LISTA11_-_TERMODINÂMICA-1ª _2ª_LEI_e_GIBBS

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LISTA QUÍMICA GERAL 11 – TERMODINÂMICA: 1ª LEI 
Profa Fatima Ventura Pereira Meirelles
1 - P2221005 - O etanol é um álcool cuja fórmula molecular é C2H5OH, apresentando-se na fase líquida a 25 0C e 1 atm. O processo de vaporização do etanol é expresso pela equação abaixo. Na fase líquida o etanol possui calor específico de 2,46 J g-1 0C-1 e densidade igual a 0,79 g ml-1. 
C2H5OH(l) ( C2H5OH(g)
a) Calcule a temperatura (a pressão constante) de ebulição do etanol usando os dados da tabela abaixo.
b) Calcule a variação de energia interna quando um volume de 1456 mL de etanol é aquecido de 25 0C até o ponto de ebulição e depois vaporizado completamente. 
Dados 
	Substância
	ΔH0f (kJ mol-1)
	S0 (J K-1 mol-1)
	C2H5OH(l)
	-277,4
	214
	C2H5OH(g)
	-253,3
	283
As variações de entalpias de formação ΔH0f para uma substância não variam significantemente com a temperatura. 
2 - P2181004 -Alguns motores a combustão funcionam por meio da queima de hidrocarbonetos em um pistão. São dadas as reações de combustão do metano, CH4 (g), do octano, C8H18 (g), a 1 atm.:
CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g) 		ΔH = - 890 kJ		(Reação 1)
C8H18 (g) + 
O2 (g) → 8 CO2 (g) + 9 H2O (g), ΔH = - 5434 kJ		(Reação 2)
�
Calcule as variações de energia interna (ΔU) a 350 K nas reações de combustão de 0,2 mol de: 
a) metano (Reação 1).
b) octano (Reação 2).
Obs.:admita que (H não varia com a temperatura.
O pistão da figura abaixo é um conjunto formado por um cilindro e um êmbolo móvel que é conectado às engrenagens do motor. No pistão, a reação de combustão ocorre fazendo com que a energia que é produzida na forma de trabalho seja usada para o seu funcionamento.
c) Qual dos hidrocarbonetos (metano ou octano) é o melhor combustível? Justifique sua resposta.
d) Explique a 1a Lei da termodinâmica.
�
3 - P2070505 - A combustão de 1,0 mol de metano, CH4(g), libera 820,2 kJ nas condições-padrão, segundo a reação: 
CH4(g) + 2 O2(g) ( CO2(g) + 2 H2O(l)
Nestas condições, calcule:
a) A variação de entalpia quando 0,5 mol de metano queima totalmente na presença de oxigênio.
b) O trabalho envolvido na queima.
c) A variação de energia interna do sistema decorrente da queima.
4 - P2200506 - Gasolina e álcool têm sido muito usados no Brasil como combustíveis. Na comparação entre combustíveis, dois aspectos devem ser levados em conta: o calor liberado em sua queima e o preço. Considere as reações de combustão do álcool (1) e da gasolina (2), representadas pelas equações abaixo:
�
(1) 	CH3CH2OH(l) + 3O2(g) ( 2CO2(g) + 3H2O(l); (H°R = -1367,3 kJ mol-1
(2) 	2C8H18(l) + 25O2(g) ( 16CO2(g) + 18H2O(l); (H°R = -10941,4 kJ mol-1
a) Calcule a variação de energia interna na queima de 2 mol de etanol à pressão constante e à 25°C.
b) Sabendo-se que a densidade do álcool é 0,79 kg L-1 e que a densidade da gasolina é 0,70 kg L-1, diga qual desses dois combustíveis é o mais econômico em relação à variação de entalpia. Considere que o preço do álcool é 65% do preço da gasolina.
c) Considere agora que o preço do álcool é 75% do preço gasolina e compare o resultado com a resposta do item anterior. Mostre com cálculos.
5 – P4280608 - As reações 1 e 2 abaixo representam, respectivamente, a combustão do propano, C3H8, formando CO2(g) e H2O(l) e a vaporização da água. 
