10ª LISTA - EXERCÍCIOS DE PROVAS 2ª. Lei da Termodinâmica

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1 Pg. 1/5 1 a Questão A massa de 1,80 g de água pura, em um recipiente hermeticamente fechado, foi aquecida até a fervura, ao nível do mar. A equação abaixo representa a vaporização da água. H 2 O(l) H 2 O(g) H = 44,0 kj mol -1 a 100 C a) Calcule a variação de energia interna, U, em kj, e a variação de entropia padrão, S, em J K -1, para a vaporização de 1,80 g de água pura. Considere que o volume do líquido no equilíbrio é desprezível. Dados termodinâmicos a 25 C: Espécie ΔH (kj mol -1 ) S (J K -1 mol -1 ) H 2 O 2 (l) -187,78 109,60 H 2 O(l) -285,83 69,91 O 2 (g) 0,00 205,14 Considere que H f e S não variam significativamente nesta faixa de temperatura e que os gases se comportam idealmente. Densidade da água = 1,00 g ml -1 T ebulição (H 2 O) = 100 C, a 1,00 atm M(H 2 O) = 18,00 g mol -1 R = 0,0821 L atm K -1 mol -1 1 atm L = 101,325 J a) S 0 = 11,8 J K -1 ; U = 4,09 kj

2 Pg. 2/5 2ª. Questão Um reator foi projetado para realizar a hidrogenação do benzeno, C 6 H 6, a cicloexano, C 6 H 12, utilizando o catalisador paládio suportado em carbono (Pd/C) (eq. 1). C 6 H 6 (l) + 3H 2 (g) Pd/C C 6 H 12 (l) eq. 1 Para a execução do projeto fez-se necessário o levantamento dos dados termodinâmicos da reação, apresentados na tabela abaixo, que leva em consideração a combustão completa das espécies (eq. 2 a 4). C 6 H 6 (l) + 15/2O 2 (g) 6CO 2 (g) + 3H 2 O(l) H = 3267,0 kj mol -1 eq. 2 H 2 (g) + 1/2O 2 (g) H 2 O(l) H = 285,8 kj mol -1 eq. 3 C 6 H 12 (l) + 9 O 2 (g) 6CO 2 (g) + 6H 2 O(l) H = 3930,0 kj mol -1 eq. 4 a) Calcule a variação de entalpia, H, para a reação 1, a 25 C. b) Calcule a variação de entropia, S, para a reação 1, a 25 C. c) Pode-se dizer, a partir dos dados termodinâmicos, que a reação 1 é rápida? Justifique. Entropias-padrão, S Substância S (J K -1 mol -1 ) C 6 H 6 (l) 174,0 H 2 (g) 130,7 C 6 H 12 (l) 204,0 Considere que H f e S não variam significativamente com a temperatura. a) - 194,4 kj b) - 362,1 J K -1 c) Não. Os dados termodinâmicos não predizem nada sobre a cinética da reação.

3 Pg. 3/5 3ª. Questão A melamina, C 3 H 6 N 6, uma substância fogoretardante, libera nitrogênio quando queimada. Para produzir melanina, utiliza-se uréia, (NH 2 ) 2 CO, segundo a equação abaixo. 6(NH 2 ) 2 CO(s) C 3 H 6 N 6 (s) + 3 CO 2 (g) + 6 NH 3 (g) H = 469,4 kj a) Calcule o trabalho, w, e a variação de energia interna, U, em kj, envolvido na produção de 1,0 mol de melamina, a 550 K e pressão alta e constante. Considere que CO 2 e NH 3 comportam-se como gases ideais. b) O trabalho e a variação de energia interna, U, calculados no item a, dependem da variação de entalpia da reação, H? Justifique. c) Faça uma previsão a respeito da variação de entropia, S, na produção de melanina, segundo a reação acima e justifique sua resposta. Dados: R = 8,3145 J mol -1 K -1 a) U = 428,2 kj mol 1 ; w = - 41,2 kj mol 1 b) O trabalho não depende da variação de entalpia da reação, enquanto que a energia interna depende. c) A variação de entropia é maior que zero, pois existe formação de gases e, portanto, um aumento da desordem do sistema.

4 Pg. 4/5 4ª. Questão Um estudante deve propor como tarefa escolar, um processo de reciclagem de gás carbônico, CO 2, um dos responsáveis pelo efeito estufa. Resolveu estudar a transformação desta substância em metano, CH 4, à temperatura e pressão padrão, conforme representado na equação abaixo. CO 2 (g) + 4 H 2 (g) CH 4 (g) + 2 H 2 O(l) a) Com base na equação acima, o que poderia o estudante concluir a respeito da variação de entropia da reação? Justifique sua resposta. b) Calcule a variação de entalpia da reação. Com base no seu resultado, qual seria a conclusão do estudante? Justifique sua resposta. c) Esboce um gráfico (energia X curso da reação) representando a variação de entalpia para esta reação. Substância H o f (kj mol -1 ) CH 4 (g) - 74,8 H 2 O(l) - 285,8 CO 2 (g) - 393,5 a) A entropia deve diminuir, porque a quantidade de matéria, n, de gás na reação diminuiu de 5 para 1. b) A reação e exotérmica liberando 252,9 kj de calor. c)

5 Pg. 5/5 5ª. Questão As equações 1 e 2 representam respectivamente a vaporização e a decomposição da água, H 2 O. Considerando que os processos ocorram à pressão e temperatura constantes, responda o que se pede: H 2 O(l) H 2 O(g) ΔH vap = 44,0 kj ΔS vap = 118,9 J K -1 eq. 1 2H 2 O(g) 2H 2 (g) + O 2 (g) ΔH dec = 571,6 kj eq. 2 a) Calcule o valor de entropia padrão da água líquida, S H2O. b) Calcule as temperaturas nas quais a vaporização e a decomposição da água passam a ser processos que ocorrem espontaneamente. S H2O(g) = 188,8 J K -1 mol -1 S H2(g) = 130,7 J K -1 mol -1 S O2(g) = 205,1 J K -1 mol -1 Obs. considere que H e S não variam com a temperatura. a) 69,9 J K -1 mol -1 b) T > 370 K; T> 6,42x10 3 K

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