Prova 3 (14_06_2008)

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P3 - PROVA DE QUÍMICA GERAL - 14/06/08 
 
Nome: 
Nº de Matrícula: GABARITO Turma: 
Assinatura: 
Questão Valor Grau Revisão 
1a 2,5 
2a 2,5 
3a 2,5 
4a 2,5 
Total 10,0 
Dados gerais: 
�U = q + w
�Go = �Ho - T�So
�G° = - n F �Eo
lnQ 
nF
RT$E$E �°=
�G = �Go + RT ln Q 
 
��
�
�
��
	
�=
��
�
�
��
	
�
°
=
+=
�=
�=
21
a
1
2
211
2
0
0
0
T
1
T
1
R
E
k
kln
T
1
T
1
R
$H
K
Kln
kt
[A]
1
[A]
1
kt[A] ln[A] ln
kt[A][A]
 
1 atm = 760 mmHg 
F = 96500 C mol-1 
1 C x V = 1 J
R = 8,314 J mol-1 K-1 = 0,0821 atm L K-1 mol-1 
T (K) = T (°C) + 273 
1 L atm = 101,3 J 
 
1a Questão: 
 
Considere o processo de sublimação (reação 1) e a reação de dissociação 
(reação 2) do iodo e os dados termodinâmicos da tabela apresentados a 
seguir: 
 
Sublimação do iodo: I2(s) I2(g) (Reação 1) 
Reação de dissociação do iodo: I2(g) 2I(g) (Reação 2) 
 
Dados termodinâmicos, a 25 °C: 
 
�H°f (kJ mol-1) S° (J K
-1mol-1) �G°f (kJ mol-1)
I2(s) 0 116,1 0 
I2(g) 62,4 260,6 19,4 
I(g) 106,8 180,7 70,2 
a) Calcule a temperatura de sublimação do iodo. 
b) Calcule a energia livre padrão, �G°, de dissociação do iodo, a 1500 °C, e 
avalie se a quantidade de produto formado aumentará quando a temperatura 
for variada de 25 °C para 1500 °C. 
c) Calcule a variação de energia interna, �U, da reação de dissociação de 0,5 
mol de iodo, I2(g), a 1500 °C, sabendo que o rendimento da reação é de 10%. 
 
Resolução:
a) A sublimação, que é um processo de mudança de fase, ocorre em situação 
de quase-equilíbrio. Assumindo que não existe modificação significativa nos 
valores de �H0f e S0, podemos usar os valores da tabela na seguinte equação: 
 
�S0 = �H0/T ou T = �H0/�S0
Onde: 
 
�S0 = S0 I2(g) - S0 I2(s) = 260,0 – 116,1 = 143,9 J K-1 mol-1 
�H0 = �H0f I2(g) - �H0f I2(s) = 62,4 - 0 = 62,4 kJ mol-1 ou 62.400 J mol-1 
Logo: 
T = 62.400 J mol-1/ 143,9 J K-1 mol-1 = 433,6 K 
 
b) A 1500 0C ou 1773 K, tem-se: 
 
�G0 = �H0 - T�S0
Onde: 
 
�S0 = 2 x S0 I(g) - S0 I2(g) = 2 (180,7) – 260,6 = 100,8 J K-1 mol-1 
�H0 = 2 x �H0f I(g) - �H0f I2(g) = 2 (106,8) – 62,4 = 151,2 kJ mol-1 ou 151.20 J 
mol-1 
Logo: 
 
�G0 = �H0 - T�S0 = 151.200 J mol-1 – 1773 K x 100,8 J K-1 mol-1 
�G0 = 151.200 – 173.678 = -22.478 J mol-1 
A 1500 0C o valor de �G0<0 indica que a reação seria espontânea, ao contrário 
do que acontece a 25 0C onde o valor de �G0>0 (ver abaixo). 
 
�G0 = 2 x �G0f I(g) - �G0f I2(g) = 2 (70,2) – 19,4 = 121 kJ mol-1 ou 121.000 J 
mol-1 
c) A variação de energia interna depende da quantidade efetiva de I2(g) que se 
converteu em I(g), isto é 10% de 0,50 mol de I2(g). 
 
I2(g) 2I(g) 
Início 0,50 mol 0 mol 
Fim 0,45 0,10 mol 
O valor de �H0 para dissociação de 1 mol de I2(g) é 151.200 J mol-1, logo, para 
0,05 mol tem-se: 0,05 x 151.200 = 7560 J que, na pressão constante, seria o 
calor (q) envolvido no processo. 
 
O trabalho seria dado pela expansão (trabalho negativo) do sistema para 
manter a pressão constante, ou seja: 
W = -�nRT = -{(0,45 + 0,10) – 0,50} mol x 8,31 J mol-1 K-1 x 1723 K = -715,9 J 
 
Assim: �U = q + W = 7560 – 715,9 = 6.844 J 
 
2a Questão: 
 
O tetróxido de nitrogênio, N2O4, pode ser convertido a dióxido de nitrogênio, 
NO2, como representado pela reação abaixo: 
 
N2O4(g) 2NO2(g) �S° = + 175,83 J K-1 mol-1 
 �G° = + 4,73 k J mol-1 
a) Calcule a variação de entalpia padrão, (�H°), k J mol-1, em da reação, a 
25 °C, dizendo se a mesma é exotérmica ou endotérmica. 
b) Calcule a constante de equilíbrio da reação, KP, a 25 °C. 
c) Calcule a variação da energia livre, �G, da reação, a 25 °C, no momento em 
que estão presentes 0,2 mol de N2O4 e 0,8 mol de NO2 em um recipiente de 
1,0 L. Qual é a direção espontânea da reação, nestas condições? 
Resolução:
a) �G°= �H° - T �S° 25 °C = 298 K 
 �H°= �G° + T �S° 
 K . 175,83 x 10-3 kJ K-1 mol-1 
 �H° = +4,73 k J mol-1 + 298
�H° = 4,73 + 52,397 = 
 
b) No equilíbrio Q = kp e �G = 0
�G = �G° + RT ln Q 
 �G° = - RT ln kp
1
p 1, 48x10k �=�==��
�
�
��
	
 +
� 1,91kln
K298 .Kmol J8,314
10 xmol J4,73
p1-1-
3-1
c) �G = ?
�G = �G° + RT ln Qp
[N2O4] = 0,2 mol L-1 
[NO2] = 0,8 mol L-1 
PV = n RT 
RT 3,2
(RT) 0,2
(RT) 0,8
)(P
)(P
Q
]RT[RTP
22
ON
2
NO
p
V
n
42
2 ===
==
Qp = 3,2 x 0,082 x 298 = 78 
Ou 
Qp = Qc (RT)�n = 3,2 (0,082 x 298)1 =78 
 
�G = 4,73 + 8,314 x 10-3 x 298 ln 78 = 4,73 + 10,79 
 
Como �G é maior do que zero a reação espontânea ocorre no sentido inverso, 
ou seja, no sentido da formação do reagente ,nestas condições. 
 
1
p 1, 48x10k �=
57,13 k J mol-1
A reação é endotérmica 
�G = 15,52 kJ mol -1 >0