Reação 1	C3H8(g) + 5O2(g) ( 3CO2(g) + 4H2O(l) 
Reação 2	H2O(l) ( H2O(g) 		
a) Calcule o valor de (G° para a combustão do propano quando CO2(g) e H2O(g) são formados, sabendo que o valor de (G° para a reação 2 é +8,6 kJ mol-1.
b) Calcule a energia na forma de calor, envolvida na combustão de 1,10 g de propano de acordo com a reação 1.
c) A quantidade de calor calculada no item (b) é completamente transferida para um sistema constituído de 550 mL de água e uma peça de 1,00 kg de ferro. A temperatura inicial do sistema ferro-água é 20 oC. Calcule a temperatura final do sistema.
Dados:
Calor específico do ferro = 0,473 J g-1 oC-1 
Calor específico da água = 4,184 J g-1 oC-1
	Substância
	ΔHof, kJ mol-1
	ΔGof, kJ mol-1
	C3H8(g)
	-103,8
	-23,56
	CO2(g)
	-393,5
	-394,4
	H2O(l)
	-285,8
	-237,2
6 – P2081007 - A melamina, C3H6N6, uma substância fogoretardante, libera nitrogênio quando queimada. Para produzir melanina, utiliza-se uréia, (NH2)2CO, segundo a reação abaixo: 
6(NH2)2CO(s) 
 C3H6N6(s) + 3 CO2(g) + 6 NH3(g) 	(H = 469,4 kJ
a) Calcule o trabalho e a variação de energia interna, em kJ, envolvido na produção de 1,0 mol de melamina, a 550 K e pressão alta e constante. Considere que CO2 e NH3 comportam-se como gases ideais.
b) O trabalho e a variação de energia interna, calculados no item ‘a’, dependem do (H da reação? Justifique.
c) Faça uma previsão a respeito da variação de entropia, (S, na produção de melanina, segundo a reação acima e justifique sua resposta.
d) Explique, utilizando a segunda lei da termodinâmica, porque essa reação só é espontânea em temperaturas elevadas. 
1 - Resolução:
a) 	((( = (((f C2H5OH(g) - (((f C2H5OH(l) = -253 - (-277,4) = 24,1 kJ mol-1
(S( = S( C2H5OH(g) - S( C2H5OH(l) = 283 – 214 = 69 J mol-1 k-1
Como a transição de fase ocorre em situação de semi-equilíbrio pode se aplicar:
b) A variação de energia interna ocorre em duas etapas:
i) No aquecimento do líquido ii) Na vaporização do líquido
i) Aquecimento do etanol: nesse caso a variação na energia interna ((Ui) é devido ao ponto de calor devido ao aquecimento. Poderia usar a calorimetria para medir esse calor; pois na pressão constante,
q = ((	q = (( = m c (t
metanol = detanol.Vetanol = 0,79 g mL-1 x 1456 mL = 1150,2 g
(t = 76,1 °C - 25 °C = 51,1 °C	Q = 1150,2 . 2,46 . 51,1 = + 144.587 J
(Ui = q = 144587 J
ii) Vaporização do etanol: Na mudança de fase existe uma variação de entalpia (já calculado no item a por mol de etanol) e uma variação de volume devido a vaporização. Assim a variação de energia interna (Uii é igual a q + w.
(((vaporização = 24,1 kJ mol-1 ou 24100 J mol-1		netanol = 
Logo q = n. (((vap = 2 5. 24100= + 602.500 J
O trabalho envolvido é de expansão, logo	W = - (nRT = -25. 8,314. 349,2 = -71062 J
Assim, (Uii= q + w = 602.500 – 71062 = 531438
Logo, a variação de energia interna total será: 
(Utotal = (Ui + (Uii	= 144587 + 531438	 = 676025 J
 2 - Resolução:
a) Cálculo de q	q = (( = - 890 x 0,2 = 178 kJ
 Cálculo de w		Como (n = 0 	o trabalho é nulo	w = 0
Logo: (U = q 	e 	(U = - 178 kJ
b) Cálculo de q	q = (H = - 5434 x 0,2 = - 1087 kJ
 Cálculo de w	(n = 3,5 como são 0,2 moles de octano, tem-se: 
(n = 3,5 x 0,2 = 0,7 (expansão)		w = P(V = (n RT = - 2037 J	Logo: 	(U = - 1089 kJ
c) O octano, porque sua queima gera energia na forma de trabalho.
d) A 1ª lei da termodinâmica trata da conservação da energia, isto é: a variação da energia interna de um sistema é igual a soma das energias nas formas de calor e trabalho que tenham sido geradas.
