Lista de exercícios 2 QB70D

Transcrição

1 Lista de exercícios 2 QB70D 1) Suponha que você jogue uma bola de tênis para o alto. (a) A energia cinética da bola aumenta ou diminui à medida que ela ganha altitude? (b) O que acontece com a energia potencial da bola à medida que ela ganha altitude? 2) Nomeie todas as possíveis mudanças de fase que podem ocorrer entre diferentes estados da matéria. Quais são exotérmicas e quais são endotérmicas? 3) Identifique os seguintes sistemas como abertos, fechados ou isolados: a) café em garrafa térmica de ótima qualidade b) líquido refrigerante na serpentina de geladeira c) um calorímetro de bomba no qual benzeno é queimado d) gasolina queimando em um motor de automóvel e) mercúrio em um termômetro f) uma planta viva 4) O ar de uma bomba de bicicleta é comprimido quando se empurra o pistão. Se o diâmetro interno da bomba é 3,0 cm e o pistão foi empurrado por 20 cm sob uma pressão de 2,00 atm, diga: a) quanto trabalho foi feito na compressão? b) O trabalho é positivo ou negativo em relação ao ar da bomba? 5) A energia interna de um sistema aumentou 982 J quando ele absorveu 492 J de calor. (a) O trabalho foi realizado contra ou a favor do sistema? (b) Quanto trabalho foi realizado? 6) Um gás em um cilindro foi colocado em um aquecedor e ganhou 5500 kj de energia na forma de calor. Se o volume do cilindro aumentou de 345 ml para 1846 ml contra uma pressão atmosférica de 750 Torr durante o processo, qual a variação de energia interna do gás no cilindro? 7) (a) Calcule o calor que deve ser fornecido a uma chaleira de cobre de massa 500,0 g que contém 400,0 g de água para aumentar sua temperatura de 22,0 C até o ponto de ebulição da água (100 C). b) Que percentagem do calor foi usada para aumentar a temperatura da água? 8) Calcule o trabalho em cada um dos seguintes processos, começando com uma amostra de gás de um sistema com pistão com T = 305 K, P = 1,79 atm e V = 4,29 L: (a) Expansão irreversível contra a pressão externa constante de 1,00 atm, até o volume final 6,52 L; b) expansão reversível isotérmica até o volume final de 6,52 atm. 9) Coloca-se um cubo de gelo de 50,0 g a 0 C, em um copo que contém 400,0 g de água a 45 C. Qual é a temperatura final do sistema? Suponha que não há perda de calor para a vizinhança. 10) Os dados seguintes foram obtidos para um novo composto usado em cosméticos: H fus = 10,0 kj mol -1 ; H vap = 20,0 kj mol -1 ; capacidade calorífica: 30 J mol -1 para o sólido, 60 J mol -1 para o sólido, 30 J mol -1 para o gás. Qual das curvas de aquecimento se aplica aos dados do composto?

2 11) O ácido clorídrico oxida o metal zinco em uma reação que produz gás hidrogênio e íons cloreto (equação abaixo). Uma peça de metal de 8,5 g de zinco foi colocada em um aparelho que contém 800 ml de HCl aquoso 0,500 mol L -1. Se a temperatura inicial da solução de ácido clorídrico é 25 C, qual é a temperatura final da solução? Suponha que a densidade e a capacidade calorífica molar da solução de ácido clorídrico são iguais às da água e que todo o calor é usado para aumentar a temperatura da solução. (Dados: H f HCl (aq) = -167,16 kj mol -1 ; H f ZnCl 2 (aq) = -488,2 kj mol -1 ; C (H 2 O) = 4,184 J K -1 g -1 ) 2 HCl (aq) + Zn (s) H 2 (g) + ZnCl 2 (aq) 12) O metal bário é produzido pela reação do metal alumínio com óxido de bário. 2 Ba (s) + O 2 (g) 2 BaO (s) H = kj mol -1 2 Al (s) + 3/2 O 2 (g) Al 2 O 3 (s) H = kj mol -1 Calcule, a partir das entalpias padrão de reação, a entalpia para a produção do metal bário na reação: 3 BaO (s) + 2 Al (s) Al 2 O 3 (s) + 3 Ba (s) 13) Calcule a entalpia de reação da síntese do gás brometo de hidrogênio, 2 H 2 (g) + Br 2 (l) 2 HBr (g), a partir das seguintes informações: NH 3 (g) + HBr (g) NH 4 Br (s) H = -188,32 kj mol -1 N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H = -92,22 kj mol -1 N 2 (g) + 4 H 2 (g) + Br 2 (l) 2 NH 4 Br (s) H = -541,66 kj mol -1 14) (a) Use os dados da tabela de dados termodinâmicos (anexo) e calcule a entalpia de vaporização do benzeno (C 6 H 6 ) em 298,2 K. A entalpia padrão de formação do benzeno gasoso +82,93 kj mol -1. (b) Sabendo que C P,m = 136,1 kj mol -1 K -1 para o

