Segundo e Terceiro Principio da Termodinâmica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)
Paulo89
Paulo895 de Março de 2013

Segundo e Terceiro Principio da Termodinâmica - Exercícios - Química, Notas de estudo de Química. Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUC-RS)

PDF (244.7 KB)
5 páginas
4Números de download
1000+Número de visitas
Descrição
Apostilas e exercicios de Química sobre o estudo do Segundo e Terceiro Principio da Termodinâmica.
20pontos
Pontos de download necessários para baixar
este documento
baixar o documento
Pré-visualização3 páginas / 5
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Pré-visualização finalizada
Consulte e baixe o documento completo
Microsoft Word - Lista6.DOC

1

Instituto de Química/UFRGS Departamento de Físico-Química

Físico-Química I-B

Lista de Exercícios N 0 6: Segundo e Terceiro Princípios da

Termodinâmica: Entropia

1) Um mol de gás ideal a 300K expande isotermica- e reversivelmente de 20 litros a 40 litros: a) Calcule o acréscimo de entropia do gás, a variação de entropia das vizinhanças e a do universo. b) Supondo expansão irreversível do gás contra o vácuo, a 300K, partindo o gás do mesmo volume inicial e chegando ao mesmo volume final, como ficam os valores de variação de entropia calculados acima? Resps.: a)∆Sgás=5,76/K; ∆Sviz.=-5,76J/K; ∆Suniv.=zero b) ∆Sgás=5,76/K; ∆Sviz.= zero; ∆Suniv=5,76J/K 2) Uma barra de metal possui massa igual a 50 gramas e apresenta temperatura de 100°C. Ela é mergulhada em um copo béquer que contém 100g de água a 25°C. Determine a temperatura final do sistema, ∆Smetal, ∆Ságua e ∆Suniv. Suponha que o bequer está completamente isolado das vizinhanças, a capacidade térmica do metal é 0,389 J g-1K-1. A capacidade térmica da água é 4,18 J.g-1.K-1. Resps:Tfinal=301,3K; ∆Smetal=-4,15J/K; ∆Ságua=4,60J/K; ∆Suniv=0,45J/K 3) Calcule as variações de entropia para a compressão isotérmica de um mol de gás ideal de 1 atm a 5 atm a 298K, se a compressão é realizada: a) reversivelmente; b) irreversivelmente, em que o gás é comprimido até o mesmo volume final do item anterior, utilizando-se uma pressão externa constante igual a 100 atm. Resps: a) ∆Sgás=-13,38 J/K; ∆Sviz=13,38 J/K; ∆Suniv=0; b) ∆Sgás=-13,38 J/K; ∆Sviz=663,4 J/K; ∆Suniv=650 J/K 4) Um mol de gás ideal diatômico, inicialmente a 427°C e 2 atm, expande-se adiabaticamente contra uma pressão externa constante igual a 1 atm. Ao final do processo, a pressão do gás tornou-se igual à pressão externa. Calcule ∆Sgás e ∆Suniv. Resps: ∆Ssist=-1,28 J/K; ∆Sviz=0 J/K; ∆Suniv=1,25 J/K 5) Cem gramas de gelo a 0°C são misturados irrreversivelmente com 100 gramas de água líquida a 100°C em recipiente termicamente isolado. Determine a variação de entropia para cada amostra e para o sistema combinado. Para a água ∆fusHm= 6009,5 Jmol

-1, Cpágua(l)m= 75,3 J mol-1K-1. Resposta: ∆Scomb = 22,1 J K

-1. 6) Calcule as variações de entropia para o aquecimento de um mol de H2(g) de 10 dm

3 a 100K até 100 dm3 a 600K, se o processo for conduzido: a) reversivelmente b) irreversivelmente, colocando o gás em um forno a 750K e deixando-o expandir contra uma pressão externa constante igual a 1,0 atm.

docsity.com

2

Considere o gás como ideal. Resps: a) ∆Ssist= 56,59 J/K; ∆Suniv= 0 J/K; b) ∆Sviz= -26,02 J/K; ∆Suniv= 30,57 J/K 7) Um mol de hélio a 25°C é comprimido isotermica- e reversivelmente de um volume de 10 litros para um volume de 3 litros. Calcule ∆Sgás, ∆Sviz., ∆Suniv. para o processo. Respostas: ∆S gás= -10,0 JK-1; ∆S viz. = 10,0 JK-1; ∆S univ.= 0 8) Dez gramas de hidrogênio a 25°C expandem isotermicamente, contra uma pressão externa constante igual a 0,5 atm, de um volume de 20 litros para um de 100 litros. Calcule ∆Sgás, ∆Sviz., ∆Suniv para o processo. Resps: ∆Sgás= 66,9 J/K; ∆Sviz. = -13,6 J/K; ∆Suniv= 53,3J/K 9) A partir dos dados abaixo, calcule a entropia absoluta do cloro a 298,2 K. Dados: Cpm (cloro) = 1,10. 10

