Prova com Gab - 1ºEE

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Química Geral 1 – 2013.1 – Primeiro Exercício – 20/06/2013 
 
GABARITO 
 
01. Uma peça de cobre de massa 19,0 g foi aquecida até 87,4 0C e então colocada em 
um calorímetro que continha 55,5 g de água a 18,3 0C. A temperatura da água 
aumentou para 20,4 0C. Determine a capacidade calorífica específica do cobre em 
J.°C-1.g-1. 
RESPOSTA: 
Para o cobre: m(Cu) = 19,0 g e Ti = 87,4 0C 
Para a água: m(H2O) = 55,5 g; Ti = 18,3 0C e Cs(H2O) = 4,184 J g-1 0C-1 
Para o cobre e a água: Tf = 20,4 0C 
O cobre cede calor para água no calorímetro pois Ti,Cu > Ti,H2O 
Qrecebido + Qcedido = 0 
-Qcedido = Qrecebido 
-mCuCCu(∆T) = mH2OCH2O(∆T) 
 
 
02. a) Calcule o trabalho que deve ser realizado a 298 K e 1 atm para a produção de 
CO2(g) e H2O(l) na combustão de 1 mol de cicloexano, C6H12(l). b) A partir de 
dados tabelados calcule a entalpia-padrão da reação. c) Calcule a variação da 
energia interna (∆U0) do sistema. Considerar todos os gases como ideais. 
RESPOSTA: 
a) O trabalho é devido à variação do número de mols de gases no processo, o que 
gera uma variação do volume: 
C6H12(l) + 9 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l) 
 
 
 
Variação de volume para 1 mol de cicloexano: 
L
atm
KKmolatmLmol
P
RTnV
RTnVP
30,73
1
298..082,0)96( 11
−=
××−
=
×∆
=∆
×∆=∆×
−−
 
KJ
Latm
JLatmLatmVPw ext 4.7
.1
325,101
.30,73)30,73(1 =





×=−×−=∆×−= 
b) Entalpia-padrão (para um mol de ciclohexano): 
[ ] [ ]
111
222
64,39194,15604,4076
))((9))(126(1))((6))((6
)()(
−−−
−=+−=∆
∆+∆×−∆×+∆×=∆
∆−∆=∆ ∑ ∑
kJmolkJmolkJmolH
gOHlHCHlOHHgCOHH
reagentesHnprodutosHnH
o
r
o
f
o
f
o
f
o
f
o
r
o
f
o
f
o
r
 
c) Variação de energia interna com variação de volume é a soma da variação da 
entalpia com o trabalho realizado: 
kJU
kJkJU
24,3912
)4,7(64,3919
0
0
−=∆
+−=∆
 
 
03. As entalpias-padrão de combustão da grafita e do diamante são –393,51 kJ/mol e –
395,41 kJ/mol, respectivamente. A partir destes dados, calcule a variação de 
entalpia-padrão molar da transição grafita → diamante. 
RESPOSTA: 
C(gr) + O2(g) → CO2(g) ∆H °= − 393,51 kJ 
CO2(g) → C(dia) + O2(g) ∆H °= + 395,41 kJ 
C(gr) → C(dia) ∆H °= + 1,90 kJ 
 
04. Calcule as variações de entropia do sistema, das vizinhanças e a variação total de 
entropia quando uma amostra de 14 g de nitrogênio gasoso, a 298 K e 1 bar, duplica 
seu volume seguindo dois caminhos diferentes: a) Expansão Isotérmica Reversível; 
b) Expansão Isotérmica Livre Irreversível. 
RESPOSTA: 
a) Para o cálculo da variação de entropia na expansão isotérmica, utiliza-se: ∆S = 
nRln(Vf/Vi) = 14/28 x 8,314 x ln(2Vi/Vi) = +2,88 J/K. Como o processo é 
reversível, tem-se que a variação de entropia total é zero e que a variação de 
entropia da vizinhança é, por conseqüência, -2,88 J/K. 
b) Como os parâmetros para o sistema são os mesmos nos dois caminhos, 
∆Ssistema será o mesmo (pois é função de estado): +2,88J/K. Neste caso, a 
vizinhança é o vácuo e, numa expansão livre não há trabalho sendo realizado. 
Como ∆U é zero (função de estado), o calor também será zero. E assim 
∆Svizinhança é zero. Desta forma: ∆ST = ∆Ssistema + ∆Svizinhança = 2,88 + 0 
= + 2,88 J/K, processo espontâneo. 
 
