Ministério da Educação UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Câmpus Curitiba

Transcrição

1 Ministério da Educação UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ Câmpus Curitiba Lista de Exercícios Termodinâmica Curso: Data: / / Nome: Turma: Disciplina: Química (QB70D) - Profª Loraine 1. Defina: a) Fronteira Adiabática: b) Fronteira Diatérmica: c) Sistema Aberto: d) Sistema Fechado: e) Sistema Isolado: f) Processo Isotérmico: g) Processo Endotérmico: h) Processo Exotérmico: 2. Uma amostra contendo 45g de MnCl2 é aquecida de 20,5 o C para 90 o C. Na hipótese de que a capacidade calorífica do outro seja constante neste intervalo, calcule o calor deste processo. Dados: massas molares Mn- 54,94g / Cl 35,45g; Capacidade calorífica MnCl2: 72,9J o C -1. mol -1 ). 3. Qual será o sinal para o sistema quando: a) A vizinhança perde calor: b) A vizinhança absorve calor: c) A vizinhança realiza trabalho: d) A vizinhança sofre trabalho: 4. Algumas reações químicas se processam espontaneamente, porém outras necessitam absorver energia de uma fonte externa. Caracterize, nos diagramas abaixo, a variação de entalpia das reações, identificando-as como endotérmicas e exotérmicas. 5. Observe o esquema abaixo: ` De acordo com o esquema apresentado, podemos dizer que esse processo deverá ser: a) endotérmico, com H = kj. c) exotérmico e liberar 130 kj. b) endotérmico e absorver 130 kj. d) exotérmico, com H = kj. 6. Considere as equações: A reação química em que há maior quantidade de calor liberado, em kj/mol, é: a)i b) II c) III d) IV e) V

2 7. Um sistema com volume de 45L absorve 5kJ de calor. Calcule: (Dados: 1L.atm = 101,3kJ) a) O trabalho de expansão quando o volume passar para 75L a 1atm de pressão. b) U quando o calor é absorvido a volume constante. c) O trabalho de expansão e U quando o sistema expande para um volume de 90L contra pressão constante de 0,7atm 8. Em um texto encontramos a seguinte frase: Quando a água sofre fusão, ocorre uma reação química exotérmica. Na frase há: a) apenas um erro, porque a água não se funde. b) apenas um erro, porque a reação química é endotérmica. c) apenas um erro, porque não se trata de uma reação química, mas de processo químico. d) dois erros, porque não se trata de reação química nem o processo químico é exotérmico. e) três erros, porque a água não se funde, não ocorre reação química e o processo físico é endotérmico. 9. Em uma reação química realizada a temperatura constante, encontramos os seguintes valores termodinâmicos: U= -3,2 kcal H = -3,6 kcal Pergunta-se: a) A reação é exotérmica ou endotérmica? b) A reação se processa com aumento ou com diminuição de volume? c) Qual é o trabalho correspondente? 10. Coloque as reações mencionadas abaixo em ordem crescente de liberação de calor, indicando esse fato em um gráfico de entalpia. S (s) + O2 (g) SO2 (g) H1 S (l) + O2 (g) SO2 (g) H2 S (g) + O2 (g) SO2 (g) H3 11. O que é entalpia padrão de formação de uma substância? 12. O que é entalpia de combustão de uma substância? 13. O que é entalpia de neutralização? 14. O que é energia de ligação? 15. Considere os dados da tabela abaixo, a 25 C e 1 atm. a) Calcule a variação de entalpia (em kj/mol) quando a base reage com o ácido para formar o correspondente sal. b) Essa reação de salificação é exotérmica ou endotérmica? Por quê? 16. Calcule a variação de entalpia na reação 2 HBr (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) + Br2 (g), conhecendo as seguintes energias de ligação, todas nas mesmas condições de pressão e temperatura: 17. Muitos carros utilizam o álcool etílico como combustível. Sabendo que sua combustão total é representada pela equação química balanceada: C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O ΔH = kcal/mol A quantidade de calor liberada na queima de 141 g de álcool etílico é, aproximadamente: a) 1366,86kJ b) 192,28kJ c) 4.180kJ d) kJ e) kJ

