QB70D - Lista Termodinâmica

Ministério da Educação
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
Câmpus Curitiba
Lista de Exercícios – Termodinâmica
Curso:______________________________________________________________
Data:______/______/________
Nome:______________________________________________________Turma:_________
Disciplina: Química (QB70D) - Profª Loraine
1.
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Defina:
Fronteira Adiabática:
Fronteira Diatérmica:
Sistema Aberto:
Sistema Fechado:
Sistema Isolado:
Processo Isotérmico:
Processo Endotérmico:
Processo Exotérmico:
2. Uma amostra contendo 45g de MnCl2 é aquecida de 20,5oC para 90 oC. Na hipótese de que a
capacidade calorífica do outro seja constante neste intervalo, calcule o calor deste processo.
Dados: massas molares Mn- 54,94g / Cl – 35,45g; Capacidade calorífica MnCl2: 72,9J oC-1.
mol-1).
3.
a)
b)
c)
d)
Qual será o sinal para o sistema quando:
A vizinhança perde calor:
A vizinhança absorve calor:
A vizinhança realiza trabalho:
A vizinhança sofre trabalho:
4. Algumas reações químicas se processam espontaneamente, porém outras necessitam
absorver energia de uma fonte externa. Caracterize, nos diagramas abaixo, a variação de
entalpia das reações, identificando-as como endotérmicas e exotérmicas.
5. Observe o esquema abaixo:
`
De acordo com o esquema apresentado, podemos dizer que esse processo deverá ser:
a) endotérmico, com H = + 1.870 kJ. c) exotérmico e liberar 130 kJ.
b) endotérmico e absorver 130 kJ. d) exotérmico, com H = -1.870 kJ.
6. Considere as equações:
A reação química em que há maior quantidade de calor liberado, em kJ/mol, é:
a)I
b) II
c) III
d) IV e) V
7.
a)
b)
c)
Um sistema com volume de 45L absorve 5kJ de calor. Calcule: (Dados: 1L.atm = 101,3kJ)
O trabalho de expansão quando o volume passar para 75L a 1atm de pressão.
U quando o calor é absorvido a volume constante.
O trabalho de expansão e U quando o sistema expande para um volume de 90L contra
pressão constante de 0,7atm
8. Em um texto encontramos a seguinte frase: “Quando a água sofre fusão, ocorre uma reação
química exotérmica”. Na frase há:
a)apenas um erro, porque a água não se funde.
b)apenas um erro, porque a reação química é endotérmica.
c) apenas um erro, porque não se trata de uma reação química, mas de processo químico.
d)dois erros, porque não se trata de reação química nem o processo químico é exotérmico.
e)três erros, porque a água não se funde, não ocorre reação química e o processo físico é
endotérmico.
9. Em uma reação química realizada a temperatura constante, encontramos os seguintes
valores termodinâmicos:
U= -3,2 kcal
H = -3,6 kcal
Pergunta-se:
a) A reação é exotérmica ou endotérmica?
b) A reação se processa com aumento ou com diminuição de volume?
c) Qual é o trabalho correspondente?
10. Coloque as reações mencionadas abaixo em ordem crescente de liberação de calor,
indicando esse fato em um gráfico de entalpia.
S (s) + O2 (g)  SO2 (g) H1
S (l) + O2 (g)  SO2 (g) H2
S (g) + O2 (g)  SO2 (g) H3
11.
12.
13.
14.
15.
O que é entalpia padrão de formação de uma substância?
O que é entalpia de combustão de uma substância?
O que é entalpia de neutralização?
O que é energia de ligação?
Considere os dados da tabela abaixo, a 25 °C e 1 atm.
a) Calcule a variação de entalpia (em kJ/mol) quando a base reage com o ácido para formar o
correspondente sal.
b) Essa reação de salificação é exotérmica ou endotérmica? Por quê?
