Lista de exercícios 1° Lei da Termodinâmica-1 (1)

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ 
 FÍSICO-QUÍMICA I / 2018-1 
LISTA DE EXERCICÍO PRIMEIRA LEI DA TERMODINÂMICA 
01. Uma reação química ocorre em um vaso reacional de seção reta uniforme, de 100 cm2, 
provido de um pistão. Em virtude da reação, o pistão se desloca 10 cm contra a pressão 
externa de 1,0 atm. Calcule o trabalho feito pelo sistema. 
 
02. Considerando processo reversível e isotérmico como ficar o cálculo do trabalho 
expansão para um gás de van de Waals. 
 
03. Um mol de um gás de van de Waals a 300 K expande-se isotérmica e reversivelmente 
de 20 dm3 para 60 dm3 (a = 6,20 atm L2 mol–2 e b = 5,42×10–2 L mol–1). Para o gás de 
van der Waals (
𝜕𝑈
𝜕𝑉
)
𝑇
= 𝑎/�̅�2. Calcule o trabalho, calor, variação da energia interna 
e a variação da entalpia. 
 
04. Uma amostra de 1,00 mol de Ar se expande isotermicamente, a 0 °C, de 22,4 L até 
44,8 L (a) reversivelmente, (b) contra uma pressão externa constante igual à pressão 
final do gás e (c) livremente (contra uma pressão externa nula). Em cada processo, 
calcule calor, variação da energia interna e a variação da entalpia. 
 
05. Uma amostra de 6,56 g de Ar (g) ocupa o volume de 18,5 L a 305 K. (a) Calcule o 
trabalho feito quanto o gás se expande isotermicamente contra a pressão externa 
constante de 7,7 kPa até o seu volume aumentar de 2,5 L. (b) Calcule o trabalho 
realizado se a mesma expansão fosse reversível. 
 
06. Uma amostra de 2,5 moles de um gás perfeito, a 220 K e 200 kPa, é comprimida 
reversível e adiabaticamente até a temperatura atingir 255 K. A capacidade calorífica 
molar do gás, a volume constante, é 27,6 J/K mol. Calcule calor, trabalho, variação 
de entalpia, variação da energia interna, a pressão final e o volume final. 
 
07. Um pedaço de Zn, de 5,0 g, é lançado no Becker com ácido clorídrico diluído. Calcule 
o trabalho feito pelo sistema em consequência da reação. Considere a pressão 
atmosférica 1,1 atm e a temperatura de 23 °C. 
 
08. Uma amostra de 2,00 moles de um gás perfeito, com Cv,m = 2,5R, inicialmente a P1 = 
111 kPa e T1 = 277 K, é aquecida reversivelmente, até 356 K, a volume constante. 
Calcule a pressão final, a variação de energia interna, calor e trabalho. 
 
09. Qual a variação da entalpia molar do N2 aquecido de 25 a 100 °C. A capacidade 
calorífica molar a pressão constante possui dependência com a temperatura da 
seguinte forma: Cp,m/(J K–
1mol–1) = a+bT+c/T2, onde a = 28,58; b = 3,77×10–3 K–1 e 
c = –0,50×105 K2. 
 
10. Quando se aquecem 2,0 mol de CO2, a pressão constante de 1,25 atm, sua temperatura 
passa de 250 K para 277 K. A capacidade calorífica molar do CO2, a pressão 
constante, é 37,11 J/K mol. Calcule o calor, a variação de entalpia e a variação de 
energia interna. 
 
11. Quando se aquecem 2,0 mol de CO2, a pressão constante de 1,25 atm, sua temperatura 
passa de 250 K para 277 K. A capacidade calorífica molar do CO2, a pressão 
constante, é 37,11 J/K mol. Calcule o calor, a variação de entalpia e a variação de 
energia interna. Mostre que o valor da variação da energia interna pode ser obtido a 
partir da definição de entalpia. 
 
12. As duas equações abaixo mostram a Energia Interna (U) dependente da temperatura 
e do volume e a Entalpia (H) dependente da temperatura e da pressão. A partir dessas 
equações informe as possíveis considerações teóricas ou práticas para se chegar às 
equações de cada item abaixo. 
𝑑𝑈 = (
𝜕𝑈
𝜕𝑇
)𝑉𝑑𝑇 + (
𝜕𝑈
𝜕𝑉
)𝑇𝑑𝑉 𝑑𝐻 = (
𝜕𝐻
𝜕𝑇
)𝑃𝑑𝑇 + (
𝜕𝐻
𝜕𝑃
)𝑇𝑑𝑃 
 
(a) 𝑑𝑈 = (
𝜕𝑈
𝜕𝑇
)𝑉𝑑𝑇 (duas considerações possíveis) 
 
(b) 𝑑𝑈 = (
𝜕𝑈
𝜕𝑉
)𝑇𝑑𝑉 (uma consideração) 
 
(c) 𝑑𝐻 = (
𝜕𝐻
𝜕𝑇
)𝑃𝑑𝑇 (duas considerações possíveis) 
 
(d) 𝑑𝐻 = (
𝜕𝐻
𝜕𝑃
)𝑇𝑑𝑃 (uma consideração) 
 
 
13. Quando se fornecem 178 J de calor, a pressão constante, a 1,9 mol de um gás, a 
temperatura da amostra se eleva de 1,78 K. Calcule as capacidades caloríficas molares 
do gás a volume constante e pressão constante. Caso o processo for realizado, a 
volume constante, qual é a variação de temperatura observada. 
 