-3 T3 J. mol-1 .K-1 (de 0K a 15K) Cpm Cloro(s) = 28,5 J. mol

-1 .K-1 (de 15K a 172,1K) Cpm Cloro(l) = 67,7 J. mol

-1 .K-1 (de 172,1K a 239,1K) Cpm Cloro(g) = 34,2 J. mol

-1 .K-1 (de 239,1K a 298,2K) ∆fusHm= 6406 J/mol a 172,1 K ∆vapHm.= 20410 J/mol a 239,1K Resposta: S 298,2 = 223,06 J. mol

-1 .K-1 10) Calcule a entropia absoluta de um mol de alumínio a 1200K, sendo conhecidos os dados abaixo: Sm = 28,3 J.grau

-1.mol-1 a 298K. Ponto de fusão= 659 °C ∆fusHm =10460 J/mol cpAl(s) = 20,7 +1,24.10-2 T (J.grau-1 .mol-1) cpAl(l) = 29,3 J.grau-1 .mol-1 Resp: 78,4 J/K 11) A 572K o NaOH apresenta uma transição para sólido II com ∆tH=7,196 kJ mol

-1. A fusão ocorre a 596K com ∆fusHm=6,611 kJ mol

-1. Para o NaOH, sabe-se que a área abaixo da curva em um gráfico Cpm vs. lnT é igual a 140,87 JK

-1. Sabendo ainda que sua entropia molar padrão Sm é igual a 15,513 JK

-1mol-1 a 100K, calcule Sm a 1000K. Resp: 180,05 J/K 12) Calcule a variação de entropia do sistema que ocorre quando 1 mol de argônio, a 273K e 1 atm, interdifunde isotermicamente com um mol de neônio, a 273K e 1 atm, abrindo-se uma válvula de comunicação entre os dois balões, de igual volume, que contêm respectivamente cada um dos gases. Admita comportamento ideal. Resp.: ∆S=11,52 JK-1 13) Mostre que a reação química abaixo não é espontânea a 298K: ½ N2 (g) + ½ O2 (g) → NO(g)

Dados: NO(g): Sm=210,61 JK

-1mol-1 e ∆fH= 90732 J mol -1

O2(g): Sm=205,02 JK -1mol-1

docsity.com

3

N2(g): Sm=191,48 JK -1mol-1

14) Calcule ∆S para 1 mol de alumínio sólido que expande isotermica- e reversivelmente desde 100 atm a 1 atm. Dados: α=6,9 10-5 K-1 e ρ=2,702 103 kg m-3; 1 atm=1,01325 105 Nm-2 Resp: ∆S = 6,9 10-3 J/K 15) Demonstre que um processo adiabático reversível do gás ideal é isentrópico, empregando a equação: ∆S=nCVmln(T2/T1) +nRln(V2/V1)

16) Um mol de NaCl encontra-se inicialmente a 2 bar e 298K passando para uma pressão igual a 3 bar e temperatura de 700K. Calcule ∆SNaCl. Dados:

TCp m

01632,094,45 += (JK -1mol-1)

Vm=27,0 mL mol -1 e α=1,21 10-4 K-1

Resp: ∆S = 45,8 J/K

Provas anos anteriores 17) Dada a seguinte reação química:

2 NH3 (g) + 6 NO (g) → 3 H2O2 (l ) + 4 N2 (g) e os dados de entalpia de formação e entropia padrão da Tabela 1:

Tabela 1 Calcule: a) A entropia-padrão da reação. b) A variação de entropia das vizinhanças e do universo. c) Com os resultados conseguidos nos pontos anteriores a) e b), que conclusão pode obter com respeito à espontaneidade da reação a 298 K? Justifique sua resposta. Resp: ∆So = -646,88 J/K, ∆Sviz = 5,69 J/K 18) Numa fogueira perto da praia Luciana coloca uma pequena peça metálica de 100 g no fogo. Pela cor da peça, pode-se estimar que sua temperatura seja de 350 oC. Logo, Luciana lança a peça metálica ao mar que estava a uma temperatura de 20 oC. Se a capacidade calorífica do objeto metálico é de 4 J g-1 K

-1, responda o seguinte: a) Qual foi a variação de entropia do universo provocada pela peça quente lançada ao mar?

Substancia ∆H∅f (kJ mol -1) S∅ (J K-1 mol-1)

NH3 (g) 292,88 238,86 NO (g) 90,25 210,66 H2O2 (l ) -187,78 109,6 H2O2 (g) -241,82 188,7 N2 (g) 0 191,5 NO2 (g) 15,86 240 N2O4 (g) 9,2 304,2

docsity.com

4

b) Luciana recupera a peça trazida pelas ondas e esquenta ela novamente a 350 oC, mas agora realiza o processo em duas etapas: coloca a peca quente a 350 oC num banho de água fervendo a 100 oC, e quando o sistema alcança o equilíbrio térmico, lança o objeto metálico ao mar novamente. Calcule o cambio de entropia do universo e compará-lo com o ponto a) anterior. c) Analise os resultados dos pontos a) e b) anteriores. É possível fazer o ∆SUNIV tender a zero seguindo o procedimento de Luciana? Justifique sua resposta. Resp: a) ∆Suniv = 148,76 J/K 19) Calcule as variações de entropia (sistema, vizinhanças e universo) que ocorrem quando um mol de prata é aquecido à pressão constante desde 298 K até 1500 K se o processo for conduzido: a) reversivelmente b) irreversivelmente, colocando a prata num forno a 1500 K Dado: Capacidade calorífica media a pressão constante = 25,9 J / mol K Resp: a) ∆Ssist = 41,86 J/K, b) ∆Suniv = 21,1 J/K

