LISTA 03_2ª e 3ª LEIS DA TERMODINÂMICA E ENERGIA LIVRE

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Lista de Exercícios - 0 
Físico - Química II – 2015.2 
PROF. RONALDO DIONÍSIO 
2ª e 3ª Lei da Termodinâmica 
 
01. Um navio deslocando-se pelo Oceano Índico utiliza a água mais quente 
da superfície a 32 º C para operar uma máquina térmica que mantém o navio 
em funcionamento e descarrega a água usada de volta para a superfície do 
mar. Esse esquema viola a segunda lei da termodinâmica? Se sua resposta 
for afirmativa, qual mudança você̂ faria para que o esquema funcionasse? 
 
02. O calor molar de vaporização do etanol é 39,3 kJ mol−1 e o ponto de 
ebulição do etanol é 78,3 ºC. Calcule o valor de ∆𝒗𝒂𝒑𝑺 para a vaporização de 
0,50 mol de etanol. 
 
03. Calcule os valores de ∆𝑼, ∆𝑯 𝒆 ∆𝑺 para o processo seguinte: 
 
 
04. O calor molar de vaporização da água a 373 K é 40,79 kJ mol−1 e a 
capacidade calorífica molar da água é 75,3 J K−1 mol−1. Considere que a 
capacidade calorífica molar seja independente da temperatura e suponha 
comportamento de gás ideal. 
 
05. Calcule o valor de ∆𝑺 ao se aquecer 3,5 mols de um gás ideal 
monoatômico de 50 ºC a 77 ºC a pressão constante. 
 
06. Uma quantidade de 6,0 mols de um gás ideal é aquecida 
reversivelmente a volume constante de 17 ºC a 35 ºC. Calcule a variação de 
entropia. Qual seria o valor de DS se o aquecimento fosse realizado 
irreversivelmente? 
 
07. Um mol de um gás ideal é primeiro aquecido a pressão constante de T 
a 3T e depois resfriado de volta à temperatura T, a volume constante. (a) 
Derive uma expressão para DS para o processo total. (b) Mostre que o 
processo total é equivalente a uma expansão isotérmica do gás à 
temperatura T, de V a 3V, em que V é o volume original. (c) Mostre que o 
valor de DS para o processo em (a) é o mesmo que em (b). 
 
08. A capacidade calorífica do gás cloro é dada por: 
 
𝐶�̅� = (31,0 + 0,08𝑇) 𝐽𝐾
−1𝑚𝑜𝑙−1 
 
Calcule a variação de entropia quando 2 mol de gás são aquecidos de 300 
K a 400 K a pressão constante. 
 
1 mol de água líquida 
a 25 ºC e 1 atm 
1 mol de vapor 
a 100 ºC e 1 atm 
09. Um mol de um gás ideal a 298 K se expande isotermicamente de 1,0 L a 
2,0 L (a) reversivelmente e (b) contra uma pressão externa constante de 
12,2 atm. Calcule os valores de ∆𝑺𝒔𝒊𝒔 , ∆𝑺𝒗𝒊𝒛 e ∆𝑺𝒖𝒏𝒊𝒗 em ambos os casos. 
Seus resultados são consistentes com a natureza do processo? 
 
09. As entropias molares absolutas de O2 e N2 são 205 J K−1 mol−1 e 192 J 
K−1 mol−1, respectivamente, a 25 ºC. Qual é a entropia de uma mistura feita 
de 2,4 mols de O2 e 9,2 mols de N2 nas mesmas condições de temperatura 
e pressão? 
 
10. Preveja se a variação de entropia é positiva ou negativa para cada uma 
das seguintes reações a 298 K: 
 
 
11. Use os dados do Apêndice de algum livro para calcular os valores de 
∆𝒓𝑺
º das reações listadas no problema anterior. 
 
12. Uma quantidade de 0,35 mol de um gás ideal inicialmente a 15,6 ºC se 
expande de 1,2 L a 7,4 L. Calcule os valores de w, q, U e S se o processo 
for realizado (a) isotermicamente e reversivelmente e (b) isotermicamente 
e irreversivelmente contra uma pressão externa de 1,0 atm. 
 
13. Escolha a substância com a maior entropia molar em cada um dos 
seguintes pares: 
(a) H2O(l), H2O(g); (b) NaCl(s), CaCl2(s); (c) N2 (0,1 atm), N2 (1 atm); (d) C 
(diamante), C(grafite); (e) O2(g), O3(g); (f) etanol (C2H5OH); éter dimetílico (C2H6O); (g) 
N2O4(g), 2NO2(g); (h) Fe(s) a 298 K, Fe(s) a 398 K. (Considere que a temperatura 
seja 298 K, a não ser onde estiver especificado diferentemente.) 
 
Energia Livre de Gibbs, Helmontz e Relações de Maxwell 
 
13. Uma quantidade de 0,35 mol de um gás ideal inicialmente a 15,6 ºC 
expande-se de 1,2 L a 7,4 L. Calcule os valores de w, q, ∆𝑼, ∆𝑺 e ∆𝑮 se o 
processo for realizado: (a) isotermicamente e reversivelmente; (b) 
isotermicamente e irreversivelmente contra uma pressão externa de 1,0 
atm. 
 
14. Em uma época, o gás doméstico utilizado para cozinhar, chamado gás 
de água, era preparado como se segue: 
 
A partir das quantidades termodinâmicas listadas no Apêndice de algum 
livro, preveja se essa reação ocorrerá a 298 K. Se não, a que temperatura 
ela ocorrerá? Suponha que ∆𝒓𝑯
º e ∆𝒓𝑺
º sejam independentes da 
temperatura. 
15. Considere a síntese da ureia segundo a equação: 
CO2(g) + 2NH3(g) → (NH2)2CO(s) + H2O(l) 
A partir dos dados listados no Apêndice (dados termodinâmicos), calcule 
o valor de ∆𝒓𝑮
º para a reação a 298 K. Supondo comportamento de gás 
ideal, calcule o valor de DrG para a reação a uma pressão de 10,0 bar. O 
valor de ∆𝒓𝑮
º para a uréia é −197,15 kJ mol−1. 
16. Certas bactérias no solo obtêm a energia necessária para crescimento 
da oxidação do nitrito para nitrato: 
2NO2− (aq) + O2(g) → 2NO3− (aq) 
Dado que as energias de Gibbs-padrão de formação do NO2− e NO3− são 
−34,6 kJ mol−1 e −110,5 kJ mol−1, respectivamente, calcule a quantidade de 
energia de Gibbs liberada quando 1 mol de NO2− é oxidado para 1 mol de 
NO3−. 
17. Da entalpia molar-padrão de combustão do benzeno a 298 K, calcule o 
valor de ∆𝒓𝑨 para esse processo. Compare o valor de ∆𝒓𝑨
º com o valor 
de ∆𝒓𝑯
º. Comente sobre a diferença. 
18. Sabe-se que o ∆𝒓𝑮
º para uma dada reação é −122 kJ. A reação 
necessariamente ocorrerá de maneira espontânea se os reagentes forem 
misturados? 
19. Considere uma compressão isotérmica reversível de 0,45 mol de gás 
hélio de 0,50 atm e 22 L para 1,0 atm a 25 ºC. (a) Calcule os valores de w, 
∆𝑼, ∆𝑯, ∆𝑺 e ∆𝑮 para o processo. (b) Você̂ pode usar o sinal de DG para 
prever se o processo é espontâneo? Explique. (c) Qual é o trabalho máximo 
que pode ser feito para o processo de compressão? Considere um 
comportamento de gás ideal.