3 18. Considere a 1ª Lei da Termodinâmica, leia atentamente o enunciado e complete a frase: Se um sistema sofre uma transformação física ou química tal que (A a F) então (1 a 9) 1. U = 0 2. U > 0 3. U < 0 4.Q = 0 5.Q < 0 6.Q > 0 7.W = 0 8.W < 0 9.W > 0 A a sua energia interna aumenta B a sua energia interna não varia C não há troca de energia como calor com o meio envolvente D o sistema cede energia como calor ao meio envolvente E o seu volume não se altera F o volume do sistema diminui por ação da pressão exterior 19. Considere as seguintes equações químicas, à temperatura de 300K: 1. 2H2O2(g) 2H2O(g) + O2(g) S = 31,0 kcalk 1 mol 1 H = 50,5 kcalk 1 mol 1 2. N2(g) + 2O2(g) 2NO2(g) S = 28,7 calk 1 mol 1 H = 16,2 kcalk 1 mol H2(g) + N2(g) 2NH3(g) S = 47,4 kcalk 1 mol 1 H = 22,1 kcalk 1 mol 1 Com base nos dados anteriormente fornecidos, justifique as seguintes afirmações: a) A reação química traduzida pela equação representada por 1 é uma reação espontânea. b) A reação química traduzida pela equação representada por 2 não é uma reação espontânea. c) A reação química traduzida pela equação representada por 3 é uma reação que pode ser espontânea 20. Considere o seguinte conjunto de afirmações, classifique-as de Verdadeira (V) ou Falsa (F): ( ) Para uma reação exotérmica em recipiente fechado e indeformável U < 0. ( ) Para uma reação endotérmica em recipiente fechado que ocorra com aumento de volume U é sempre positivo. ( ) Se considerarmos um sistema e o meio exterior globalmente isolados, então sist. + ext. = 0 ( ) Num sistema fechado, não há trocas de energia, sob a forma de calor, com o exterior. 21. Assinale a afirmação correta que completa a seguinte frase: Uma reação espontânea a qualquer temperatura apresenta. a. H < 0 e S < 0 b. H < 0 e S > 0 c. H > 0 e S < 0 d. H > 0 e S > 0 e. H > 0 e S = Considere a reacção de vaporização do dissulfito de carbono: CS2(l) CS2(g). Sabendo que: H 0 f (CS2 (g)) = 117 kjmol 1 H 0 f (CS2 (l)) = 89 kjmol 1 S f (CS2 (l) CS2 (g)) = 87 Jmol 1 Calcule a variação da energia de Gibbs, para esta transição de fase, à temperatura de 25 C. 23. Assinale, inscrevendo uma cruz no quadrado que a precede, a condição que completa, corretamente, a seguinte afirmação: O valor de G para uma reação química em situação de equilíbrio é a. igual a 1 b. igual a 0 c. maior do que 1 d. menor do que 1 mas diferente de Classifique as afirmações em Verdadeira(V) ou Falsa (F). ( )Durante a expansão de um gás, o trabalho efetuado é positivo. ( )A energia interna de um gás que sofre uma compressão, sem fornecimento de calor, aumenta.

