Lista de exercício referente a aulo 01

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FÍSICO-QUÍMICA II 
Prof. Ronaldo Costa 
 
1ª LISTA DE EXERCICIO 2016.1 
 
1a Questão: Uma reação química reversível ou, mais simplesmente, uma 
reação reversível é uma reação química que pode ocorrer no sentido nas 
quais reagentes se transformam em produtos. A partir da desigualdade de 
Clausius, TdS  dQ, estime a equação geral de equilíbrio e 
espontaneidade: 
- dU – PdV - dWa + TdS  0 
 
2a Questão: Restringindo o estudo a sistemas que produzem apenas 
trabalhos de expansão, deduza as equações fundamentais da 
termodinâmica: 
dH = TdS + VdP; dA = - SdT – PdV ; dG = VdP – SdT 
 
3a Questão: Discuta se a partir das afirmações pode-se afirmar se o 
processo é espontâneo ou não: 
I – Um processo endotérmico, isobárico e isocórico; 
II - Um processo isobárico e isoentrópico em que a variação de energia interna é 
negativa; 
III – Um processo adiabático e isocórico no qual a entropia aumenta; 
IV – Um processo isoentrópico, isobárico e exotérmico. 
 
4a Questão: Calcule a variação da energia de Helmholtz no ciclo de Carnot 
na etapa III para IV considerando um gás ideal. 
 
 
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5a Questão: A partir das equações fundamentais da termodinâmica, 
deduza as relações de Maxwell: 
(T/V)s = -(P/S)v 
(T/ P)s = (V/S)p 
( S/V)t = (P/T)v 
(V/T)p = -(S/P)t 
 
6a Questão: O efeito Joule-Thomson descreve a variação de temperatura 
de um gás ou líquido quando ele é forçado a passar através de uma 
válvula ou tampão poroso, enquanto mantido isolado, de modo que 
nenhum calor seja trocado com o meio ambiente. A taxa de variação da 
temperatura T em relação à pressão P em um processo de Joule-Thomson 
(isto é, à entalpia constante H) é o coeficiente de Joule-Thomson JT. 
 
Utilizando as relações de Maxwell, determine JT para um gás ideal. 
 
7a Questão: Usando a equação de van der Waals juntamente com a 
equação de estado termodinâmica, avalie (U/V)t para um gás de van der 
Walls. 
 
8a Questão: Integrando a diferencial total dU para o gás de van der Waals, 
mostre que se Cv é constante, U = U’+ CvT – na/V, onde U’é uma constante 
de integração. 
 
 
 
 
 
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9a Questão: Calcule U para a expansão isotérmica de um mol de um gás 
de van der Waals, de 20 dm3/mol a 80 dm3/mol, para os seguintes 
compostos: CO2, H2O, Hg e N2. Justifique quimicamente as diferenças 
entre os valores de U calculados (em J/mol). 
Obs: 
Composto a (m6.Pa.mol-2) 
CO2 0,366 
H2O 0,580 
Hg 0,820 
N2 0,141 
1 Pa.m3 = 1J 
 
10a Questão: Encontre o valor de ( S/V)t para um gás de van der Waals. 
 
11a Questão: Deduza a expressão para a variação de entropia numa 
expansão isotérmica de um mol de um gás de van der Waals de V1 para V2. 
 
12a Questão: Como primeira aproximação, o fator de compressibilidade 
de um gás de van der Waals é dado por: 
(PVm/RT) = 1 + (b – a/RT).p/RT 
A partir dessa expressão e da equação de estado termodinâmico mostre 
que (H/P)T = b – (2a/RT). 
 
13a Questão: Devido a sua queima extremamente exotérmica, o acetileno 
é usado em larga escala na solda autogênica (solda oxiacetilênica), no 
corte de metais por maçarico, na fabricação de objetos de vidro e em 
diversos processos que requeiram altas temperaturas. Para a reação de 
combustão do acetileno: 
a) Calcule os valores de entalpia e entropia padrão da reação; 
b) Calcule o calor da energia de Gibbs padrão da reação na temperatura 
de 25o C. 
 
 Ho (KJ/mol) So (J.K-1.mol-1) 
C2H2 (g) 228 200,8 
O2 (g) 205,0 
CO2 (g) -393,5 213,6 
H2O (g) -241,8 188,7 
 
 
 
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14a Questão: A dissolução do nitrato de amônio é uma reação 
espontânea? Se sim, ela é favorecida entrópica ou entalpicamente? 
Obs: 
Analise nas temperaturas de 25o e 50o C. 
 
 Ho (Kj/mol) So (J.K.mol-1) 
NH4
+
(aq) -132,51 113,4 
NO3
-
(aq) -205,0 146,6 
NH4NO3(s) -365,56 151,08 
 
 
15a Questão: Combustão ou queima é uma reação química exotérmica 
entre uma substância (o combustível) e um gás (o comburente), 
geralmente o oxigênio. 
Verifique a espontaneidade da reação de combustão completa do carbono 
grafite. 
 
16a Questão: Como primeira aproximação, o fator de compressibilidade 
de um gás de van der Waals é dado por: (PVm/RT) = 1 + (b – a/RT).p/RT, 
mostre que para o gás de van der Waals (S/P)T = – (R/P + a/(RT
2). 
 
17a Questão: Calcule o H e S para um aumento isotérmico de um gás 
de Po para P, assumindo um comportamento de van der Waals. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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RESPOSTAS 
 
1a Questão: 
- dU – PdV - dWa + TdS  0 
 
2a Questão: 
dH = TdS + VdP; 
dA = - SdT - PdV; 
dG = VdP – SdT 
 
3a Questão: 
I – Sem informações sobre a energia interna impossível fazer qualquer afirmação; 
II – Sem informações sobre a variação de volume impossível fazer qualquer afirmação; 
III - Espontâneo; 
IV – Espontâneo. 
 
4a Questão: 
A = -n.R.T. ln (Vf/Vi) 
 
5a Questão: 
(T/V)s = -(P/S)v 
(T/ P)s = (V/S)p 
( S/V)t = (P/T)v 
(V/T)p = -(S/P)t 
 
6a Questão: 
JT.= 0 
 
7a Questão: 
(U/V)T = a / Vm
2 
 
8a Questão: 
U = U’+ CvT – na/V 
 
9a Questão: 
Composto U (J/mol) Tipo de interação 
CO2 13,72 
Intermolecular dipolo induzido – dipolo 
induzido 
H2O 21,75 Intermolecular ligação de H 
Hg 30,75 Ligação metálica 
N2 5,29 
Intermolecular dipolo induzido – dipolo 
induzido 
 
10a Questão: 
(S/V)T = R / (Vm – b) 
 
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11a Questão: 
S = R.ln [(V2-b)/(V1-b)] 
 
12a Questão: 
(H/P)T = b – (2a/RT). 
 
13a Questão: 
a) So = -97,4 J/K.mol b) Go = -1227,8 KJ/mol 
 
14a Questão: 
 
T (K) Go (Kj/mol) 
298 -4,2 
323 -6,9 
 
15a Questão: 
Go = -394,4 KJ/mol 
 
16a Questão: 
(S/P)T = – (R/P + a/(RT
2). 
 
17a Questão: 
H = P.b – (2a/RT). P 
S = -R.ln P/Po - (a/RT2) . P