5 - Lista de Exercícios

Profa. Marcia Margarete Meier
Disciplina FIQ1001
5 - Lista de Exercícios
1) Para utilizar a entropia na avaliação da espontaneidade de um processo, devemos
considerar as variações da entropia do sistema mais a variação de entropia das vizinhanças.
Neste sentido, considere o diagrama abaixo que representa o sistema e vizinhança de um
sistema fechado. Complete a tabela com as expressos matemáticas que calculam a entropia
quando uma reação química exotérmica ocorre dentro do balão:
Universo = sistema + vizinhança
Equação que descreve ∆S do sistema (reação
química):
Equação que descreve ∆S da vizinhança
(recebe ou doa o calor para o sistema):
Equação que descreve ∆S do universo:
2) Responda se a reação de combustão do magnésio é espontânea a 298K. Dado:
2Mg(s) + O2(g) → 2MgO(s)
∆So = -217 J/K
∆Ho = -1.202 kJ
Resposta: ∆SUniv = +3,81 x103 J/K, portanto é espontânea.
3) A formação do fluoreto de hidrogênio gasoso a partir de seus elementos em suas
formas mais estáveis é espontânea a 25oC? A variação de entropia e entalpia para esta
reação são: ∆So = +14,1 J/K
∆Ho =-546,4 kJ
Resposta: ∆SUniv = +1.848 J/K, portanto é espontânea.
4) A formação do benzeno líquido a partir de seus elementos em suas formas mais
estáveis é espontânea a 25oC? A variação de entropia e entalpia para esta reação são:
∆So = -253,18 J/K
∆Ho =+49,0 kJ
Resposta: ∆SUniv = -417,6 J/K, portanto não é espontânea
5) Avalie criticamente as reações das questões 2,3 e 4.
a)Como justificar a espontaneidade da reação de formação do MgO(s) partindo de um
reagente gasoso (altamente desorganizado) para um produto sólido (mais
organizado)?
b) Porque a reação de formação do fluoreto de hidrogênio gasoso tem uma variação
da entropia total menor que a reação de produto do óxido de magnésio, apesar dele
ser sólido?
6) Por que entropia é conhecida como energia dispersiva?
7) Qual será a variação da entropia de processos que estão em equilíbrio químico,
equilíbrio térmico e equilíbrio mecânico? Justifique.
1
Quando uma reação atinge o equilíbrio químico não há tendência de gerar mais
produtos ou dos produtos sofrerem decomposição e retornarem a reagentes. Um
outro exemplo é um bloco de metal que atinge equilíbrio térmico com sua vizinhança.
Neste momento, o sistema e vizinhança tem a mesma temperatura e não há mais
fluxo de calor entre eles, portanto a variação da entropia total será nula. Quando a
pressão interna de um gás confinado em um cilindro é igual a pressão externa, o
sistema está em equilíbrio mecânico, pois não há mais trabalho sendo executado
sobre ou pelo gás e não há mais fluxo de calor, portanto não há mais transferência de
energia e a organização do universo se mantém inalterada.
8) Qual será a ∆Ssis, ∆Sviz e ∆S total (Universo) quando 1 mol de gelo está em presença de
1 mol de água líquida, ambos a 273,15oC? O sistema está em equilíbrio? Considere que
o gelo é o sistema e que a água líquida é a vizinhança. Lembre-se que para formar o
gelo, calor é transferido para a vizinhança. Dado ∆Hfusão = 6,01 kJ/mol e ∆Sfusão = +22,0
J/K.mol.
Resposta: ∆Ssis = +22,0 J/K ∆Sviz= -22,0 J/K e ∆S total = 0
9) Confirme que o benzeno líquido e o vapor do benzeno estão em equilíbrio no ponto normal
de ebulição do benzeno, 80,1 oC, e 1 atm de pressão. A entalpia de vaporização no ponto de
ebulição é 30,8 kJ/mol e sua entropia de vaporização é +87,2 J/K.mol.
Resposta: ∆Ssis = 87,2 J/K ∆Sviz= -87,2 J/K e ∆S total = 0
10)
Considerando o CO2 como um gás ideal, calcular ∆Ssis 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: +1,308 J/K
11)
Um cilindro contendo 2 mol CO2 a 1 atm é mantido em um banho isotérmico de 300 K.
A pressão é reversivelmente aumentada para 4 atm. Determine ∆Ssis para o processo.
Considere comportamento de gás ideal. R.: ∆Ssis = -23,05 J/K
12)
Determine a variação de entropia para 1 mol de hélio inicialmente a 298K e 1,50 atm
que é comprimido para 15,0 atm a 100,0 K. Como entropia é uma função de estado, seu valor
independe do caminho. O processo acima pode ser dividido em duas etapas: 1) expansão
isotérmica a 298 K, com a pressão variando de 1,50 atm a 15,0 atm; 2) aquecimento isobárico
de 298 K e 15,0 atm a 100,0 K a 15,0 atm).
Resposta: Etapa 1 = -19,1 J/K; Etapa 2 = -22,7 J/K. ∆S total= -41,8 J/K
13) Qual é a variação de entropia da reação:
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l)
A 99oC e pressão padrão (1 atm)? Considere as capacidades caloríficas de H2, O2, H2O
como constantes a 28,8, 29,4 e 75,3 J/mol.K, respectivamente. Utilize as quantidades
molares com base na reação química balanceada e no comportamento de gás ideal.
Resposta: -312,6 J/K
-
2