresponde ao caminho 3 → 4.
Agora vamos aos cálculos:
Dica: A variação de energia interna de um gás perfeito numa expansão isotérmica é sempre igual a zero.
ΔU do caminho 1 → 2 = 0 ou podemos representar assim : 
ΔU12 = 0
O trabalho realizado no caminho 1 → 2 é 
 w12= - nRTln(Vf/Vi) 
então
w12 = ?
ΔU12 = q12 + w12 q12= ΔU12 – w12 q12= ?
___________________________________________________________
ΔU do caminho 2 → 3 = n.Cv.ΔT ou ΔU 23 = n.Cv.ΔT 
então
ΔU23 = ?
w23 = 0 (volume constante)
q23 é calor a volume constante portanto igual a ΔU23
então 
q23 = ?
______________________________________________________________
Agora faça para o item (b): 
Caminho: 1→4 - o gás aumenta a temperatura sem mudar de volume
ΔU14 = 
w14 =?
q14 =?
Caminho 4→3: o gás muda de volume sem mudar a temperatura
ΔU43 = ?
w43 =?
q43 =?
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Dois mols de um gás para o qual Cp = 40 J.mol-1.K-1 são aquecidos de 300 a 400 K, (a) a pressão constante; (b) a volume constante. Calcular para cada caso (i) ΔU; (ii) ΔH; (iii) o trabalho; (iv) o calor.
Lembre que:
 ΔU = n Cv. ΔT
ΔH = n Cp. ΔT
Cp – Cp = R (R = 8,314 J.mol-1.K-1)
ΔU = q + w
Dica: Calor medido a pressão constante é igual a variação de entalpia e calor medido a volume constante é igual a variação de energia interna.
Numa experiência para determinar um valor exato da constante dos gases perfeitos, R, um estudante aqueceu um vaso de 20,000 L, cheio com 0,25132 g de hélio gasoso, a 500 oC, e mediu a pressão em um manômetro de água, a 25 oC, encontrando 206,402 cm de água. A densidade da água, a 25 oC, é 0,99707 gcm-3. Calcule o valor de R a partir destes dados.
Calcule o trabalho de expansão que é feito durante a eletrólise de 50g de água, a pressão constante e a 25 oC. A reação química correspondente à eletrólise da água é dada pela seguinte equação química: 
H2O(l) → H2(g) + ½O2(g)
A capacidade calorífica molar, a pressão constante, de um gás perfeito varia com a temperatura de acordo com a expressão:
Cp(J.K-1) = 20,17+0,4001T.
Calcule q, w, ∆U e ∆H, quando a temperatura é elevada de O oC a 100 oC (a) a pressão constante e (b) a volume constante.
Uma amostra de dióxido de carbono, com 2,45 g, a 27 oC, se expande reversivelmente e adiabaticamente de 500 mL até 3,00 L. Qual o trabalho feito pelo gás? CP,m= 37,11 JK-1mol-1
O gráfico abaixo mostra a evolução de um gás ideal sob pressão constante de 10 N/m², desde o estado inicial A, até o estado final B.
Durante esse processo, o gás cede 1,0 kJ de calor para o ambiente. Calcule o trabalho realizado sobre o gás, e a variação de sua energia interna.
Determinado gás passa por 3 estágios. No primeiro estágio estava sob uma pressão de 10N/m2 e ocupando um volume de 0,1 m, após isto teve um aumento de sua pressão para 30N/m2. No último estágio sua pressão continuou a mesma e o seu volume aumentou para 0,2m3. Com estas informações esboce o gráfico (PxV) e determine o trabalho realizado em joules nas transformações: 
a) A para B; 
b) B para C; 
c) ABC
Quantos kJ are necessarios para aquecer 45.0 g of H2O a 25.0 °C até a ebulição?
Um mol de nitrobenzeno (C6H5NO2) é vaporizado a 210 oC e pressão de 1 atm. O calor de vaporização a pressão constante é 9.730 cal/mol. Calcule q, w, ΔU, ΔH. Considere o nitrobenzeno um gás ideal (PV = nRT) e lembre que o volume do gás, V(g), é muito maior que o volume do líquido, V(l) e que, portanto ΔV = V(g) - V(l) ~ V(g).
Um pedaço de zinco de 5,0 g é lançado num béquer com ácido clorídrico diluído. Calcular o trabalho realizado pelo sistema em consequência da reação. A pressão atmosférica é de 1,1 atm e a temperatura de 23 oC .
 massa molar do Zn = 65,39 g
Um calorímetro foi calibrado utilizando-se uma amostra de 0,325 g de ácido benzóico, o qual durante a queima liberou uma quantidade de calor de 6316 cal/g e produziu uma variação de temperatura de 1,48 oC. Uma amostra de 0,69 g de gasolina foi oxidada neste calorímetro, resultando numa variação de temperatura de 4, 89 oC. Qual é o calor de combustão para um mol de gasolina a volume constante ? E a pressão constante ? (Suponha a gasolina constituída exclusivamente por octano (C8H18(l)) mol = 114 g). A reação de combustão é:
A ribose é um carboidrato, constituída por cinco átomos de carbono, dez de hidrogênio e cinco de oxigênio (C5H10O5) é comumente utilizada durante a atividade física como complemento para estimular a imediata produção de ATP pelas células musculares, permitindo aos músculos continuarem a trabalhar de forma otimizada. Uma amostra de 0,727 g de D-ribose foi posta em uma bomba calorimétrica (operando a volume constante) e queimada na presença de oxigênio em excesso. A temperatura sofreu uma elevação de 0,910 K. 
Numa outra experiência, no mesmo calorímetro, a combustão de 0,825 g de ácido benzoico, cuja energia interna de combustão é 3251 kJ.mol-1, provocou uma elevação de temperatura de 1,940 K. Calcule a energia interna de combustão, a entalpia de combustão e a entalpia de formação da D-ribose.
A reação de combustão é:
Dados:
Massa molar da D-ribose: 153,13 g Massa molar da ácido benzoico:122,12 g
O óxido de alumínio,Al2O3 ,é um composto estável,o que é evidenciado pelo fato do alumínio metálico reduzir a maior parte dos óxidos metálicos ao respectivo metal,como é ilustrado pela equação química
2 Al(s)+Fe2O3 (s) →Al2O3 (s)+2 Fe(s)
A partir das seguintes informações:
2 Al (s)+3/2O2 (g) →Al2O3 (s) .ΔH0 =–1675,7 kJ
4Fe(s)+3O2 (g) →2 Fe2 O3 (s) ΔH0 =–1648,4 kJ
calcule, aplicando a lei de Hess,a variação de entalpia padrão, ΔH0, da reação que traduz a redução do óxido de ferro, Fe2O3 (s), a ferro, Fe(s), pelo alumínio,Al (s). Calcule a variação de entalpia padrão, ΔH0 desta reação se a mesma ocorrer a 600 K. Apresente todas as etapas de resolução. Dados:
	Substância
	Al(s)
	Fe(s)
	O2(g)
	Fe2O3(s)
	Al2O3(s)
	Cp(J.K-1.mol-1)
	24,35
	25,10
	29,35
	103.85
	79,04
Determine o calor liberado na queimado metanol a 350 C. A reação de combustão é
Dados:
	Substância
	CH3OH(l)
	O2(g)
	H2O(l)
	CO2(g)
	ΔHo298(kJ.mol-1)
	- 238,66
	0
	- 241,84
	- 393,51
	Cp0(J.mol-1.K-1)
	81,6
	29,36
	33,56
	37,13