4a_Lista_FQ_2019_02

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Elki C. Souza 
 
4ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
SEGUNDA LEI DA TERMODINÂMICA - ENTROPIA; CICLO DE CARNOT - MÁQUINAS TÉRMICAS E 
REFRIGERADORES; ENERGIA LIVRE DE GIBBS. TENSÃO SUPERFICIAL, DIAGRAMA DE FASES EM 
SISTEMAS SIMPLES - A REGRA DAS FASES, SOLUÇÃO IDEAL - A LEI DE RAOULT. 
 
Cursos: Química Ambiental e Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia 
Disciplina: Físico-Química Prof
a
 Drª Elki Cristina de Souza outubro de 2019 
 
2ª LEI DA TERMODINÂMICA – ENTROPIA 
1 – Um mol de argônio é aquecido a volume constante de 300 K a 500 K; Cv= 3/2 R. Calcule a variação de entropia para 
essa mudança de estado. 
 
2 – Um mol de ouro sólido é levado de 25 °C a 100 °C, a pressão constante. Cp / (J.K
-1
.mol
-1
) = 23,7 + 0,00519T. 
Calcule a variação de entropia para essa transformação. 
 
3 – Para a grafita são dados: 
11
298 .74,5
 molKJS
 
 
.10510,111024,43210609,58293,5).( 392731 TxTxTxKmolJCp
 
 
Calcule a entropia molar da grafita a 1500 K. 
 
4 – Qual é a variação de entropia se a temperatura de um mol de um gás ideal é aumentada de 100 K para 350 K. Cv = 
(5/2)R, 
a) Se o volume é constante? 
b) Se a pressão é constante? 
c) Qual seria a variação de entropia se fossem usados dois moles em vez de um? 
 
5 – Para o alumínio, Cp / (J.K
-1
.mol
-1
) = 20,67 + 12,38 x 10
-3
 T. 
a) Qual o valor de S, se um mol de Al for aquecido de 25 °C para 200 °C? 
b) Qual a entropia do Al a 200 °C, se S°298 = 28,35 J.K
-1
.mol
-1
? 
 
6 – Qual é a variação de entropia se um mol de água for aquecido de 0 °C a 100 °C, sob pressão constante? 
Dado: Cp = 75,291 J.K
-1
.mol
-1
 
 
7 – Um copo de água (mágua=250 g) é aquecido de 25 °C a 90 °C. Calcular a variação de entropia (S) dessa massa de 
água nesse processo. (Assumir o volume constante durante todo processo). 
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Elki C. Souza 
 
CICLO DE CARNOT - RENDIMENTO DE MÁQUINAS TÉRMICAS E REFRIGERADORES 
8 – Explique o que consiste o ciclo de Carnot. 
 
9 – Supondo que uma máquina térmica receba 180 calorias de calor da fonte e, simultaneamente, realize um trabalho útil 
de 45 calorias. Qual será a eficiência dessa máquina? 
 
10 – A eficiência (η) de um motor térmico é definida como a razão entre o trabalho por ele realizado e o calor por ele 
recebido durante um ciclo completo de seu funcionamento. Considere um motor que recebe 440 J de calor por ciclo, que 
tem uma eficiência de 30% e que completa um ciclo de funcionamento a cada 0,02 segundos. Determine a potência 
fornecida por esse motor. (Lembrando que a potencia é definida como a razão entre a energia (trabalho) pelo intervalo 
de tempo decorrido durante o fornecimento). 
 
11 – Explique o funcionamento e o rendimento de um refrigerador. 
 
12- Defina tensão superficial e deduza a equação de Laplace para uma gota. 
 