16. Calcule a variação de entalpia na reação 2 HBr (g) + Cl2 (g)  2 HCl (g) + Br2 (g),
conhecendo as seguintes energias de ligação, todas nas mesmas condições de pressão e
temperatura:
17. Muitos carros utilizam o álcool etílico como combustível. Sabendo que sua combustão total é
representada pela equação química balanceada:
C2H5OH(l) + 3 O2(g)  2 CO2(g) + 3 H2O
ΔH = - 327 kcal/mol
A quantidade de calor liberada na queima de 141 g de álcool etílico é, aproximadamente:
a) – 1366,86kJ b) – 192,28kJ c) – 4.180kJ
d) – 41.800kJ e) – 192.280kJ
18. Considere a 1ª Lei da Termodinâmica, leia atentamente o enunciado e complete a frase:
Se um sistema sofre uma transformação física ou química tal que … (A a F) então … (1 a 9)
1.∆U = 0
2.∆U > 0
3.∆U < 0
4.Q = 0
5.Q < 0
6.Q > 0
7.W = 0
8.W < 0
9.W > 0
___A– a sua energia interna aumenta
___B– a sua energia interna não varia
___C– não há troca de energia como calor com o meio envolvente
___D– o sistema cede energia como calor ao meio envolvente
___E– o seu volume não se altera
___F – o volume do sistema diminui por ação da pressão exterior
19. Considere as seguintes equações químicas, à temperatura de 300K:
1. 2H2O2(g) → 2H2O(g) + O2(g) ∆S°= 31,0 kcalK –1mol –1
∆H°= –50,5 kcalK –1mol –1
–1
–1
2. N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g)
∆S°= –28,7 calK mol
∆H°= 16,2 kcalK –1mol –1
–1
–1
3. 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)
∆S°= –47,4 kcalK mol
∆H°= –22,1 kcalK –1mol –1
Com base nos dados anteriormente fornecidos, justifique as seguintes afirmações:
a) A reação química traduzida pela equação representada por 1 é uma reação espontânea.
b) A reação química traduzida pela equação representada por 2 não é uma reação espontânea.
c) A reação química traduzida pela equação representada por 3 é uma reação que pode ser
espontânea
20. Considere o seguinte conjunto de afirmações, classifique-as de Verdadeira (V) ou Falsa (F):
( ) Para uma reação exotérmica em recipiente fechado e indeformável ∆U < 0.
( ) Para uma reação endotérmica em recipiente fechado que ocorra com aumento de volume ∆U é
sempre positivo.
( ) Se considerarmos um sistema e o meio exterior globalmente isolados, então ∆sist. + ∆ext. = 0
( ) Num sistema fechado, não há trocas de energia, sob a forma de calor, com o exterior.
21. Assinale a afirmação correta que completa a seguinte frase: Uma reação espontânea a
qualquer temperatura apresenta….
a.
b.
c.
d.
e.
∆H < 0 e ∆ S < 0
∆H<0 e∆S>0
∆ H > 0 e ∆S < 0
∆H>0 e∆S>0
∆ H > 0 e ∆S = 0
22. Considere a reacção de vaporização do dissulfito de carbono:
CS2(l) → CS2(g).
Sabendo que:
∆H0f (CS2 (g)) = 117 kJmol –1
∆H0 f (CS2 (l)) = 89 kJmol –1
∆Sf (CS2 (l) →CS2 (g)) = 87 Jmol –1
Calcule a variação da energia de Gibbs, para esta transição de fase, à temperatura de 25°C.
23. Assinale, inscrevendo uma cruz no quadrado que a precede, a condição que completa,
corretamente, a seguinte afirmação:
O valor de ∆G para uma reação química em situação de equilíbrio é
a.
igual a 1
b.
igual a 0
c.
maior do que 1
d.
menor do que 1 mas diferente de 0
24. Classifique as afirmações em Verdadeira(V) ou Falsa (F).
( )Durante a expansão de um gás, o trabalho efetuado é positivo.
( )A energia interna de um gás que sofre uma compressão, sem fornecimento de calor, aumenta.
( )Uma reação química exotérmica e espontânea deverá apresentar: ∆S < 0, ∆H < 0 e ∆G < 0.
( )Para que uma reação ocorra espontaneamente deve ser verdadeira a expressão ∆S > ∆H/T.
i.
ii.
25. Com base na seguinte informação:
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(l)
∆H = -286 kJ
H2(g) + ½ O2(g)  H2O(g)
∆H = -242 kJ
Calcule o calor de vaporização da água. Comente o resultado
26. 4,0 kJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule ΔU para o ar se (a) nenhum
trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 kJ de trabalho; (c) 1,0 kJ de
trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido.
27. Uma certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema absorve das
vizinhanças 125 kJ de calor, e como o sistema se expande no decorrer reação, ele realiza um
trabalho de 12 kJ sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, ΔU, ΔH do sistema.
