10EXERCÍCIOS TERMODINÂMICA

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UFRGS - INSTITUTO DE QUÍMICA 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA INORGÂNICA 
QUÍMICA GERAL TEÓRICA - QUI 01004 
TERMODINÂMICA QUÍMICA 
 
 
 
QUESTIONÁRIO 
 
1. Qual é o objetivo da Termodinâmica Química? 
 
2. O que é Termodinâmica Clássica? 
 
3. Por que se diz que a Termodinâmica Clássica é uma ciência macroscópica? 
 
4. Como se define sistema? E meio externo ou vizinhanças? 
 
5. O que é propriedade de um sistema? 
 
6. Caracterize propriedades intensivas e extensivas, dando exemplos. 
 
7. O que é estado de um sistema? 
 
8. Como é possível evidenciar que ocorreu um processo termodinâmico? 
 
9. Que são propriedades termodinâmicas ou funções de estado? 
 
10. Quais as principais características das funções de estado? 
 
11. Como se calcula trabalho numa expansão gasosa a pressão constante? 
 
12. Trabalho é função de estado? Argumente a resposta. 
 
13. Calor é função de estado? Argumente a resposta. 
 
14. Qual é o enunciado do Primeiro Princípio da Termodinâmica? 
 
15. Como se define variação de entalpia de um sistema num processo? 
 
16. Qual a relação entre energia interna e entalpia? 
 
17. Qual é o enunciado da lei de Hess? 
 
18. Como se define entalpia padrão de formação, DHºf? 
 
19. Que são capacidades caloríficas molares? De que fatores dependem? 
 
20. Como se define processo reversível? Quais são suas características? 
 
21. De que modo se pode obter trabalho máximo de um sistema durante um 
processo? 
22. Como se pode definir entropia de um sistema? 
 
23. Qual é o enunciado do Segundo Princípio da Termodinâmica? 
 
24. Como se caracteriza entropia numa abordagem microscópica? 
 
25. Qual é o enunciado do Terceiro Princípio da Termodinâmica? Que são entropias 
absolutas? 
 
26. Como é possível estabelecer um critério absoluto de caracterização de 
espontaneidade a partir de considerações do Segundo Princípio? 
 
27. O que é energia livre de um sistema? 
 
28. Como se caracteriza reversibilidade e irreversibilidade pelo critério da variação 
de energia livre? 
 
29. O que é variação de energia livre padrão? Qual o seu significado para um 
processo? 
 
30. Qual a relação matemática entre DGº e constante de equilíbrio de um sistema 
num processo? 
 
31. Como se interpreta o valor de DG de um sistema que está sofrendo um 
processo? 
 
 
 
EXERCÍCIOS 
 
1. Um gás é confinado num recipiente sob pressão atmosférica constante. Quando 
600 J de calor são adicionados ao gás, ele expande e efetua 140 J de trabalho nas 
vizinhanças. Calcule DH e DU para o processo. 
 
2. As densidades da água líquida e do gelo são respectivamente 0,9998 e 0,917 
g/cm3. Calcule DH e DU para a solidificação de um mol de água a 0 ºC e 1 atm, sabendo 
que o calor de fusão da água a 0 ºC e 1 atm é 6020 J/mol. 
 
3. Na vaporização de um grama de água líquida a 100 ºC e 1 atm são formados 
1671 mL de vapor de água. Se a quantidade de calor absorvida foi de 2260 J, calcule 
DH e DU para o processo H2O (l, 100 ºC) à H2O (v, 100 ºC). Quais os valores de DHvap e DUvap 
molares nessa temperatura? (A densidade da água líquida é 0,9998 g/cm3). 
 
4. Calcule a entalpia padrão de formação do álcool etílico, C2H6O (l), a partir do 
conhecimento de sua entalpia padrão de combustão, DHºcomb = -1365,60 kJ/mol e 
outros dados da tabela de Termodinâmica. 
 
5. Uma amostra de 1,500 g de tolueno líquido, C7H8 (l), foi colocada numa bomba 
calorimétrica juntamente com excesso de oxigênio. Durante a combustão a temperatura 
aumentou de 25 ºC para 26,413 ºC. Os produtos da reação são CO2 (g) e H2O (l) e a 
capacidade calorífica total do calorímetro é 45,06 kJ/K. Pergunta-se: 
a) Qual o valor da entalpia padrão molar de combustão do tolueno? 
b) Qual o valor da entalpia padrão molar de formação do tolueno? 
 
