2ª Lista de Exercícios Físico-Química - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)
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A_Santos8 de Março de 2013

2ª Lista de Exercícios Físico-Química - Exercícios - Física, Notas de estudo de Física. Universidade Federal da Bahia (UFBA)

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Apostilas e exercicios de Física da Universidade Federal Fluminense, lista de exercicios.
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Universidade Federal Fluminense - Departamento de Físico-química. Disciplina: Físico- Química I - 2a Lista de exercícios - 2/2007 1

1. Graças à atividade metabólica cada individuo humano produz cerca de 10 MJ de calor, em média, por dia. Se o corpo humano fosse um sistema isolado, com 65 kg de massa e capacidade calorífica de água, qual seria a elevação de temperatura em um dia? Na realidade, o corpo humano é um sistema aberto, e o principal mecanismo de perda de calor é através da evaporação da água. Que massa de água deve ser evaporada, em cada dia, para manter constante a temperatura do corpo? R.: 37 K; 4,09 kg

2. Um mol de um gás ideal a 27 oC e 0,100 MPa é comprimido adiabaticamente e reversivelmente a uma pressão final de 1,00 MPa. Calcule a temperatura final, Q, W, ΔU e ΔH considerando o gás monoatômico e diatômico.

3. Um mol de um gás ideal a 27 oC e 1,00 MPa de pressão é expandido adiabaticamente a uma

pressão final de 0,100 MPa contra uma pressão externa de 0,100 MPa. Calcule a temperatura final do gás, Q, W, ΔU e ΔH, para os dois casos gás monoatômico e gás diatômico.

4. Ummol de nitrogênio ocupa o volume de 2,421 L a 435 oC. Mediante processo adiabático

reversível o gás é expandido até ocupar o volume de 5,037 L. Determine a temperatura final e a variação de energia interna do gás. Usar a equação de van der Waals com a = 1,39 atm.L2.mol-2; b = 0,039 L.mol-1 e VC = 5,15 cal.K

-1.mol-1. R.: 534 K; -888,9 cal. 5. Uma amostra de 1 mol de um gás perfeito monoatômico, efetua o ciclo da figura abaixo.

Calcular as temperaturas em 1,2 e 3. Calcular Q, W, ΔU e Δ H para cada etapa do ciclo e para o ciclo total.

11,22 22,44 33,66 44,88 56,10

0,25

0,50

0,75

1,00

1,25

3

2

V(L)

p(atm) 1

6. 2,0 moles de gás ideal (Cv = 3/2R) realizam o ciclo da figura abaixo. Sabendo que na última

etapa não há fluxo de calor e que a temperatura no início da primeira etapa é igual a do final da segunda etapa, calcule Q, W, ΔU e ΔH para cada etapa do ciclo. (R = 2,0 cal/Kmol) .

R.: Etapa Q (cal) W (cal) ΔU(cal) ΔH(cal)

A 1829,0 731,6 1097,4 1829,0 B -1097,4 0 -1097,4 -1829,0 C -457,0 -182,8 -274,2 -457,0 D 0 -274,2 274,2 457,0

2,0 4,0 V(l)

C

A

BD

15,0 p (atm)

7. A 25 oC e 1 atm de pressão temos os dados Substância H2 (g) C (grafita) C6H6 (l) C2H2 (g)

ΔHocombustão /(kJ/mol) -285,83 -393,51 -3267,62 -1299,58 a. Calcule o calor de formação do benzeno líquido b. Calcule o calor de reação para a reação 3C2H2 (g) → C6H6 (l)

8. Para as seguintes reações a 25 oC

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CaC2 (s) + 2 H2O (l) → Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g) .........ΔHo = -127,9 kJ/mol

Ca (s) + 1/2 O2 (g) → CaO (s) .........ΔHo = -635,9 kJ/mol CaO (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (s) .........ΔHo = -65,2 kJ/mol

O calor de combustão da grafita é -393,51 kJ/mol e o do C2H2 (g) é -1299,58 kJ/mol. Calcule o calor de formação do CaC2 (s) a 25 oC

9. Dos calores de solução a 25 oC Solução H2SO4.600 Aq KOH.200 Aq KHSO4.800 Aq K2SO4.1000 Aq ΔHo / (kJ/mol) -890,98 -481,74 -1148,8 -1412,98 Calcule ΔHo para as reações

H2SO4.600 Aq + KOH.200 Aq → KHSO4.800 Aq + H2O (l) KHSO4.800 Aq + KOH.200 Aq → K2SO4.1000 Aq + H2O (l)

O calor de formação de H2O (l) é -285,83 kJ/mol. 10. Entre 831K e 1000K ΔH0T(kJ) = 88,07 + 2,12x10-5 K-2 T2 para a reação

1. Ag(s)+ ½ I2 (g)→AgI (l). Calcule ΔCop para esta reação à 1000K R.: 42,4 J/K.

11. Para a reação

C (garfita) + H2O (g) → CO (s) + H2 (g) .........ΔHo298 = 131,28 kJ/mol Os valores de ).//( molKJC p são: garfita, 8,53; H2O(g), 33,58; CO (g), 29,12; H2 (g), 28,82. Calcule o valor de ΔHo a 125 oC.

