AP 3 Fund FQ 2020-1-Resolução

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MEC-UFC.CC. DQAFQ.
Universidade Federal do Ceará
Departamento de Química
Curso de Engenharia de Alimentos
Professor: Francisco Belmino Romero
Discente: Nazide do Nascimento –Mat: 301963
Fundamentos de Fundamentos de Físico-Química. 3°AP - 2020/1.
1°. Teoria: 2,0 pontos.
(A) Diga e explique se é possível um gás expandir sem realizar trabalho.
R- Sim. Segundo a Lei de Joule diz que quando um gás se expande sem realizar trabalho (por exemplo, para dentro de câmara evacuada) e sem troca de calor, a temperatura do gás não muda (para gás ideal).
 Neste caso, dW = 0, dq = 0 e então du = 0. Como T não varia a energia cinética das moléculas também não varia. Portanto, a energia interna não varia, mesmo que tenha variação do volume. Resumindo, a energia interna independe do volume se a temperatura é constante, pois ela só depende da temperatura. 
(B) A variação da energia interna, assim como, e variação da entalpia dependem só da temperatura, seja o gás ideal e real? Justifique.
R- Sim. Para o gás ideal vai depender apenas da temperatura constante; com relação ao gás real, como ele não está dentro da idealidade, outra condições de devem ser consideradas como: o volume das moléculas e temperatura este estado influencia no deslocamento da fronteira de um sistema gasoso aumentando ou diminuindo as frequências de colisões entre as moléculas. 
 
Gás real
 Gás ideal
 P P
PV=nRT Z= PV 
 RT
 V V
 
 T T
 
 Gráfico de Isoterma
C) Pode a variação de energia interna ser igual a variação de entalpia em uma reação química? Explique.
R-SIM. Quando Δn = 0, então ΔU = ΔH = 0; Um processo a pressão constante o calor desenvolvido vai ser igual ao calor de entalpia e processo desenvolvido a volume constante vai ser igual a variação de energia interna, nas reações exotérmicas ou endotérmicas (liberação ou absorção de calor).
(D) Qual a aplicação da lei de Hess.
R-.A aplicação da lei de Hess é utilizada no cálculo da Entalpia de um sistema, na forma de calor, este pode ser exotérmico ou endotérmico nos processos industriais quando se quer acelerar ou diminuir o rendimento de uma produção. E só depende das quantidades finais e iniciais.
 
2°. Situação tecnológica: 3,0 pontos.
(A) Considere-se responsável para melhorar o rendimento de uma reação química geradora de energia térmica em uma indústria de alimentos. Sabendo que a reação é de natureza exotérmica, o que você faria com a temperatura do reator? (a) aumentaria, (b) diminuiria e (c) não alteraria. Justifique.
R- Na minha fábrica de sorvetes, diminuiria a temperatura para se ter uma melhor eficiência do sistema, com isso diminuiria o tempo de solidificação do meu produto, com isso aumentaria a minha produção. 
(B) “Exemplo biológico de transformação de energia é a Ação Muscular, a energia química acumulada nos tecidos musculares na forma de ATP, é transformada, quando comandada por sinais eletrofisiológicos, em energia mecânica através de um sistema complexo de proteínas contrácteis, resultando no movimento mecânico de órgãos e membros dos animais”. Como aplicar seus conhecimentos de termodinâmica a essa afirmativa?
R- Usaria como base do Ciclo de Carnot para o funcionamento de um refrigerador, um motor é acionado eletricamente provocando mecanicamente, através de um embolo, a expansão de um gás, durante esta expansão o gás absorve (processo endotérmico) calor no interior do refrigerador, diminuindo sua temperatura, no exterior o gás volta a seu volume normal liberando o calor(processo exotérmico) recebido para o meio externo. Durante este ciclo existe um bombeamento de calor do interior para o exterior do refrigerador através da ação mecânica sobre o gás.
3°. Problema da 1ª lei da termodinâmica. 2,5 pontos.
Uma amostra de 14,0 gramas de nitrogênio (massa molar do N2 =28,0gmol-1) ocupando um volume de 2,0 L e na pressão de 10,0 atm, expande de forma reversível na temperatura de 0,0°C até uma pressão de 5,0 atm. Calcular:
Dado complementar: R=0,082 atmLmol-1K-1; R=1,987 calmol-1K-1 e R=8,314Jmol-1K-1. 
Dados:
R= 1,987cal.mol-¹ 	
 Resolução: 
 
 P1=10,0atm 
 V= 2,0L 
 
 ooooooo m=14,0g de H2
 P2=5,0atm ooooooo MM = 28,0gmol-¹ 
 T=273,15K
A) trabalho ω= n x R x T ln (v2/v1);
Calculando v2:
V1/V2 = P1/P2- = 2,0 L / V2 = 10,0atm. / 5,0atm.
V2 = 2,0L x 2,0atm. = 4,0atm,L
ω = 14,0/28,0 x 1,987 x 273,15 ln( 4,0 /2,0) = 188,102cal.mol-¹;
B)variação de energia interna – ΔU
R- (ΔU) = f x T, se ΔT = 0, então ΔU = 0; pois o sistema é isotérmico;
C)variação de entalpia – ΔH;
R) (ΔH) = Hf - Hi
ΔH = 0
(D) calor- q.
R) Q= ω + ΔU 
Q = ω→então, Q = 188,102 calorias,mol-¹;
4°. Problema de termoquímica. 2,5 pontos.
A sacarose ou açúcar de mesa, é um carboidrato que em combustão na temperatura de 25,0°C e pressão de 1,0atm. libera 5635,0 KJmol-1. Sabendo que o calor de formação gás carbônico é -394,0 KJmol-1 e da água líquida igual a -286,0 KJmol-1, e a reação de combustão conforme abaixo, diga:
(A) o calor de formação da sacarose sólida a pressão constante; (B) o calor de formação da sacarose sólida a volume constante. Justifique.
C12H22O11(s) + 12O2(g) → 12CO2(g) + 11H2O(L)
Dados complementar: R=8,314Jmol-1K-1 e 1 KJ=1000J.
Resposta:
C12H22O11(s) + 12O2(g) → 12CO2(g) + 11H2O(L)
 5.635,0Kjmol-¹ + 0 → -394,0 + -286,0
A) o calor de formação da sacarose sólida a pressão constante;
R- ΔHº = Hr + Hp: ou ΔH = aA + bB → cC + dD
ΔHº = 5.635,0Kjmol-¹ + 0 →12 x(-394,0) + 11x (-286,0); 
ΔHº = 5.635,0 + 0 → ( -4.728,0) + (-3,146) → ΔHº= (- 7,874) da sacarose.
ΔHº = + 5.635,0 - 7,874) 
ΔHº = (-2.239)KJ mol-¹
B)o calor de formação da sacarose sólida a volume constante; 
R- ΔU = ΔH – nRT;
ΔU = ΔH - 0
ΔU = ΔH = 0
(C) a reação na câmara de combustão é exotérmica ou endotérmica. A reação na câmara de combustão é exotérmica ou endotérmica.
R- Nessas condições a reação é exotérmica, acontece à liberação de calor, entre o sistema e o ambiente, característico do processo isotérmico.