6. Quando 200 mL de HCl 1,00 mol/L a 25 ºC foram misturados com 150 mL de 
NaOH 1,00 mol/L, também a 25 ºC, num frasco de Dewar, a temperatura da mistura 
reagente aumentou para 30,0 ºC. Calcule DH em kJ para a neutralização de um mol de 
H+ por um mol de OH-. 
 
7. A evaporação da transpiração é uma maneira de o corpo descartar o excesso 
de energia produzida durante exercício físico e, desse modo, manter constante a 
temperatura. Quantos kJ são removidos do corpo pela evaporação de 10,0 g de água 
a 25 ºC? (Procure entalpias de formação da água líquida e da água vapor a 25 ºC na 
tabela de Termodinâmica). 
 
8. O calor de combustão do etanol é -1371 kJ/mol a 25 ºC. Uma garrafa de cerveja 
de 350 mL contém 3,7% de álcool em massa. Supondo densidade igual a 0,97 g/mL, 
qual o conteúdo calórico de álcool na cerveja expresso em calorias nutricionais? (1 Cal 
= 1 kcal). 
 
9. O calor específico da prata é 0,0565 cal/g.K. Assumindo nenhuma perda de calor 
para o meio, calcule a temperatura final quando 100 g de prata a 40 ºC são imersos em 
60 g de água a 10 ºC. 
 
10. O ponto de fusão de uma certa substância é 70 ºC, seu ponto de ebulição é 450 
ºC, sua entalpia de fusão é 125,4 J/g, sua entalpia de vaporização é 188,1 J/g e seu 
calor específico é 0,90 J/gK. Calcule o calor requerido para converter 100 g da 
substância do estado sólido a 70 ºC a vapor a 450 ºC. 
 
11. Qual o calor necessário para converter 10 g de gelo a -10 ºC a água líquida a 10 
ºC? Dados: cgelo = 2,09 J/g.K, cágua = 4,18 J/gK, DHºfusão = 334,4 J/g. 
 
12. Determine a temperatura resultante quando 150 g de gelo a 0 ºC são misturados 
com 300 g de água a 50 ºC. Dados: cágua = 4,18 J/g.K, DHºfusão = 334,4 J/g. 
 
13. Quando 1 kg de carvão antracito é queimado, cerca de 30514 kJ de calor são 
liberados. Que quantidade de carvão é requerida para aquecer 4 kg de água da 
temperatura ambiente (20 ºC) até o ponto de ebulição (a 1 atm de pressão), assumindo 
que não há perda de calor? Dados: cágua = 4,18 J/g.K. 
 
14. A volume constante o calor de combustão do ácido benzóico é -26,38 kJ/g. Uma 
amostra de 1,200 g de ácido benzóico é queimada numa bomba calorimétrica. A 
temperatura do calorímetro aumentou de 22,45 ºC para 26,10 ºC. Qual a capacidade 
calorífica total do calorímetro? 
 
15. Aspirina é produzida comercialmente a partir de ácido salicílico, C7O3H6. Um 
grande carregamento de ácido salicílico está contaminado com óxido bórico, que é 
também um pó branco. O DUºcomb do ácido salicílico é -3,00.103 kJ/mol. Óxido bórico, 
por sua vez, não queima, pois é uma forma totalmente oxidada. Quando uma amostra 
de 3,556 g de ácido salicílico contaminado é queimada em bomba calorimétrica, a 
temperatura aumenta 2,556 ºC. Se a capacidade calorífica total do calorímetro é 13,62 
kJ/K, qual a percentagem em massa de B2O3 na amostra? 
16. Quando uma amostra de NaOH de 6,50 g é dissolvida em 100 g de água num 
frasco de Dewar, a temperatura da mistura aumenta de 21,6 ºC para 37,8 ºC. Calcule 
DH para o processo NaOH(s) à Na+ (aq) + OH- (aq). Suponha que o calor específico da 
solução é o mesmo que para água pura. 
 
