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

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

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Apostilas e exercicios complementares de Quimica sobre o estudo da Termodinâmica.
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Questão 1: Uma pessoa come um abacaxi “em uma sentada”

UNIVERSIDADE FEEVALE TERMODINÂMICA

ICET - Instituto de Ciências Exatas e Tecnológicas - Engenharia Industrial

Exercícios Complementares

Questão 1: Uma pessoa come um abacaxi “em uma sentada”. Em razão disso, seu organismo começa a processar rapidamente a digestão. Em uma das etapas deste processo, a variação de entalpia envolvida é de - 150 kJ/mol e a entropia do meio externo igual a 127 J/mol. Considerando-se que o processo é reversível, a temperatura (37oC) e pressão constantes (1 atm), determine a variação da energia livre de Gibbs para esse processo. A reação é espontânea?

Questão 2: Preveja, para cada processo abaixo, se a variação de entropia do sistema é positiva (P) ou negativa (N): (a) [ ] O composto SnCl4(s) é convertido em SnCl4(g); (b) [ ] Cloreto de sódio sólido é dissolvido em água líquida; (c) [ ] Em um banho de chuveiro, o vapor d’água condensa na superfície do espelho (sistema = água); (d) [ ] O gandula enche uma bola de football com ar atmosférico (sistema = ar); (e) [ ] Uma garrafa de coca-cola a temperatura ambiente é aberta (sistema = coca-cola); (f) [ ] Um gás se expande contra o vácuo (sistema = gás).

1Questão 3: A reação de combustão do grafite pode também ser dita como de formação do CO2. A equação desse processo é dada a seguir. 2

3C(s) + O2(g) = CO2(g)

Os valores de entalpia e de entropia padrões dessa reação são, respectivamente, - 394,0 kJ/mol e 2,9 J/(K mol). Com esses dados, pode-se afirmar corretamente que a reação 1A) é espontânea em qualquer temperatura. 2B) é não-espontânea em qualquer temperatura. 3C) somente será espontânea em temperaturas baixas. 4D) somente será espontânea em altas temperaturas. 5E) encontra-se em equilíbrio nas condições apresentadas.

Por que a variação de entropia da reação possui um valor tão baixo, uma vez que parte-se de um sólido e chega-se a um gás?

1Questão 4: Dois gases perfeitos são postos em um mesmo sistema fechado, a temperatura e pressão constantes, porém, separados por uma membrana que impede que ambos se misturem. Na sequência, essa membrana é retirada. Sobre a mistura obtida, é correto afirmar que:

1A) em quaisquer proporções, ∆G do processo será negativa. 2B) em quaisquer proporções, ∆H do processo será negativa. 3C) em quaisquer proporções, haverá aumento de ∆U do processo. 4D) em quaisquer proporções, haverá diminuição da entropia do sistema.

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5E) apenas em uma proporção 50:50, a ∆G do processo será negativa.

Questão 5: Podemos definir um gás como sendo o estado da matéria no qual uma substância é capaz de ocupar todo o volume de um recipiente no qual acondicionado.

Considere um sistema como o da Figura 1, em que os recipientes A e B, com temperaturas iguais, estão separados por um pistão móvel, inicialmente preso por uma trava. Em cada um dos recipientes, existe determinada quantidade de gás ideal, de tal forma que a pressão no Recipiente A é maior do que a pressão no Recipiente B.

Uma vez que a trava seja retirada e o pistão fique liberado é correto afirmar que 1A) o pistão se deslocará para a direita, expandindo o gás contido no Recipiente A em um processo forçado. 2B) o pistão se deslocará para a direita, expandindo o gás contido no Recipiente B, em um processo espontâneo. 3C) o pistão se deslocará para a esquerda, comprimindo o gás contido no Recipiente A, em um processo forçado. 4D) o pistão se deslocará para a esquerda, comprimindo o gás contido no Recipiente B, em um processo espontâneo. 5E) NDA.

Questão 6: Quando 480 g de O2 a 298K expandem isotérmica e reversivelmente, o volume varia de 1,0 litro a 5,0 litros. Determine ∆A e ∆G para o processo, considerando que o gás é ideal.

Questão 7 Um mol de gás ideal a 298K expande isotermicamente contra o vácuo de um volume de 2 litros para um de 8 litros. Calcule q, w, ∆U, ∆A, ∆G, ∆H, ∆Ssist, ∆Sviz e ∆Suniv para o processo. Como se pode avaliar se o processo é espontâneo?

Respostas

1) ∆G = - 110,6 kJ; a reação é espontânea sob o ponto de vista de ∆G. 2) a) P; b) P; c) N; d) N; e) P; f) P

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3) Letra a! Basta fazer o cálculo para verificar que a reação será espontânea para qualquer temperatura, uma vez que temos variação de entalpia negativa e variação de entropia positiva. Resposta à pergunta: Porque há também um reagente no estado gasoso. Assim, como a entropia do gás é muito maior do que a entropia do sólido, a passagem de C(s) para CO2(g) apresenta pouca influência, uma vez que já existe a passagem O2(g) para CO2(g).

4) Haja vista que temos um processo de difusão de gases, o mesmo sempre será espontâneo, independente da óptica observada. Como tem-se T e P constantes, o cálculo de ∆G conduzirá, necessariamente, a um valor negativo. Letra a!

5) Letra e! Como a pressão no recipiente em A é maior do que em B, o pistão se deslocará para B no intuito de ocorrer equalização da pressão. E esse processo será espontâneo e não forçado!

6) ∆A = ∆G = - 58,8 kJ. 7) q = 0, w = 0, ∆U = 0, ∆A = - 3434,6 J/mol, ∆G = 3434,6 J/mol, ∆H = 0, ∆Ssist = + 11,52 J/(K mol),

∆Sviz = 0 e ∆Suniv = + 11,52 J/(K mol). Nesse caso, avalia-se a espontaneidade do processo através do cálculo de entropia do universo que, necessariamente, deverá levar a um valor positivo, pois sabe-se que o processo de expansão contra o vácuo é espontâneo.

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