20) Um gás ideal monoatômico é submetido ao ciclo reversível representado na figura abaixo. Dadas a seguintes informações: P1 = 2 atm V1 = 10 L V2 = 15 L P4 = 0,5 atm As etapas 2→ 3 e 4 → 1 são adiabáticas. Calcule a variação da entropia do sistema, das vizinhanças e do universo dos seguintes processos: a) Etapa 2→ 3, se o processo é realizado reversivelmente (lembre-se que a etapa é adiabática). b) Etapa 2→ 3, se o processo é realizado irreversivelmente. c) Etapa 3 → 4 realizada irreversivelmente.

Resp: c) ∆Ssist = -8,43 J/K, ∆Sviz = 10,39 J/K ∆Suniv = 1,96 J/K

21) Em três experimentos diferentes, um mol de gás ideal monoatômico expande-se isotermicamente a 27 oC de 20 a 40 L. As experiências foram realizadas em grandes reservatórios de água de volumes constantes e que estão representados na Figura 1. As duas primeiras experiências (i-ii) foram feitas no equipamento (I) e a terceira (iii) no (II).

3

2 1

P re s s ã o

Volume

4

docsity.com

5

i) O primeiro experimento é realizado reversivelmente modificando a posição do pistão (pressão) muito lentamente até atingir o volume final. ii) O segundo experimento foi realizado pela redução repentina da pressão até seu valor final. iii) Finalmente na terceira experiência, realizada no sistema II (Fig. 1), a membrana é quebrada e o gás se expande rapidamente ao compartimento superior que tinha sido previamente evacuado. Para cada um dos processos anteriores (i-iii) calcule q, w, ∆U, ∆Sgás, ∆Sreservatório e ∆SUniv 22) Um mol de gás ideal A interdifunde isotermicamente com outro B quando uma válvula de comunicação entre os dois balões é aberta. Se os volumes que contem os dois gases são iguais deduza a expressão final da entropia de mistura para esse sistema. De uma explicação ao resultado encontrado.

23) O calor de formação do vapor de água a 100 oC é -241,8 kJ/mol. Considerando comportamento ideal dos gases e a seguinte reação:

H2 (g) + ½ O2 (g) == H2O(g) a) Calcular o ∆H de formação da água a 500 oC utilizando os seguintes dados:

H 2 O (g) : Cp = 33,5 J.grau -1.mol-1, H2 (g) : Cp = 29,3 J.grau

-1.mol-1, O2(g) : Cp = 29,35 J.grau-1.mol-1 b) Repetir o cálculo anterior à mesma temperatura, mas neste caso as capacidades caloríficas dependem da temperatura.

H 2 O (g) : Cp = 30,1 + 0,012 T (J.grau -1.mol-1); H2 (g) : Cp = 29,3 + 8,4 x 10

-4 T (J.grau-

1.mol-1); O2(g) : Cp = 25,5 + 0,014 T (J.grau -1.mol-1)

c) Comparar o resultado (b) com o ponto (a). Que conclusão pode obter com respeito à dependência das capacidades caloríficas desta reação com a temperatura? d) Dado o ∆Hr = - 285,85 kJ/mol a 100

oC para a seguinte reação: H2 (g) + ½ O2 (g) == H2O(liq)

Calcular o ∆H do processo: H2O(liq) == H2O(g) 24) a) Uma colher metálica de 100 gramas de massa a 100°C é mergulhada em um copo que contém 50g de água a 20°C. Determine a temperatura final do sistema, ∆Scolher, ∆Ságua e ∆Suniv. Suponha que o copo está completamente isolado das vizinhanças, a capacidade térmica do metal é 0,5 J g-1K-1. A capacidade térmica da água é 4,18 J.g-1.K-1. b) A mesma colher do ponto (a) a 100 °C é lançada numa piscina com água a 20 °C. Calcule o ∆Scolher, ∆Sviz e ∆Suniv.. Suponha que o reservatório de água é suficientemente grande e a temperatura da água da piscina não se modifica.

20 L

20 L

Pistão

Reservatório a 27 o

20 L

20 L

Reservatório a 27 o

Membrana

a

I II

Figura 1

docsity.com

comentários (0)
Até o momento nenhum comentário
Seja o primeiro a comentar!
Esta é apenas uma pré-visualização
Consulte e baixe o documento completo
Docsity is not optimized for the browser you're using. In order to have a better experience we suggest you to use Internet Explorer 9+, Chrome, Firefox or Safari! Download Google Chrome