3 - Resolução:
a) A variação da entalpia é: - (0,5 x 820,2) = - 410,1 kJ
b) O trabalho envolvido na queima é dado por P(V = (n R T.
Como (n = 2 para cada mol de CH4(g) queimado, tem-se (n = 1,0 para 0,5 mol de CH4(g) queimado. Assim, o trabalho é positivo e P(V = 1,0 x 0,082 x 298 = 24,46 atm L que corresponde a 24,46 atm L x 101,325 J atm-1 L = + 2,48 kJ
c) A variação da energia interna é: (U = w + q = 2,48 – 410,1 = - 407,6 kJ
4 - Resolução:
a) w = - (n RT	w = - (-1). 8,314 J. K-1 mol-1 298 K = 2,48 kJ mol-1
(U = q + w	(U = - 1367,3 kJ mol-1 + 2,48 kJ mol-1 = -1364,8 kJ mol-1 para 1 mol de EtOH
Para 2 mol de EtOH:	 (U = - 2729,6 kJ mol-1
b) mAl = 0,79 kg L-1 . 1L = 0,79 kg = 0,79 x 103 g
		qAl = -1367,3 kJ mol-1 . 17,17 mol = - 23477 kJ
mgas = 0,70 . 1 = 0,70 x 103 g		
qgas = -5470,7 . 6,14 = -33592 kJ
Se o álcool for vendido a 65% do preço da gasolina	-33592 . 0,65 = -21834,8 kJ ( o álcool é mais eficiente.
c) se for 75%			-33592 . 0,75 = -25194 kJ ( a gasolina é mais eficiente.
5 - Resolução:
a)
(1) C3H8(g) + 5O2(g) ( 3CO2(g) + 4H2O(l)	(G°1= ?
(2) 4H2O(l) (4H2O(g)				(G°2 = 4 x 8,6 = 34,4 kJ/mol
(1) C3H8(g) + 5O2(g)( 3CO2(g) + 4H2O(g)	(G°3 = ? = (G°1+(G°2
(G°1=( n(G°(Produtos - ( n(G°(Reagentes = {[4x(-237,2)] + [3x(-394,4)]} - {[5x(0)] + [1x(-23,56)]} 
(G°1={[-948,8] + [-1183,2]} - {[0] + [-23,56]} = {-2132} - {-23,56} =-2108,44 kJ/mol
(G°3 = (G°1+(G°2 = -2108,4 + 34,4 = 2074,0 kJ/mol
b) (H°1=( n(H°(Produtos - ( n(H°(Reagentes ={[4x(-285,8)] + [3x(-393,5)]} - {[5x(0)] + [1x(-103,8)]} 
(H°1={[-1143,2] + [-1180,5]} - {[0] + [-103,8]} ={-2323,7} - {-103,8} =-2219,9 kJ/mol
c) q (Fe + água) = m.c.(T = 55,37 x 103 J = [m1 c1 + m2 c2] .(T
55,37 x 103 J = 
 	55,37 x103 J = [473 J + 2301,2 J] . (T
(T = 20		 (T=T( - Ti	T( = (T+ Ti =20+20 = 40°C
6 - Resolução:
a) (H = (U + RT(n	469,4 = (U + 8,314(10(3(550(9
(U = 469,4 ( 8,314(10(3(550(9 = 469,4 ( 41,1 = 428,2 kJ mol(1
(H = q + w +RT(n	469,4 = 469,4 + w + 8,314(10(3(550(9
w = (8,314(10(3(550(9 = 41,2 kJ mol(1
b) O trabalho não depende da variação de entalpia da reação, enquanto que a energia interna depende.
c) A variação de entropia é maior que zero, pois existe formação de gases e, portanto, um aumento da desordem do sistema.
d) (G = (H (T(S	
Como (H > 0 e (S>0, então (G < 0 (reação espontânea) somente se:	(H < T(S
Como (S é geralmente um número pequeno comparado com (H, isso somente acontecerá em temperaturas altas.
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