4 - Lista de Exercícios

Profa. Marcia Margarete Meier
Disciplina FIQ1001
4 - Lista de Exercícios
1) A) Qual será o calor necessário para evaporar 100 mL de água destilada partindo de água
sólida à -50 oC até 100oC? B) Considerando o calor liberado durante a combustão do butano,
utilizado no gás de cozinha (exercício realizado em sala), determine quantas gramas de
butano serão necessárias para executar o processo descrito no item a).C) Esboce um gráfico,
tendo temperatura no eixo y e calor no eixo x, para o processo do item a).
Resposta: a) 3.115 x 105 J b) 6,8 g de butano
2) Determine o calor necessário para aquecer 100g de etanol de -50oC até sua completa
evaporação. Tf = 128,7 K; Teb = 352 K; ∆Hfusão = 4,60 kJ/mol; ∆Hvap = 43,5 kJ/mol; Cp
líquido=111,46 J/K.mol
Resposta: 125,6 kJ
3) Determine a entalpia para a seguinte reação, a 500 K e pressão constante.
CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)
Os seguintes dados são necessários:
Substância
CO
H2O
CO2
H2
Resposta: -40,33 kJ/mol
Cp (J/mol.K)
29,12
33,58
37,11
29,89
∆Hf (298K) KJ/mol
-110,5
-241,8
-393,5
0,00
4) Calcule o calor para a transformação de um mol de um gás ideal monoatômico de 27 o C
para 327 o C a 1 atm. Em duas situações: Cp independe da temperatura e Cp é função da
temperatura pela seguinte expressão: Cp = 20,9 + 0,042 T (J/mol.K). Compare os
resultados obtidos. Resposta: 6.235,5 kJ/mol e 11.940 J/mol
5) Considerando o CO2 como um gás ideal, calcular o trabalho realizado por 10 g desse
gás, expandindo-se isotérmica e reversivelmente de um volume de 5 litros para 10
litros, a 27 o C. R: -93,77 cal.
6) Faça as correlações corretas:
Processo expansão isotérmica •
Processo adiabático •
Expansão adiabática contra o vácuo •
Processo isocórico •
Processo isobárico •
Processo cíclio •
Processo compressão isotérmico •
• ∆E = w, q = 0
• ∆V = 0
• ∆P=0
• W = 0, q = 0, ∆E = 0
• ∆E = 0, w ≠0, q ≠0
• ∆T=0, w = (+)
• ∆T=0, w = (-)
7) Esboce diagramas para os seguintes processos, atentando para as inclinações das
retas:
a) Temperatura vs. calor para o metano sendo aquecido de -200oC a -180 oC.
1
8)
9)
10)
11)
12)
13)
14)
b) Temperatura vs. calor para o etanol sendo aquecido de -130oC a 100oC.
Qual é o enunciado da 1ª Lei da Termodinâmica? Qual sua importância prática?
Qual é o enunciado da 2ª Lei da Termodinâmica? Qual sua importância prática?
Qual é o enunciado da 3ª Lei da Termodinâmica? Qual sua importância prática?
O que é entalpia e qual sua relação com reações exotérmicas e endotérmicas
(represente em forma de diagrama de produtos e reagentes)?
O que é capacidade calorífica de um material e qual sua importância prática?
Considere a primeira lei da termodinâmica. A) Qual é o significado de energia interna
de um sistema? B) Quais os meios pelos quais a energia interna de um sistema pode
aumentar?
As caixas fechadas abaixo representam sistemas e as setas mostram as variações para
o sistema em um processo. Os comprimentos das setas representam os valores
relativos de q e w. a) Qual desses processos é endotérmico, qual será o sinal algébrico
de calor e entalpia, a pressão constante? B) Para qual desses processos, se houver
algum ∆E<0? C) Para qual desses sistemas, se houver algum, existe um ganho líquido
de energia interna?
(i)
(ii)
(iii)
15) Um gás ideal é descrito através de P, V e T, descreva quais as expressões algébricas
que permitem calcular w, q e ∆E para os seguintes processos:
Processo reversível à pressão constante ∆E=
(isobárico)
O que ocorre com T e V na expansão?
W=
q=
Processo reversível à volume constante ∆E=
(isocórico)
O que ocorre com P e T na expansão?
W=
q=
Processo reversível à temperatura constante ∆E=
(isotérmico)
2
O que ocorre com P e V na expansão?
W=
q=
Processo adiabático reversível
O que ocorre com P, T e V na expansão?
∆E=
W=
q=
16)
Por que ∆E=0 para o um processo cíclico?
17)
Um sistema se expande reversivelmente de um volume de 2,5 litros para 5,5 litros
contra uma pressão de oposição constante de 4,80 atm. Calcule:
a) O trabalho realizado pelo sistema sobre suas vizinhanças;
b) O trabalho realizado sobre o sistema pelas suas vizinhanças
R: a) -1,46 x 103 J; b) +1,46 x 103 J
18)
Três moles de um gás ideal são comprimidos irreversivelmente, de 60 litros para 20
litros, sob uma pressão externa de 5 atm. Calcule o trabalho. R: w = 20,26 kJ
19)
Um cilindro contendo 2 mol CO2 a 1 atm é mantido em um banho isotérmico de 300 K.
A pressão é reversívelmente aumentada para 4 atm. Determine w, q e ∆E para o processo.
Considere comportamento de gás ideal. R.: w= 6,9kJ; q = -6,9 kJ; ∆E=0
20)
Considerando a questão 20, explicar por que ∆E = 0.
21)
Considere a imagem abaixo com a representação de sistema, vizinhança e universo. Se
dentro do balão ocorre uma reação exotérmica (sem liberação de matéria) o calor será
recebido pela vizinhança, alterando a energia interna do sistema e da vizinhança. Qual será a
variação da energia interna deste universo?
23) Um mol de gás ideal é comprimido adiabaticamente num único estágio com uma pressão
oposta constante e igual a 1,00MPa. Inicialmente o gás está a 27o C e 0,100 MPa de pressão; a
pressão final é 1,00 MPa. Calcule a temperatura final do gás, q, w, ∆E e ∆H. Faça para os dois
casos:
3
a) Gás monoatômico, Cv = 1,5 R;
b) Gás diatômico, Cv = 2,5 R.
c)
Analise o que ocorre com os parâmetros P, T e V num processo de compressão
adiabática.
R: a) T2 = 1389 K; Q = 0; ∆U = +W = 13,5 kJ/mol; ∆H = 22,4 kJ/mol
b)T2 = 752 K; Q = 0; ∆U = -W = -9,41 kJ/mol; ∆H = 13,18 kJ/mol
24) Um mol de gás ideal a 27o C e 1,0 MPa de pressão é expandido adiabática e
reversivelmente até que a pressão final seja de 0,100 MPa. Calcule a temperatura final, Q, W,
∆E e ∆H para os dois casos, Cv = 1,5 R e Cv = 2,5 R.
R: a) T2 = 64,68 K; Q = 0; ∆U = -W = -2.934 kJ/mol; ∆H = -4,89 kJ/mol
c) T2 = 119,3 K; Q = 0; ∆U = -W = -3,75 kJ/mol; ∆H = -5,26 kJ/mol
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