13 - Considere a reação: 
)(2)()(3 gss
COCaOCaCO 

. Calcule G° (em kJ.mol-1), a 25 °C. 
Nota: Calcular primeiro os valores de S° e H° pelos dados da Tabela a seguir: 
Tabela: Valores de Entropia (J.K
-1
.mol
-1
) e Entalpia (kJ.mol
-1
) a 25 °C. G° = H° – T.S° 
Substância Entropia (J.K
-1
.mol
-1
) Entalpia (kJ.
 
mol
-1
) 
CaCO3 92,9 -1206,9 
CaO 39,8 -635,1 
CO2 213,6 -393,5 
 
DIAGRAMA DE FASES EM SISTEMAS SIMPLES 
14 – Qual é a condição para que um sistema se encontre em equilíbrio entre as fases? Exemplifique mostrando e 
analisando um gráfico de potencial químico () em função da temperatura para os três estados da água pura. 
 
15 – Calcule a Pvapor de uma mistura molar de 1:1 entre dois líquidos orgânicos similares, o benzeno e o tolueno. À 25 ºC 
o benzeno puro (C6H6, Pebul.= 80,1 ºC) tem uma pressão de vapor (Pº) de 96,0 mmHg e o tolueno puro (C7H8, Pebul.= 
110,6 ºC) tem uma pressão de vapor (Pº) de 30,3 mmHg. Represente também graficamente. 
 
16 – Consideremos os mesmos dois líquidos, porém, com uma fração molar de 0,33 de benzeno e 0,67 de tolueno. O 
benzeno puro tem uma pressão de vapor (Pº) de 75 mmHg a 20 ºC e o tolueno puro tem uma pressão de vapor (Pº) de 22 
mmHg à mesma T (20 ºC). Qual é a pressão de vapor da solução neste caso? 
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Elki C. Souza 
 
 
17 – Etanol e metanol formam uma solução muito próxima da ideal. A 20 ºC a pressão de vapor do etanol é de 44,5 torr 
e a do metanol, 88,7 torr. 
a) Calcule as frações molares do metanol numa solução obtida pela mistura de 1,30 mol de etanol com 1,25 mol de 
metanol. b) Calcule as pressões parciais e pressão de vapor total. 
 
18 – A 20 ºC a pressão de vapor do benzeno puro é 74,7 torr e a do tolueno puro 22,3 torr. Qual a composição da 
solução desses dois componentes que apresenta uma pressão de vapor de 50,0 torr nessa temperatura? Qual a 
composição do vapor em equilíbrio com essa solução? 
 
 
19 – De acordo com o gráfico ao lado 
responda: 
(a) Qual a pressão de cada uma das 
substâncias em 60°C. 
 
(b) Qual o ponto de ebulição normal de 
cada substância. 
 
(c) Qual das substâncias apresenta as 
forças intermoleculares mais intensas. 
Justifique sua resposta. 
 
 
 
20 – Use o diagrama de fase para 
predizer o estado de uma amostra de 
água nas seguintes condições: 
 
(a) 3 atm, - 10°C 
 
(b) 1 atm, 50°C 
 
(c) 900 Pa, 90°C 
 
 
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Elki C. Souza 
 
 
 
GABARITO 
1. S = 6,37 J.K-1.mol-1 2. S = 5,71 J.K-1.mol-1 3. 
11
1500 .77,33
 molKJS
 
4. a) S = 26,04 J.K-1.mol-1 b) S = 36,45 J.K-1.mol-1 c) duas vezes maior em cada caso 
5. a) S = 11,71 J.K-1.mol-1 b) S = 40,06 J.K-1.mol-1 
6. a) S = 23,49 J.K-1.mol-1 
7. S = 206,3 J.K-1.mol-1 9.  = 25% 10. P = 6600 W (watts) 
13. G° = 130,4 kJ.mol-1 
15. PT = 63,15 mmHg 16. PT = 39,49 mmHg 
17. a) X1 = 0,51; X2 = 0,49; b) PT = 66,2 torr 18. a) X1 = 0,53 b) X2 = 0,47 
19. (a) H2O, 171 mmHg; CCℓ4, 523 mmHg; CHCℓ3, 900 mmHg; (b) H2O, 100 °C; CCℓ4, 72 °C; CHCℓ3, 58 °C; 
(c) H2O, a justificativa é com vocês. 20. (a) sólido; (b) líquido; (c) vapor.