universidade federal de pelotas – 2006/1

Química Geral
Termoquímica e Termodinâmica
Profa. Daniela Bianchini
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
INSTITUTO DE QUÍMICA E GEOCIÊNCIAS
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA ANALÍTICA E INORGÂNICA
NONA LISTA DE EXERCÍCIOS
1) Classifique como endotérmica ou exotérmica as seguintes reações:
a) CH4(g) + 2O2(g)  CO2(g) + 2H2O(L) H = -890 kJ/mol
b) 2C(s) + H2(g)  C2H2(g) H = +227 kJ/mol
c) NaCl(s)  NaCl(aq) H = +3,9 kJ/mol
2) Calcule as entalpias das reações abaixo, no sentido inverso:
a) 2NO2(g) N2O4(g) H = -58,44 kJ/mol
b) NH3(g) + HCl(g)  NH4Cl(s) H = -176 kJ/mol
c) HCl(g) + NaOH(s)  NaCl(s) + H2O(L) H = -178,87 kJ/mol
3) Por que ∆U e ∆H são aproximadamente iguais nos processos de fusão e de congelamento, mas
são diferentes nos processos de vaporização e condensação?
4) Para quais dos seguintes processos são significativamente diferentes as medidas de ∆U e ∆H?
a) fusão do CO2 sólido
b) sublimação do naftaleno sólido
c) CaO sólido e CO2 gasoso juntos para formar CaCO3 sólido
d) HCl gasoso e NH3 gasoso combinados para formar NH4Cl sólido
e) H2 gasoso e Cl2 gasoso combinados para formar HCl gasoso
5) Quando uma determinada reação se verifica a volume constante, 10,0 kJ de calor são
absorvidos pelo sistema das vizinhanças. Calcule o valor de a) q, b) ∆U, c) ∆H e d) w.
6) Uma determinada reação se realiza a pressão constante. Se 8,0 kJ de calor são absorvidos pelo
sistema, e 3,0 kJ de trabalho são realizados pelo sistema sobre as vizinhanças, qual é o valor de
a) q, b) ∆U, c) ∆H e d) w.
7) Uma determinada reação se realiza a pressão constante. Se 8,0 kJ de calor são liberados pelo
sistema, e 2,0 kJ de trabalho são realizados pelo sistema sobre as vizinhanças, qual é o valor de
a) q, b) ∆U, c) ∆H e d) w.
8) Calcule o calor de formação do etano a partir do carbono e do hidrogênio, conhecendo o calor
de combustão do etano e os calores de formação da água e do gás carbônico. Dados: ∆Hc (etano)
= -372,82 kcal/mol; ∆Hf (H2O) = -68,32 kcal/mol, ∆Hf (CO2) = -94,05 kcal/mol
9) Sabe-se que o calor de formação do Fe2O3(s) e do Al2O3(s) é -196,5 e -399,1 kcal/mol,
respectivamente. A partir destes dados determine o calor de reação de: Fe2O3(s) + 2Al(s) → 2Fe(s)
+ Al2O3(s).
10) Escreva as equações termoquímicas mostrando o calor de combustão molar para as seguintes
substâncias, sendo dados seus calores de combustão por grama: naftaleno (C10H8), 9,63 kcal/g;
sacarose (C12H22O11), 3,94 kcal/g.
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Termoquímica e Termodinâmica
Profa. Daniela Bianchini
11) Determine as entalpias padrões de formação das substâncias sublinhadas. Exceto onde
estiver assinalado, todas as substâncias estão no estado gasoso.
a) C2H6 + 7/2O2 → 2CO2 + 3H2O(L) ∆H = -368,4 kcal/mol
b) C6H6 + 15/2O2 → 6CO2 + 3H2O(L) ∆H = -782,3 kcal/mol
c) CH3NO2 + 7/4O2 → CO2 + 3/2H2O(L) + NO2 ∆H = -169,2 kcal/mol
DADOS: ∆Hf (kcal/mol): CO2 = -94,05; NO2 = +8,09; H2O(L) = -68,32
12) Calcule a entalpia da ligação N-H, como ela se apresenta no NH3, a partir dos seguintes
dados: (todas as substâncias estão no estado gasoso)
2NH3 + 11/2O2 → N2 + 3H2O ∆H = -182,8 kcal
3H2O → 11/2O2 + 3 H2 ∆H = 204,9 kcal
N2 → 2N ∆H = 170 kcal
3H2 → 6H ∆H = 309 kcal
13) Calcule a entalpia de formação do H2SO4(L) utilizando as seguintes informações:
∆Hf H2O(L) = -68,32 kcal/mol; ∆Hf SO2(g) = -70,9 kcal/mol
SO2(g) + 1/2O2(g) → SO3(g) ∆H = -46,8 kcal/mol
SO3(g) + H2O(L) → H2SO4(L) ∆H = -21 kcal/mol
14) Qual é o calor necessário para elevar a temperatura de 146 g de cobre de 46,1 a 98,2oC. A
capacidade calorífica do Cu(s) é 24,4 J.K-1.mol-1.