14. Inicialmente um sistema em estudo se encontra no estado A. Logo após o processo 1 
ele passa para o estado B. A variação da energia interna, o calor envolvido no processo 
1 foram respectivamente 37,5 kJ e 20 kJ. Se o mesmo sistema sofre um processo 2 de 
modo a sair do estado A para o estado B, (a) determine qual será o trabalho envolvido 
quando o calor do processo for 15 kJ. (b) No gráfico abaixo informe qual é o processo 
1 e 2 nas setas explicando o motivo. (c) Atribua valores satisfatórios de pressão e 
volume, dos estados A e B, que representem de forma correta o trabalho no processo 
da reta. 
 
 
Pr
es
sã
o 
/ k
Pa
Volume / m3
Estado B
Estado A
processo ?
processo ?
 
15. Calcule a pressão final de uma amostra de vapor de água, com 1,4 g, que se expande 
reversível e adiabaticamente da temperatura inicial de 300 K e volume de 1,0 L até o 
volume final de 3,0L. Considere o vapor com comportamento perfeito. 
 
16. Uma garrafa a 27 °C contém um gás ideal sob a pressão de 10 atm. Removendo-se a 
rolha, o gás expande-se adiabaticamente contra a pressão constante da atmosfera, 1 
atm. Obviamente, parte do gás é expelida da garrafa. Quando a pressão no interior da 
garrafa se torna igual a 1 atm recoloca-se a rolha rapidamente. O gás, que esfriou na 
expansão adiabática, aquece-se agora lentamente até que sua temperatura seja 
novamente de 27 °C. Calcule o calor, trabalho, variação da energia interna e entalpia 
antes do aquecimento e a pressão final e variação da energia interna após o 
aquecimento. Considere gás monoatômico. 
 
17. Calcule o calor necessário para fundir 500 kg de potássio metálico a 336 K. A entalpia 
de fusão do potássio é 2,35 kJ/mol. 
 
18. A reação de formação da H2O(l) foi realizada a 298 K. Calcule o valor da variação da 
energia interna. Sabendo que a entalpia de formação da H2O(l) é –285,83 kJ/mol. 
 
19. Duas substâncias, A (26 g/mol) e B (55 g/mol) sintetizadas no laboratório de química 
da UFC foram analisadas com o objetivo de determinar qual das duas fornece maior 
energia em uma reação de combustão. As variações de entalpia de combustão das 
substâncias A e B são respectivamente 102 kJ/mol e 215,77 kJ/mol. A partir dos dados 
de variação de entalpia informe qual das duas fornece maior energia por grama. 
𝐴(𝑠) + 𝑥𝑂2(𝑔) → 𝑦𝐶𝑂2(𝑔) + 𝑧𝐻2𝑂(𝑙) 
𝐵(𝑠) + 𝑤𝑂2(𝑔) → 𝑚𝐶𝑂2(𝑔) + 𝑛𝐻2𝑂(𝑙) 
 
20. A variação de energia interna quando 1,0 mol de CaCO3, na forma de calcita, se 
converte em aragonita é 0,21 kJ. Sabendo que o processo ocorre a pressão constante 
de 1 bar e que as densidades da calcita e da aragonita são respectivamente 2,71 g cm–
3 e 2,93 g cm–3 calcule a diferença entre a variação de entalpia e a variação de energia 
interna e o calor envolvido no processo. 
 
21. O método de obtenção do carbonato de cálcio foi proposto por duas maneiras de 
acordo com as reações abaixo. Considerando a temperatura de 298 K determine as 
variações de energia interna de cada reação. 
 
𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑔) 
𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔) +
1
2
𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑔) 
 
22. A reação de formação do HCl(g) a 298 K possui variação de entalpia igual –92,312 
kJ/mol. Determine a variação de entalpia a 1000 °C. 
Cp,m(H2)/R = 3,50 – 0,1×10–
3T + 2,419×10–7T2 
Cp,m(Cl2)/R = 3,81 + 1,22×10–
3T – 4,86×10–7T2 
Cp,m(HCl)/R = 3,40 + 0,22×10–
3T + 1,86×10–7T2 
 
 
23. Sabendo que as capacidades caloríficas a pressão constante em 298 K do óxido decálcio, dióxido de carbono e carbonato de cálcio são respectivamente 42,80 J K–1 
mol–1, 37,11 J K–1 mol–1 e 81,88 J K–1 mol–1, determine a variação de entalpia da 
primeira reação da reação abaixo a 150 °C. Considere que as capacidades caloríficas, 
a pressão constante, são independentes da temperatura. 
𝐶𝑎𝑂(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔) → 𝐶𝑎𝐶𝑂3(𝑔) 
 
24. Dadas as reações (1) e (2), determine (a) ∆rH° e ∆rU° para a reação (3) e (b) ∆fH° do 
HI(g) e da H2O(g), ambos a 298 K. Admita que todos os gases sejam perfeitos. 
 
25. A Tabela 1 informa a composição de carboidrato, gordura e de proteína para alguns 
alimentos. A Tabela 2 informa o valor calórico para carboidrato, gordura e proteína. 
Se uma pessoa comer uma maça (75 g) e um ovo (63 g) quanto de energia alimentar 
essa pessoa consumiu. 
Tabela 1 
 Valor calórico / Cal g–1 
Carboidrato 4 
Gordura 9 
Proteína 4 
 
Tabela 2 
Alimento Composição aproximada (% em massa) Valor calórico / Cal g–1 
Carboidrato Gordura Proteína 
Maçãs 13 0,5 0,4 0,59 
Ovos 0,7 10 13 1,4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
(1) 𝐻2(𝑔) + 𝐼2(𝑔) → 2𝐻𝐼(𝑔) ∆rH° = 26,48 kJ/mol 
(2) 2𝐻2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐻2𝑂(𝑔) ∆rH° = –241,82 kJ/mol 
(3) 4𝐻𝐼(𝑔) + 𝑂2(𝑔) → 2𝐼2(𝑔) + 2𝐻2𝑂(𝑔)