28. As variações de entalpia (ΔH) do oxigênio, do estanho e dos seus óxidos, a 298 K e 1 bar,
estão representadas no diagrama:
Assim, a formação do SnO(s), a partir dos elementos, corresponde a uma variação de entalpia de –
286 kJ/mol.
a) Calcule a variação de entalpia (ΔH1) correspondente à decomposição do SnO2(s) nos respectivos
elementos, a 298 K e 1 bar.
b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de entalpia (ΔH2) da reação entre o
óxido de estanho II e o oxigênio, produzindo o óxido de estanho IV, a 298 K e 1 bar.
29. O gás cloro (Cl2) amarelo-esverdeado é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água
existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl) — um ácido forte, capaz de causar
graves lesões internas, conforme a seguinte reação:
Cl2(g) + H2O(g)  HCl(g) + HClO(g)
Ligação Energia de ligação (kJ/mol)
Cl – Cl
243
H–O
464
H – Cl
431
Cl – O
205
Utilizando os dados constantes na tabela anterior, calcule variação de entalpia, em kJ/mol.
22) Um passo no processo de produção de ferro metálico, Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO)
com monóxido de carbono (CO).
FeO(s) + CO(g)  Fe(s) + CO2(g)
ΔH = x
Utilizando as equações termoquímicas fornecidas a seguir, determine o valor de x:
Fe2O3(s) + 3 CO(g)  2 Fe(s) + 3 CO2(g) ΔH = –25 kJ
3 FeO(s) + CO2(g)  Fe3O4(s) + CO(g)
ΔH = –36 kJ
2 Fe3O4(s) + CO2(g)  3 Fe2O3(s) + CO(g) ΔH = +47 kJ
30. Em um sistema biológico a tendência é que haja a diminuição da entropia (ΔS0). No entanto,
quando nos alimentamos, a entropia em nosso organismo aumenta. Explique qual o processo
que ocorre para que a entropia de nosso organismo diminua.
31. Uma amostra de 25g de AgCl é aquecida de 25 oC para 43 oC. Sendo a capacidade
calorífica constante neste intervalo, calcule a quantidade de calor absorvida pelo AgCl.
(Dados; capacidade calorífica 50,8 J/oC.mol; Massa Atômica: 143)
32. Um sistema com volume de 25L libera 2kJ de calor. Calcule ΔU para o sistema quando este
se expande para 63L, contra uma pressão constate de 1atm.
33. Calcule a entropia de uma garrafa de água que foi submetida a aquecimento onde houve a
transferência de energia de 140J para a água a 40 oC.
34. Uma amostra contendo 2mols de NH3(g) teve sua temperatura aumentada de 45 oC para 195
o
C. Qual a variação de entropia do sistema? (Dado: capacidade calorífica 35,1 J/ oC.mol).
35. Confirme que o benzeno líquido e o vapor de benzeno estão em equilíbrio no ponto normal
de ebulição do benzeno (80,1oC e 1atm). A entalpia de vaporização no ponto de ebulição é
de 30,8kJ/mol e sua entropia de vaporização é de 87,2J/K.mol.
36. Calcule a energia livre molar (Energia Livre de Gibbs) para o processo H2O(l)  H2O (g)
quando a temperatura for de:
a) 95 oC.
b) 105 oC .
A entalpia de vaporização é de 40,7kJ/mol e a entropia de vaporização é de 109,1J/K.mol. Indique se
a vaporização é ou não espontânea em cada caso.
37. Uma amostra de 56g de acetileno C2H4(g) em um conjunto com pistão inicialmente com 25L
se expande para o volume de 90L em pressão constante de 1 atm sobre suas vizinhanças ao
mesmo tempo que a temperatura tem variação de 30oC para 60oC. Dados: CC2H4: 219,5 J.K1
.mol-1
a) Qual o calor envolvido no processo?
b) Qual o trabalho de expansão do gás durante este processo?
c) Qual a variação de energia interna do gás durante este processo?
38. Calcule:
a) Em seu ponto de ebulição a vaporização de 0,235 mol de CH4 (l) requer 1,93 kJ de
calor. Qual é a entalpia de vaporização do metano?
b) Um aquecedor elétrico foi imerso em um frasco de etanol em ebulição, C2H5OH, e
22,45 g de etanol foram vaporizados quando 21,2 kJ de energia foram fornecidos.
Qual é a entalpia de vaporização do etanol?
39. Um processo não espontâneo, exotérmico com S negativo pode tornar-se espontâneo se a
temperatura for aumentada?
40. Um processo não espontâneo, endotérmico, com S negativo pode tornar-se espontâneo se
a temperatura for aumentada?