15) Calcule a quantidade de calor liberado por uma peça de prata pesando 42,1 g quando se
esfria de 14,0 a -32,1oC. A capacidade calorífica da Ag(s) é 25,4 J.K-1.mol-1.
16) Uma peça de ouro à temperatura do corpo (37,00oC) é jogada em 20,0 g de água a 10,00oC.
Se a temperatura final for 10,99oC qual será massa da peça?
Dados: Capacidade calorífica do Au(s): 25,4 J.K-1.mol-1; Capacidade calorífica da H2O(L); 75,3
J.K-1.mol-1.
17) Quando 10,0 g de um certo metal a 90,0oC são adicionados a 30,0 g de água a 20,0oC, a
temperatura final é 24,0oC. Considerando o calor específico da água como sendo 1,00 cal/goC,
determine:
a) a quantidade de calor absorvido pela água
b) calor específico do metal
18) ∆S para uma certa reação é 100 J.K-1 mol-1. Se a reação ocorre espontaneamente, qual deve
ser o sinal de ∆H para o processo?
19) Suponha que para um dado processo o valor de ∆H é 50 kJ, e que o valor de ∆S é 120 J.K-1
mol-1. O processo é espontâneo a 25oC?
20) Calcule ∆G para uma reação a 300 K que tem ∆H igual -109,2 kcal e ∆S igual a 32,6 J.K-1.
21) Determine se cada um dos seguintes processos ocorrerá espontaneamente a 25oC:
a) ∆G para o sistema = -3,5 kJ
b) ∆H = -6,4 kcal e ∆S = 11,4 cal.K-1
c) ∆H = 42,2 kcal e ∆S = -8,1 cal.K-1
d) ∆H = 19,2 kJ e ∆S = 41,6 J.K-1
e) ∆H = 86,4 kJ e ∆S = 8,9 J.K-1
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Termoquímica e Termodinâmica
Profa. Daniela Bianchini
22) A variação em energia para a combustão de 1 mol de metano (CH4) em um cilindro, de
acordo com a reação CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g) é -892,4 kJ. Se um pistão está
conectado, o cilindro executa 492 kJ de trabalho de expansão devido à combustão. Quanto calor
é trocado pelo sistema?
23) O que é o calor de formação? Por que ele é igual a zero para elementos na sua forma mais
estável na temperatura e pressão indicadas?
24) Um determinado processo é realizado a pressão constante, na temperatura de 27oC. O calor
que entra no sistema é de 5 kJ, enquanto que o sistema realiza um trabalho de 10 kJ.
a) Qual é a variação de energia do sistema?
b) Se a variação de volume nesse processo foi de 10 L, qual era a pressão externa?
c) Qual o sinal da variação de entropia para este caso? Explique.
d) Se o valor absoluto dessa variação de entropia for de 10 J/K, qual será o valor da variação de
energia livre? O processo é espontâneo ou forçado? Justifique.
e) Qual seria o calor trocado se o mesmo processo fosse realizado a pressão variável, mas a
volume constante?
RESPOSTAS DOS EXERCÍCIOS
4) b, c, d
5) q = 10,0 kJ; ∆U = 10,0 kJ; ∆H = 10,0 kJ; w = 0
6) q = 8,0 kJ; ∆U = 5,0 kJ; ∆H = 8,0 kJ; w = - 3,0 kJ
7) q = -8,0 kJ; ∆U = -10,0 kJ; ∆H = -8,0 kJ; w = -2,0 kJ
8) -20,24 kcal/mol
9) -202,6 kcal/mol
10) ∆Hc (C10H8) = -1,23 x 103 kcal/mol; ∆Hc (C12H22O11) = -1,35 x 103 kcal/mol
11) a) -24,66 kcal/mol; b) 13,04 kcal/mol; c) -19,24 kcal/mol
12) 83,5 kcal/mol
13) -207,02 kcal/mol
14) 2,92 kJ
15) -457 J
16) 24,7 g
17) a) 120 cal; b) 0,182 cal.g-1.K-1
19) ∆G = 14,24 kJ, processo não espontâneo
20) ∆G = -466,7 kJ ou ∆G = -111,5 kcal
21) a) ∆G < 0, processo espontâneo
b) ∆G = -19,8 kcal, processo espontâneo
c) ∆G = +44,6 kcal, processo não espontâneo
d) ∆G = +6,8 kJ, processo não espontâneo
e) ∆G = +83,75 kJ, processo não espontâneo
22) -400,4 kJ
24) a) -5000 J; b) 9,86 atm; c) ∆S > 0; d) ∆G = 2000 J; e) +5000 J