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Departamento de F´ısico-Qu´ımica - IQ - Ufrgs QUI03309 - F´ısico-Qu´ımica I B Exerc´ıcios de Termoqu´ımica Professor Maximiliano Segala Porto Alegre 13 de Abril de 2018 1 Teo´ricas 1. O calor associado a uma reac¸a˜o fica de- finido exclusivamente pela reac¸a˜o? Por queˆ? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.1. 2. O que e´ a Entalpia Padra˜o de Reac¸a˜o? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.1. 3. Em quais circunstaˆncias o calor de uma reac¸a˜o associa-se a uma variac¸a˜o de ental- pia? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.2. 4. Como e´ determinada a Entalpia de Com- busta˜o? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.3. 5. Explique o funcionamento de um ca- lor´ımetro. Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.3. 6. Qual a relac¸a˜o entre o calor de reac¸a˜o e a variac¸a˜o de energia interna na reac¸a˜o? Resposta: Pilla 1 Sec¸o˜es 6.3 e 6.4. 7. O que e´ a Lei de Hess? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.5. 8. Como varia a entalpia de reac¸a˜o em func¸a˜o da temperatura? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.17. 9. O que e´ a capacidade calor´ıfica me´dia? Resposta: Pilla 1 Sec¸a˜o 6.17. 10. Como e´ poss´ıvel interpretar a Lei de Kir- chhoff? Resposta: Pilla 1 Sec¸o˜es 6.17, 6.18 e 6.19. 2 Ca´lculos 1. Usando o ciclo de Born-Haber, determine a entalpia de solvatac¸a˜o de ı´on Mg2+ em a´gua a partir dos seguintes dados: • 1o potencial de ionizac¸a˜o do Mg: 7,646 eV (1 eV = 96,485 kJ·mol−1). • 2o potencial de ionizac¸a˜o do Mg: 15,03 eV. • Afinidade eletroˆnica do Cl(g): 3,78 eV. • entalpia de sublimac¸a˜o do Mg: 167,2 kJ·mol−1. • entalpia de dissociac¸a˜o do Cl2(g): 241,6 kJ·mol−1. • entalpia de hidratac¸a˜o do Cl−(g): 383,7 kJ·mol−1. • entalpia de formac¸a˜o do MgCl2(s): −639,5 kJ·mol−1. • entalpia de soluc¸a˜o do MgCl2(g): −150,5 kJ·mol−1. Resposta: ∆solv.H = −1890,3 kJ·mol−1. 2. Calcule a temperatura ma´xima de chama quando o metano e´ queimado a pressa˜o constante com a quantidade teo´rica de ar, tendo uma temperatura inicial de 25 oC. (a) Admita que somente 80% do metano reagiu. (∆H¯ 298 = −165,2 kcal·mol−1) (b) Qual a ma´xima temperatura de chama se o ar e o metano sa˜o aque- cidos a 200 oC antes de queimar? 1 CH4(g) + 2O2(g) ⇀↽ CO2(g) + 2H2O(g) (1) CH4(g) : C¯p = 7,5 + 0,005 · T (2) O2(g) : C¯p = 6,5 + 0,001 · T (3) N2(g) : C¯p = 6,5 + 0,001 · T (4) H2O : C¯p = 8,15 + 0,0005 · T (5) CO2 : C¯p = 7,7 + 0,005 · T (6) Os valores de C¯p sa˜o em cal·grau−1mol−1. Resposta: (a) T = 1763 K; (b) T = 1900 K. 3. A Reac¸a˜o 7 tem um ∆H¯ 298 = −58,04 kcal·mol−1 e pode-se conside- rar o C¯p me´dio para todos os gases como sendo 7 cal·grau−1mol−1. H2(g) + 1/2O2(g) ⇀↽ H2O(g) (7) (a) Calcule a temperatura de explosa˜o para a reac¸a˜o de H2 em presenc¸a de ar numa bomba calorime´trica cuja temperatura e´ de 298 K e a pressa˜o de 1 atm. (b) Determine a pressa˜o final do sistema assumindo o comportamento do ga´s como sendo perfeito. Resposta: (a) T = 4147,6 K; (b) P = 11,9 atm. 4. A entalpia padra˜o de formac¸a˜o do com- posto sandu´ıche cromo-bis-benzeno, sendo que os benzenos cobrem o a´tomo de cromo, foi medido num calor´ımetro. A variac¸a˜o de energia interna para a reac¸a˜o vale 8,0 kJ·mol−1 a 583 K. Cr(C6H6)2(c) ⇀↽ Cr(c) + 2C6H6(g) (8) Encontre ∆H¯ para a reac¸a˜o e estime a entalpia molar de formac¸a˜o do composto sandu´ıche nesta temperatura. Dados: ∆fH¯ ((C6H6)2, l, 298 K) = 48,99 kJ·mol−1; ∆vH¯ (C6H6) = 30,8 kJ·mol−1; C¯p ((C6H6)2, l) = 82 JK −1·mol−1; C¯p ((C6H6)2, g) = 28 JK −1·mol−1; Tv (C6H6) = 353 K. Resposta: ∆H0583 = 17,7 kJ·mol−1; ∆formac¸a˜oH = 164 kJ·mol−1. 2
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