Lista FÍSICO-QUÍMICA

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Lista 01 QF 331
01) Em uma transformação termodinâmica sofrida por uma amostra de gás ideal, o volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir, enquanto a pressão se mantém igual a 20 N/m2. Sabendo-se que nessa transformação o gás absorve 250 J de calor, calcule variação de sua energia interna. 
 Resp.: 150 J.
02) Um mol de um gás ideal sofre a transformação termodinâmica cíclica ABCA representada no gráfico P x V. No trecho AB a transformação é isotérmica. Calcule a pressão no ponto A e os valores de trabalho nos trecho AB, BC e CA. 
Resp.: PA = 0,1 x 105/N2; wAB = q (transformação isotérmica) = n.R.T.ln(0,50/0,10); wBC = -2,0 x 104 J; wCA = 0 J.
03) Certa máquina térmica recebe 500 J de calor e realiza um trabalho de 125 cal. Sendo 1 cal ~ 4 J. A máquina contraria a primeira lei da Termodinâmica, que trata sobre a conservação da energia? 
Resp.: O trabalho de 125 cal corresponde a 500 J (125 cal x 4J = 500 J), logo, toda a energia recebida pela máquina é convertida em trabalho. Isso não contraria a primeira lei da Termodinâmica, que prevê esse tipo de situação para uma transformação isotérmica.
04) Uma máquina térmica opera segundo o ciclo JKLMJ mostrado no diagrama T-S da figura. Qual o trabalho em um Ciclo? 
 Resp.: w = (T2 - T1)(S2 - T1)
05) Um motor de Carnot cujo reservatório à baixa temperatura está a 7,0 oC apresenta um rendimento de 30%. Qual a variação de temperatura, em Kelvin, da fonte quente a fim de aumentarmos seu rendimento para 50%? Resp.: ΔT = 160 K.
06) Um mol de gás ideal monoatômico, inicialmente ocupando um volume de 10 L e à temperatura de 300 K, é aquecido a volume constante até a temperatura de 600 K, expande isotermicamente até atingir a pressão inicial e finalmente é comprimido isobaricamente (à pressão constante), retornando ao volume, pressão e temperatura originais. (a) Calcule o calor absorvido pelo sistema durante um ciclo; (b) Qual o trabalho realizado pelo gás durante um ciclo? (c) Qual a eficiência deste ciclo? . 
Resp.: q = 3.741,3 J; w = 963,5 J; ε = 0,13
07) Considere um gás ideal que ocupa 2,25 L a 1,33 bar. Calcule o trabalho necessário para comprimir o gás isotermicamente para um volume de 1,50 L a pressão constante de 2,00 bar seguido por outra compressão isotérmica para 0,800 L a pressão constante de 3,75 bar. Faça o desenho desse processo, compare o resultado com o trabalho de comprir isotermicamente e reversivelmente o gás de 2,25 para 0,800 L . Resp.: Para o processo em duas etapas: w1 = 150 J e w2 = 263 J. O trabalho total é igual a +413 J. Para o processo reversível, w = 309 J.
08) Um mol de um gás monoatômico inicialmente a pressão de 2,00 bar e a 273 K é levado a pressão final de 4,00 bar por um caminho reversível devinido por P.V constante. Calcule os valores de ΔU, ΔH, q e w. Resp.: ΔU = 10,2 kJ ; ΔH = 17,0 kJ ; q = 13,6 kJ e w = -3,40 kJ.
09) Calcule o trabalho envolvido quando um mol de um gás monoatômico ideal a 298 K sobre expansão reversível e adiabática de 1,00 para 5,00 bar. Resp.: w = -900 J
10) Uma quantidade de metano a 298 K é comprimida reversivelmente e adiabaticamente de 50 para 200 bar. Assumindo comportamento ideal, calcule a temperatura final (em K) do gás. Assuma que Cvmolar é igual a 3R. Resp.: T2 = 421 K
11) Um mol de etano a 25 oC e 1,0 atm é aquecido a 1.200 oC a pressão constante. Assumindo comportamento ideal, (a) calcule os valores de w, q, ΔU e ΔH dado que a capacidade calorífica molar do etano, Cp é: 0,06436 + (2,137 x 10-2 K-1)T - (8,263 x 10-6 K-2)T2 + (1,024 x 10-9 K-3)T3, sobre a faixa de temperatura acima. (b) Repita o cálculo para o processo com volume constante. 