12. A enzima catalase catalisa a decomposição do peróxido de hidrogênio pela reação exotérmica

)( 2 1)()( 2222 gOlOHaqOH

catalase +⎯⎯ →⎯

estime a concentração mínima detectável de H2O2 se uma pequena quantidade de catalase (sólida) é adicionada a uma solução de peróxido de hidrogênio em um calorímetro. Assuma que um crescimento de 0,02 oC pode ser detectado. Você pode usar a capacidade calorífica de 4,18 kJ.K-1.kg-1 para a solução de peróxido de hidrogênio.

13. A partir dos dados da tabela abaixo, calcule a entalpia das ligações a. Ligação C-H no CH4 b. Ligação simples C-C no C2H6 c. Ligação dupla C=C no C2H4 d. Ligação tripla C≡C no C2H2

Substância ΔHof / (kJ/mol) CH4 -74,8 C2H6 -84,7 C2H4 52,3 C2H2 226,7

14. Consideremos o seguinte ciclo usando um mol de gás ideal, inicialmente a 25 oC e 1 atm de

pressão, Etapa 1: Expansão isotérmica contra uma pressão nula até dobrar o volume Etapa 2: Compressão reversível isotérmica de ½ atm para 1 atm

a. Calcule o valor de ∫ / T Qd

b. Calcule ΔS para a etapa 2.

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c. Calcule ΔS para a etapa 1. d. Mostre que ΔS não é igual ao valor de Q/T para a etapa 1.

15. Um mol de monóxido de carbono é levado de 25 oC e 5 atm para 125 oC e 2 atm. Assuma comportamento ideal e calcule ΔS.

Dado: 273 10.410,110.9241,01916,3 TT R

C p −− −+=

16. Um mol de um gás monoatômico ideal, inicialmente a 25 oC e 1 atm, é transformado para 40

oC e 0,5 atm. Nesta transformação são produzidos nas vizinhanças 300 J de trabalho. Calcule Q, ΔU, Δ H e ΔS.

17. Considere um mol de um gás ideal, RCV 2 3 = , tendo seu estado inicial em 300 K e 1 atm. Para

cada transformação abaixo calcule Q, W, ΔU, Δ H e ΔS; compare ΔS com Q/T. a. O gás expande-se isotermicamente contra uma pressão zero até que a pressão do gás atinja

o valor de ½ atm. b. O gás expande-se adiabaticamente contra uma pressão constante de ½ atm até que a pressão

final seja de ½ atm. c. O gás expande-se adiabática e reversivelmente até que a pressão final seja de ½ atm.

18. A atmosfera da terra comporta-se como se fosse aproximadamente isentrópico. A entropia

molar do ar é constante independente da altitude até aproximadamente 10 km. É bem conhecido que pressão e temperatura variam com a altitude. Usando o modelo isentrópico, calcule a temperatura da atmosfera 10 km acima do nível do mar, onde a pressão é 210 torr. A temperatura e pressão na superfície da terra são 25 oC e 760 torr, respectivamente. Assuma que

o ar comporta-se como gás ideal com RC p 2 7 = . Você pode ignorar influencias gravitacionais.

A temperatura medida durante vôos de foguetes sobre novo México nesta altitude foi de -50 oC.

19. Um mol de hidrogênio gasoso é aquecido, a pressão constante, de 300 K a 1500 K.

a. Calcular a variação de entropia para esta transformação utilizando

273 10.419,210.1006,04958,3 TT R

C p −− +−=

b. A entropia padrão to terceiro princípio para o hidrogênio a 300 K é igual a 130,592 J/K.mol. Qual a entropia do hidrogênio a 1500 K?

20. Quantas gramas de água a 25 oC precisam ser adicionado ao frasco de Dewar, contendo 20 g de

gelo a -5 oC, para satisfazer as condições abaixo. Calcule a variação de entropia em cada caso. a. A temperatura final é -2 oC, toda água congela. b. A temperatura final é 0 oC, metade da água congela.

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