4 ( )Uma reação química exotérmica e espontânea deverá apresentar: S < 0, H < 0 e G < 0. ( )Para que uma reação ocorra espontaneamente deve ser verdadeira a expressão S > H/T. 25. Com base na seguinte informação: i. H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) H = -286 kj ii. H2(g) + ½ O2(g) H2O(g) H = -242 kj Calcule o calor de vaporização da água. Comente o resultado 26. 4,0 kj de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule ΔU para o ar se (a) nenhum trabalho é realizado pelo ar, (b) o ar se expande e realiza 0,5 kj de trabalho; (c) 1,0 kj de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido. 27. Uma certa reação se realiza à pressão constante. Durante o processo, o sistema absorve das vizinhanças 125 kj de calor, e como o sistema se expande no decorrer reação, ele realiza um trabalho de 12 kj sobre as vizinhanças. Calcule o valor de q, w, ΔU, ΔH do sistema. 28. As variações de entalpia (ΔH) do oxigênio, do estanho e dos seus óxidos, a 298 K e 1 bar, estão representadas no diagrama: Assim, a formação do SnO(s), a partir dos elementos, corresponde a uma variação de entalpia de 286 kj/mol. a) Calcule a variação de entalpia (ΔH1) correspondente à decomposição do SnO2(s) nos respectivos elementos, a 298 K e 1 bar. b) Escreva a equação química e calcule a respectiva variação de entalpia (ΔH2) da reação entre o óxido de estanho II e o oxigênio, produzindo o óxido de estanho IV, a 298 K e 1 bar. 29. O gás cloro (Cl2) amarelo-esverdeado é altamente tóxico. Ao ser inalado, reage com a água existente nos pulmões, formando ácido clorídrico (HCl) um ácido forte, capaz de causar graves lesões internas, conforme a seguinte reação: Cl2(g) + H2O(g) HCl(g) + HClO(g) Ligação Energia de ligação (kj/mol) Cl Cl 243 H O 464 H Cl 431 Cl O 205 Utilizando os dados constantes na tabela anterior, calcule variação de entalpia, em kj/mol. 22) Um passo no processo de produção de ferro metálico, Fe(s), é a redução do óxido ferroso (FeO) com monóxido de carbono (CO). FeO(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) ΔH = x Utilizando as equações termoquímicas fornecidas a seguir, determine o valor de x: Fe2O3(s) + 3 CO(g) 2 Fe(s) + 3 CO2(g) ΔH = 25 kj 3 FeO(s) + CO2(g) Fe3O4(s) + CO(g) ΔH = 36 kj 2 Fe3O4(s) + CO2(g) 3 Fe2O3(s) + CO(g) ΔH = +47 kj

5 30. Em um sistema biológico a tendência é que haja a diminuição da entropia (ΔS 0 ). No entanto, quando nos alimentamos, a entropia em nosso organismo aumenta. Explique qual o processo que ocorre para que a entropia de nosso organismo diminua. 31. Uma amostra de 25g de AgCl é aquecida de 25 o C para 43 o C. Sendo a capacidade calorífica constante neste intervalo, calcule a quantidade de calor absorvida pelo AgCl. (Dados; capacidade calorífica 50,8 J/ o C.mol; Massa Atômica: 143) 32. Um sistema com volume de 25L libera 2kJ de calor. Calcule ΔU para o sistema quando este se expande para 63L, contra uma pressão constate de 1atm. 33. Calcule a entropia de uma garrafa de água que foi submetida a aquecimento onde houve a transferência de energia de 140J para a água a 40 o C. 34. Uma amostra contendo 2mols de NH3(g) teve sua temperatura aumentada de 45 o C para 195 o C. Qual a variação de entropia do sistema? (Dado: capacidade calorífica 35,1 J/ o C.mol). 35. Confirme que o benzeno líquido e o vapor de benzeno estão em equilíbrio no ponto normal de ebulição do benzeno (80,1 o C e 1atm). A entalpia de vaporização no ponto de ebulição é de 30,8kJ/mol e sua entropia de vaporização é de 87,2J/K.mol. 36. Calcule a energia livre molar (Energia Livre de Gibbs) para o processo H2O(l) H2O (g) quando a temperatura for de: a) 95 o C. b) 105 o C. A entalpia de vaporização é de 40,7kJ/mol e a entropia de vaporização é de 109,1J/K.mol. Indique se a vaporização é ou não espontânea em cada caso. 37. Uma amostra de 56g de acetileno C2H4(g) em um conjunto com pistão inicialmente com 25L se expande para o volume de 90L em pressão constante de 1 atm sobre suas vizinhanças ao mesmo tempo que a temperatura tem variação de 30 o C para 60 o C. Dados: CC2H4: 219,5 J.K - 1.mol -1 a) Qual o calor envolvido no processo? b) Qual o trabalho de expansão do gás durante este processo? c) Qual a variação de energia interna do gás durante este processo? 38. Calcule: a) Em seu ponto de ebulição a vaporização de 0,235 mol de CH4 (l) requer 1,93 kj de calor. Qual é a entalpia de vaporização do metano? b) Um aquecedor elétrico foi imerso em um frasco de etanol em ebulição, C2H5OH, e 22,45 g de etanol foram vaporizados quando 21,2 kj de energia foram fornecidos. Qual é a entalpia de vaporização do etanol? 39. Um processo não espontâneo, exotérmico com S negativo pode tornar-se espontâneo se a temperatura for aumentada? 40. Um processo não espontâneo, endotérmico, com S negativo pode tornar-se espontâneo se a temperatura for aumentada?