Resp.: (a) w = -9,8 kJ/mol ; q = -122,9 kJ/mol ; ΔU = 113,1 kJ/mol e ΔH = 122,9 kJ/mol 
(b) w = 0 kJ/mol ; q = 113,1 kJ/mol ; ΔU = 113,1 kJ/mol e ΔH = 122,9 kJ/mol
12) O valor de ΔrHo a 25 oC e um bar é +290,8 kJ para a reação: 2 ZnO(s) + 2 S(s) → 2 ZnS(s) + O2(g). Assumindo comportamento ideal, calcule o valor de ΔrUo para essa reação. Resp.: ΔrUo = 288,3 kJ
13) Calcule a entropia padrão de formação do CO2(g). Dado as entropias do CO2(g), C(s) e O2(g), que são 213,6; 5,740 e 205,0 J/K, respectivamente.  Resp.: Sof = 2,86 J/K.
14) Um motor operando entre 150 e 25 oC retira 500 J de calor do reservatório de temperatura mais alta. Assumindo que não há perdas por atrito, calcule o trabalho que pode ser feito por este motor. Resp.: w = 147,75 J
15) Calcule a variação de entropia da evaporação de 1 mol de água a 100 oC. Calor latente de evaporação da água é: 9,650 cal/mol. Resp.: ΔS = 25,87 cal/K.mol
16) Calcule o aumento na entropia quando 1,0 g de gelo a 0 oC derrete e forma água. Calor latente de fusão do gelo = 80 calorias. Resp.: ΔS = 5,274 cal/K.mol
17) Calcule a mudança de entropia envolvida na expansão termodinâmica de 2 mols de um gás de um volume de 5 L para um volume de 50 L a 303 K. Resp.: ΔS = 38,29 J/K
18) Calcule a mudança de entropia quando 2 mols de um gás ideal são permitidos expandir isotermicamente a 293 K a partir de uma pressão de 10 atm até uma pressão de 2 atm. Resp.: ΔS = 26,76 J/K
19) Calcule a mudança de entropia quando 1 mol de etanol é evaporado a 351 K. O calor molar de vaporização do etanol é de 39,84 kJ/mol. Resp.: ΔvS = 113,5 J/K.mol
20) 30,4 kJ são necessários para derreter um mol de cloreto de sódio. A variação da entropia durante a fusão é de 28,4 J/K.mol. Calcule o ponto de fusão do cloreto de sódio. Resp.: Tf = 1.070,4 K
21) Calcule a variação da entropia pra uma expansão isotérmica de um gás ideal quando 1,00 mol do gás tem seu volume duplicado. Resp.: +5,76 J.K-1
22) Calcule a variação da entropia na vizinhança quando 1,00 mol de N2O4(g) é formado a partir de 2,00 mols de NO2(g) a 298 K. Resp.: -192 J.K-1
23) A variação na energia interna molar quando CaCo3(s) como calcita converte-se em outra forma, a aragonita, é + 0,21 kJ.mol-1. Calcule a diferença entre a entalpia molar e a energia interna quando a pressão é de 1,0 bar. Dados: densidades dos polimorfos são 2,71 g.cm-3 e 2,93 g.cm-3, respectivamente. Resp.: -0,28 Pa.m3.mol-1
24) Calcule a diferença entre ΔH e ΔaU quando 1,0 mol de Sn(s, cinza) de densidade de 5,75 g.cm-3 muda para Sn (s, branco) de densidade de 7,31 g.cm-3 a 10,0 bar. A 298 k, ΔH = + 2,1 kJ. Resp.: ΔH - ΔU = -4,4 J