05. O aquecimento dos ácidos orgânicos pode levar à descarboxilação (perda de CO2). 
Por exemplo, o ácido acético pode descarboxilar segundo a reação abaixo: 
 
CH3COOH(l) → CO2(g) + CH4(g) 
 
a) Calcule a temperatura na qual ocorre a descarboxilação espontânea do ácido 
acético. 
b) Qual é a força motriz desta reação, a variação de entropia ou a variação de 
entalpia? Justifique sua resposta. 
RESPOSTA: 
a) A temperatura da descarboxilação é a temperatura na qual a reação se torna espontânea, 
ou seja, ∆G°r =0. Assim, precisamos calcular ∆H°r e ∆S°r: 
∆H°r = ∆H°f (CH4,g) + ∆H°f (CO2,g) − ∆H°f (CH3COOH,l) 
= ( −74.81 kJ.mol−1) + ( −393.51 kJ�mol−1) − ( −484.5 kJ.mol−1) 
= +16.18 kJ.mol−1 
∆S°r = S°m (CH4,g) + S°(CO2,g) − [S°m (CH3COOH,l)] 
= 186.26 J.K−1.mol−1 + 213.74 J.K−1.mol−1 − [ 159.8 J.K−1.mol−1] 
= +240.2 J.K−1.mol−1 
Na temperatura na qual a reação se torna espontânea: 
∆G°r = ∆H°r − T ∆S°r = 0: ∆G°r = 16.18 × 103 J.mol−1 –T (240.2 J.K−1.mol−1) = 
0 � T = 67.36 K 
b) A temperatura obtida é bem abaixo da temperatura ambiente, indicando que o ácido 
acético é termodinamicamente instável com relação à decomposição para produzir 
CO2(g). Comparando os valores dos temos ∆H°r e T ∆S°r, notamos que a força motriz 
da reação é o aumento de entropia associado à produção do gás, suficiente para 
compensar o aumento de entalpia (reação endotérmica). 
 
 
Dados: Massas molares: C= 12,0 g/mol; H= 1,0 g/mol; O = 16,0 g/mol; N = 14,0 g/mol, Cu = 
63,5 g/mol. Densidade: Água = 1,00 g.cm-3. -1 -1 -1 -1R =8,314 J mol K = 0,082 Latm mol K , F = 
9,65 x 104 C mol–1; 1 bar ≈1 atm; 1 atm = 1,01325 x 105 Pa; 1 Torr = 133,3 Pa; 1 atm = 760 
Torr; 1 L.atm = 101,325 J; 1 cal = 4,184 J; 1 L = 10-3 m3; 1 C = 1 A. s; 1 J = 1 C. V 
Capacidades caloríficas específicas para gases: Moléculas Monoatômicas: Cv, m = 3/2 R; Cp,m = 
5/2 R; Moléculas Poliatôm. lin.: Cv, m = 5/2 R; Cp,m = 7/2 R; Moléculas Poliatôm. não-lin: Cv, m = 
3 R; Cp,m = 4 R 
∆H° fusão para a água = 6,01 kJ.mol-1; ∆H° vaporização para a água = 44,01 kJ.mol-1 
 
Dados termodinâmicos a 298K: 
Substância ( )10 molkJ −∆ fH ( )110 molKJ −−mS ( )10 molkJ −∆ fG ( )11, molKJ −−mpC 
H2O (l) -285,83 69,91 -237,13 75,29 
H2O (g) -241,82 188,83 -228,57 33,58 
C (grafita) 0 5,740 0 8,53 
N2 (g) 0 191,61 0 29,12 
H2 (g) 0 130,68 0 28,82 
O2 (g) 0 205,14 0 29,36 
CO2 (g) -393,51 213,74 -394,36 37,11 
 CH4 (g) -74,81 186,26 -50,72 35,31 
 C6H12 (l) -156,4 204,4 26,7 156,5 
 CH3COOH(l) -484,5 159,8 -389,9 124,3 
 
G = H – TS 
 
extw P V∆= −
 
PV = nRT extdw P dV= − 
2
1
ln Vw nRT
V
 
= −  
  
revdqdS
T
=
 
2
1
ln VS nR
V
 
 
 
∆ =
 
2
1
ln TTS C
 ∆ =  
 
 
)()( 000 reagentesXnprodutosXnX FormacaoFormacaor ∑∑ ∆−∆=∆
 
gH U n R T∆ = ∆ + ∆
 
( ) 2
1 1 2
k 1 1lnk = lnA ln =
k
Ea
a aRT E Ek Ae
RT R T T
−    
= − −   
    
000
rrr STHG ∆−∆=∆
 
R
S
RT
H
P
P vapvap
00
0ln
∆
+
∆
−=





 



−
∆
=





21
0
1
2 11ln
TTR
H
P
P vap
 
[ ]0
1
2 2
A
t
k
= [ ]2v = k A
 
XpX log−=
 [ ] [ ]0
1 1
= k t
A A
+
 
wba KKK =× wpKpOHpH =+
 
lnG G RT Q∆ = ∆ ° +
 
lnG RT K∆ ° = −
 
G n F E∆ ° = − °
 
RT
nFEK °=ln
 
RTE E lnQ
nF
 
= ° −  
 
 
0,025693E E lnQ
n
 
= ° −  
  
[ ] [ ]0A = A - k t
 
Q n F=
 
 
[ ]1v = k A [ ] [ ]0ln A =ln A - k t 12
ln 2
t
k
=