Lista de Físico Química, Termodinâmica

Exercícios de Físico Química VII

1. Um mol de um gás ideal ocupa 12 litros a 25°C. Determine a pressão do gás?

Solução

Fazendo a conversão para o SI, temos

Assim,

T = 273.15 + 25 = 298 K e V = 12 L x 10-3m3 /L = 0.012 m3.

P = (nRT)/V = [1 mol(8,314JK-1 mol-1)(298 K)]/0,012

P= 2,06 x 105 Pa = 206 kPa.

Se a pressão for pedida em atm, teremos P = 206 kPa (1 atm/101 kPa) = 2,04 atm.

(2)   Um gás está contido em um recipiente de 50 litros a uma pressão de 8 atm, a 20°C. Determine quantos mols de gás existem no recipiente?

Solução

Passando para SI, T = 273 + 20 = 293 K, V = 50 x 10-3 m3 = 0,050 m3 e

P = 8 atm (1,013 x 105 Pa/atm) = 8(1,013 x 105)Pa.

Assim,

PV = nRT   ➡ n = (PV)/RT

n = 8(1.013 x 105 Pa)(0,050 m3)/8,314J.K-1.mol-1.293K = 16,6 mols

(3)   5 g de etano estão contidos num bulbo dc 1 dm3 de capacidade. O bulbo é tão fraco que romperá se a pressão exceder 1 MPa. A que temperatura a pressão do gás atingirá o valor de ruptura?

Resposta: 449ºC.

(4)   Considere uma mistura gasosa num recipiente de 2 dm3 a 27°C. Para cada mistura, calcule a pressão parcial dc cada gás, a pressão total e a composição da mistura em percentagem molar. Compare os resultados dos quatro cálculos.

a) 1g H , e 1g O,

b) 1g N, e 1g O,

c) 1g CH4 e 1g NH3

d) 1g H, e lg Cl ,

Resposta: (P em atm, mol %) (a) H2 : 6.15; 94,2 %;O2:0,38; 5.8 %; Ptotal,/atm = 6,53

(b) N2:0,440; 53,3%; O2:0,385; 46,7%;  Ptotal,/atm = 0,825

(c) CH4:0,769; 51,5%; NH3:0,724; 48,5%; Ptotal,/atm = 1,493

(d) H2: 6,15; 97,3%; Cl2:0,17; 2,7%;  Ptotal,/atm = 6,32

(5)  Um bulbo de 138,2 ml de volume contém 0,6946 g dc gás a 756,2 torr e 100,0°C. Qual a massa molar do gás?

Resposta: 154,7 g/mol

(6)  Um mol de um gás ideal é mantido sob pressão constante, Pop = P = 200 kPa. A temperatura é variada de 100°C para 25°C. Sendo Cy = (3/2)R, determine W, Q, ΔU e ΔH.

Resposta: W = − 624 J/mol; Qp = ΔH = − 1559 J/mol, ΔU = − 935 J

(7)  Um mol de um gás ideal, Cy = 20,8 J/K mol, é transformado a volume constante de 0°C para 75°C. Determine Q, W, ΔU e ΔH

Resposta:; Qv = ΔU = 1560 J/mol, W = 0 ; ΔH = 2180 J/mol

(8)  Calcule AH e AU para a transformação de um mol de um gás ideal de 27°C e 1 atm para 327°C e 17 atm. Cp = 20,9 + 0,042 T J/K mol.

Resposta: ΔU = 9,4 kJ/mol e ΔH = 11,9 kJ/mol.

(9) Um mol de um gás ideal é comprimido adiabaticamente num único estágio com uma pressão oposta constante e igual a 1,00 MPa. Inicialmente o gás está a 27°C e 0,100 MPa de pressão; a pressão final é 1,00 MPa. Calcule a temperatura final do gás, Q, W, ΔU e ΔH. Faça para dois casos: Caso 1. Gás monoatômico, Cv = (3/2)/R.

Caso 2. Gás diatômico, Cy (5/2)R. Qual seria a influência nas várias quantidades se usássemos n moles em vez de um mol?

Resposta: Caso 1: Tfinal = 1380K; Q = 0; ΔU = -W = 13,5kJ/mol; ΔH = 22,4kJ/mol

Caso 2; Tfinal = 1071K; Q = 0; ΔU = -W = 16,0 kJ/mol; ΔH = 22,4 kJ/mol.

(10)  Um mol de um gás ideal a 27°C e 0,100 MPa é comprimido adiabática e reversivelmente a uma pressão final de 1,00 MPa. Calcule a temperatura final, Q, W, ΔU e ΔH para os mesmos dois casos do problema anterior

Resposta: Tfinal = 754K ; Q = 0; ΔU = -W = 5,66kJ/mol; ΔH = 9,44kJ/mol

(11)  Numa expansão adiabática de um mol de um gás ideal a uma temperatura inicial de 25ºC. o trabalho produzido foi de 1200 J. Se Cy = (3/2)R, calcule a temperatura final, Q, W, ΔU e ΔH.

Resposta: Tfinal = 202K; Q = 0; ΔU = -W = − 1,2kJ/mol; ΔH = − 2,0kJ/mol

(12)  Dos dados na Tab. A-V, calcule os valores de ΔH°298 para as seguintes reações:

a) 2 O3 (g) → 3O2(g) .

b) H2S(g) + (3/2)O2(g)  →  H2O(1) + SO2(g).

c) TiO2(s) + 2Cl2(g)  →  TiCl4 (l) + O2(g).

d) C(grafíte) + CO2(g)  →  2CO(g).

e) CO(g) + 2H2(g)  →  CH3OH(l).