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12) Um reservatório de 250 L contém 20 kg de um gás de massa molar 40 g/mol, sob pressão de 82 atm. (a) Use a equação do virial do volume truncada no termo C para determinar o fator de compressibilidade (Obs. - dê o resultado com quatro casas decimais); (b) Calcule a temperatura (em K) na qual se encontra o gás no reservatório. Dados: B = −0,03 L/mol; C = 0,0006 L2/mol2.

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2) As equações mostradas no final do item 2.2 da Apostila II (página 7) podem ser aplicadas também para sólidos. Sabendo-se que o cobre, a 20 ºC e 1 atm, possui volume molar igual a 7,11 cm3/mol, calcule o volume molar do cobre a 500 ºC, sob pressão atmosférica. São dados abaixo os valores de  e  para o cobre, considerados constantes. (Nessa temperatura, o cobre permanece no estado sólido, pois sua temperatura de fusão é de aproximadamente 1.085 ºC.)  = 0,0486 . 10-3 K-1;  = 0,091 . 10-10 Pa-1. V = 7,28 cm3/mol.

3) Vapor de água, inicialmente a 100 ºC e 10 kPa, é expandido isentropicamente até 1 kPa. Calcule a variação do volume durante o processo. (Para resolver este exercício, consulte as tabelas de vapor que se encontram no Apêndice C da Apostila II.) Resposta: V = 104.258 cm3/g.

4) Considerando o vapor nas condições iniciais mencionadas na questão anterior, calcule: (a) o volume molar do vapor, em L/mol; (b) o fator de compressibilidade; (c) o coeficiente B da equação do virial da pressão truncada no 2º termo, em L/mol. Observação: Dê as respostas dos itens (b) e (c) com três casas decimais. Respostas: (a) 309,42 L/mol; (b) 0,998; (c) -0,692 L/mol.

5) O gás natural é composto principalmente de metano (CH4) e é utilizado na produção de energia térmica e como combustível veicular. Os gasodutos que transportam o metano para os postos de combustível operam a 25 ºC e 250 atm. Calcule a densidade e o volume molar do metano nestas condições. Nos cálculos de volume molar, admita que ele se comporte como: (a) gás ideal; (b) gás real, conforme a equação de Redlich-Kwong. Para resolver a equação cúbica, use um software adequado ou o site sugerido na apostila. Dados: temperatura crítica = 215,5 K; pressão crítica = 45,8 atm; M = 16,0 g/mol. (Dica: a densidade pode ser calculada por m/Vt ou por M/V.) Respostas:  = 163,7 g/L; V = (a) 163,7 g/L; e (b) 199,5 g/L.

6) Nitrogênio encontra-se a 300 K em um vaso de volume constante e igual a 0,033 m3. A massa de gás no vaso é de 0,924 kg. (a) Usando a equação de Van der Waals, determine a pressão real do gás (em atm) nessas condições. (b) Calcule a pressão do gás (em atm) se ele fosse considerado como ideal; (c) Calcule o fator de compressibilidade do gás nas condições dadas no item (a). Use, para o N2, os seguintes parâmetros: a = 1,408 L2 atm mol−2; b = 0,0391 L mol−1; massa molar do N2 = 28 g mol−1. Respostas: (a) 24,2 atm; (b) 24,6 atm; (c) 0,9837.

7) Um gás hipotético encontra-se a 500 K sob pressão de 8,314 bar. Escreva, para esse gás, a equação virial do volume na forma cúbica. Os parâmetros B e C do gás são, respectivamente, -1,0.102 cm3/mol e -1,0.10-5 cm3/mol. Depois, considerando que o último termo da equação cúbica é desprezível (por ser muito pequeno), converta a expressão restante para uma equação do 2º grau e a resolva para estimar o volume molar do gás, tomando como válido o valor mais adequado entre as duas raízes da equação. Por fim, determine o fator de compressibilidade para o gás nas condições dadas. Respostas: V = 4895 cm3/mol; Z = 0,979.

8) Uma amostra de 2 mols de vapor de água, que se encontra a 127 ºC e 1000 kPa, deve ser aquecida isobaricamente até 427 ºC. Calcule a quantidade de calor (em kJ) que deve ser absorvida pelo vapor durante o aquecimento. Para o cálculo, use a seguinte expressão adimensional da capacidade calorífica molar, válida para o vapor de água comportando-se como gás ideal: c’P/R = 3,470 + 1,450.10−3 T. Resposta: 21,288 kJ.

9) O volume molar de um gás a 250 K e 15 atm é 12% menor do que o volume molar calculado pela lei dos gases ideais. Qual é o fator de compressibilidade do gás, nessas condições?

Para entregar no dia da prova (valendo 3,0 pontos): 11) Considere que 31,2 g de um composto orgânico (cuja massa molar é igual a 78 g/mol) encontram-se no estado líquido à temperatura de 7 ºC, sob pressão atmosférica. Ao receber calor em quantidade suficiente e mantida a pressão constante, a amostra é aquecida até 77 ºC. Calcule a variação de entalpia total (em joules) do composto orgânico, sabendo que sua capacidade calorífica molar, no estado líquido, é dependente da temperatura conforme a expressão abaixo: c’P = 6,21 + 5,65.10−5 T – 3,15.10−8 T2 (J mol−1 K−1)