17. Calcule o calor envolvido no processo de dissolução representado por 
NH4NO3 (s) à NH4+ (aq) + NO3- (aq) 
se as quantidades de nitrato de amônio e água são respectivamente iguais a 200 g e 
100 mL. 
Dados: solubilidade do NH4NO3 = 190 g em 100 mL de água 
DHºf (NH4+(aq)) = - 132,89 kJ/mol DHºf (NO3-(aq)) = - 206,5 7 kJ/mol 
DHºf (NH4NO3(s)) = - 365,56 kJ/mol 
 
18. Um mol de vapor de água é comprimido reversivelmente a água líquida na 
temperatura do ponto de ebulição, 100 ºC. A entalpia de vaporização da água a 100 ºC 
e 1 atm é 2260 J/g. Calcule q, w, DU, DH, DSsist e DG. (A densidade da água vapor é 
0,5984 g/L). 
 
19. Como varia a entropia do sistema quando ocorrem os seguintes processos: 
a) um sólido é fundido. 
b) um líquido é vaporizado. 
c) um sólido é dissolvido em água. 
d) um gás é liquefeito. 
 
20. Para cada um dos seguintes pares escolha a substância com a entropia mais 
elevada (por mol) na temperatura considerada. 
a) O2 (g) a 5 atm e O2 (g) a 0,5 atm. 
b) Br2 (g) e Br2 (l). 
c) 1 mol de N2 (g) em 22,4 L e 1 mol de N2 (g) em 2,24 L. 
d) CO2 (g) e CO2 dissolvido em água. 
 
21. Sendo a constante de equilíbrio igual a 1,76x 10-5 a 298 K para a reação 
NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH-(aq). 
a) Calcule DGº 
b) Qual é o valor de DG no equilíbrio? 
c) Qual é o valor de DG quando as concentrações de NH3, NH4+ e OH- são 
respectivamente iguais a 0,10 mol/L, 0,10 mol/L e 0,050 mol/L? 
 
22. As células usam a hidrólise do trifosfato de adenosina, ATP, como fonte de 
energia. A conversão de ATP em ADP possui uma energia livre padrão de - 30,5 kJ/mol. 
Se toda a energia livre do metabolismo da glicose 
C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) à 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) 
é encaminhada para a conversão de ADP em ATP, quantos mols de ATP podem ser 
produzidos por mol de glicose metabolizada? Dados: entalpia padrão de formação e 
entropia absoluta padrão de C6H12O6 (s) respectivamente iguais a - 1273,2 kJ/mol e 212 
J/K. 
 
23. Qual a máxima quantidade de trabalho útil, expresso em kJ, que se pode obter 
a 25 ºC e 1 bar pela oxidação de 1,00 mol de propano, C3H8, de acordo com a equação 
C3H8 (g) + 5 O2 (g) à 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) 
 
24. Calcule DGº298 para H2O2 (g) à H2O (g) + ½ O2 (g), sendo dados DHº298 = - 106 kJ 
e DSº298 = 58 J/K. Poder-se-ia esperar que H2O2 (g) fosse estável a 298 K? Explique. 
 
RESPOSTAS 
1. DH = 600 J; DU = 460 J 
2. DH = - 6,02 kJ; DU = - 6,02 kJ 
3. DH = 2260 J; DU = 2091 J; DHmolar = 40,7 kJ/mol; DUmolar = 37,6 kJ/mol 
4. – 277,4 kJ/mol 
5. DHºcomb = – 3910 kJ/mol; DHºf = 15,7 kJ/mol 
6. – 48,8 kJ/mol 
7. 24,4 kJ 
8. 89,5 Cal 
9. 12,6 ºC 
10. 65,5 kJ 
11. 3971 J 
12. 6,7 ºC 
13. 44 g 
14. 8,67 kJ/K 
15. 55% 
16. – 44,4 kJ/mol 
17. 62,0 kJ 
18. qP = DH = - 40,7 kJ/mol; DU = - 37,6 kJ/mol; w = 3,05 kJ/mol; DS = - 108,9 J/mol.K; 
DG = 0 
19. a) aumenta; b) aumenta; c) aumenta; d) diminui 
20. Maior entropia: a) O2 0,5 atm; b) Br2 (g); c) 1 mol N2 em 22,4 L; d) CO2 (g) 
21. a) 27,1 kJ/mol; b) zero; c) 19,7 kJ 
22. 94,3 mols 
23. – 2072 kJ/mol 
24. DGº = -123,3 kJ/mol