3 benzeno líquido e C P,m = 81,67 kj mol -1 K -1 para o benzeno gasoso, calcule a entalpia de vaporização do benzeno em seu ponto de ebulição (353,2 K). (c) Compare o valor obtido na parte (b) com o valor experimental encontrado na tabela 6.2 (abaixo). Qual a fonte de diferença entre os dois valores? 15) (a) Calcule a variação de entropia de um bloco de cobre, a 25 C, que absorve 65 J de energia de um aquecedor. (b) Se o bloco de cobre estiver a 100 C e absorver 65 J de energia do aquecedor, qual será a variação de entropia? (c) Explique o motivo desta diferença da variação de entropia. 16) Durante o teste de um motor de combustão interna, 3,00 L de gás nitrogênio a 18,5 C foram comprimidos rapidamente (e irreversivelmente) até 0,500 L por um pistão. No processo, a temperatura do gás aumentou para 28,1 C. Assuma comportamento ideal. Qual a variação de entropia do gás? 17) Use os dados da Tabela de dados termodinâmicos para calcular a variação de entropia padrão de cada uma das seguintes reações a 25 C. Para cada reação, interprete o sinal e a magnitude da entropia de reação. (a) Formação de 1,00 mol de H 2 O(l) a partir dos elementos no estado mais estável a 298 K. (b) Oxidação de 1,00 mol de CO(g) a dióxido de carbono. (c) Decomposição de 1,00 mol de Calcita, CaCO 3 (s), a gás dióxido de carbono e óxido de cálcio sólido. (d) Decomposição de clorato de potássio: 4 KClO 3 (s) 3 KClO 4 (s) + KCl(s) 18) Suponha que 50,0 g de H 2 O(l) a 20,0 C são misturados com 65,0 g de H 2 O(l) a 50,0 C, sob pressão atmosférica constante, em um recipiente termicamente isolado. Calcules S e S tot desse processo. 19) Por que existem tantas reações exotérmicas espontâneas? 20) Calcule a entalpia padrão de reação, a variação de entropia e a variação da energia livre de Gibbs de cada uma das reações abaixo, usando os valores descritos na Tabela de dados termodinâmicos. Confirme, em cada caso, se os valores obtidos a partir das energias livres de Gibbs de formação são iguais aos obtidos, em 298K, usando a relação G = H - T S : (a) a oxidação da magnetita a hematita: 2 Fe 3 O 4 (s) +1/2 O 2 (g) 3 Fe 2 O 3 (s) (b) a dissolução de CaF 2 em água: CaF 2 (s) CaF 2 (aq)

4 21) Suponha que H e S são independentes da temperatura e use os dados disponíveis na Tabela de dados termodinâmicos para calcular G, para cada uma das seguintes reações a 80 C. Em que intervalo de temperatura cada reação se tornará espontânea, em condições padrão? (a) B 2 O 3 (s) + 6 HF(g) 2 BF 3 (g) + 3 H 2 O(l) (b) C(s, grafite) C(s, diamante) Dados para alguns dos exercícios:

5

6

7

8

9

10