1) Calcule a variação de entropia sofrida por \mathrm{2~mol} de gás argônio, quando são aquecidos isobaricamente de \mathrm{25~\celsius} até \mathrm{100~\celsius} em duas situações distintas:

a) Considerando o comportamento de gás monoatômico ideal.

b) Considerando que o C_{p,m} do gás varia na faixa de temperaturas indicada de acordo com a função:

    \begin{align*}\f{C_{p,m}}{\mathrm{J~K^{-1}~mol^{-1}}} = 27.296 + 5.23 \times 10^{-3}~\f{T}{\mathrm{K}} - 4.2 \times 10^{-9}~\f{T^2}{\mathrm{K^2}} \end{align*}

Gabarito

a) \Delta S = \mathrm{9.33~J~K^{-1}}
b) \Delta S = \mathrm{13.04~J~K^{-1}}


2) Um mol de um gás ideal é expandido isotermicamente a \mathrm{298~K} até que seu volume seja triplicado.
Encontre os valores de \Delta S, \Delta S_\text{viz} e \Delta S_\text{total} nas seguintes condições:

a) A expansão é realizada reversivelmente.
b) A expansão é realizada irreversivelmente onde \mathrm{836.8~J} de calor é menos absorvido do que em (a).
c) A expansão é livre.

Gabarito

a) \Delta S = \Delta S_\text{viz} = \mathrm{9.314~J~K^{-1}} e \Delta S_\text{total} = 0
b) \Delta S = \mathrm{9.314~J~K^{-1}}, \Delta S_\text{viz} = \mathrm{-6.33~J~K^{-1}} e \Delta S = \mathrm{2.808~J~K^{-1}}
c) \Delta S = \mathrm{9.314~J~K^{-1}}, \Delta S_\text{viz} = \mathrm{0} e \Delta S = \mathrm{9.314~J~K^{-1}}


3) Calcule a variação de entropia do seguinte processo a \mathrm{373~K}:

    \begin{align*}\mathrm{H_2O(l, 1.01325~bar) \to H_2O(g, 0.10325~bar)}\end{align*}


Sabendo que a entalpia de vaporização da água é \mathrm{40.668~kJ~mol^{-1}}.

Gabarito

\mathrm{128.18~J~K^{-1}~mol^{-1}}


4) Foi sugerido que α-cianopiridina pode ser preparada a partir de cianogênio e butadieno pela reação: \mathrm{C_4H_6(g) + C_2N_2(g) \rightarrow C_5H_4N_2(s) + H_2(g)}
Considerando os dados termodinâmicos fornecidos abaixo, você consideraria válido tentar realizar esta reação em laboratório?

Molécula\f{\Delta_f H^\circ~(\mathrm{298~K})}{\mathrm{kJ~mol^{-1}}}\f{S_m^\circ~(\mathrm{298~K})}{\mathrm{J~K^{-1}~mol^{-1}}}
Butadieno (g)\mathrm{111.9}\mathrm{277.9}
Cianogênio (g)\mathrm{300.5}\mathrm{241.2}
\alpha-cianopiridina (g)\mathrm{225.2}\mathrm{322.5}
\mathrm{H_2(g)}\mathrm{0}\mathrm{103.6}
Gabarito

\Delta_r G = \mathrm{-159.5~kJ~mol^{-1}}, logo é válido tentar realizar a reação em laboratório nas condições citadas.


5) Para a reação:

\frac{1}{2}\mathrm{N_2(g) + \frac{3}{2}H_2(g) \rightarrow NH_3(g)}

\Delta_r G^\circ_{\mathrm{298~K}} = -\mathrm{16.45~kJ~mol^{-1}} e \Delta_r H^\circ_{\mathrm{298~K}} = -\mathrm{46.11~kJ~mol^{-1}}

Estime o valor de \Delta_r G^\circ_{\mathrm{500~K}} se \Delta_r H^\circ for considerado independente da temperatura.

Gabarito

\Delta G = \mathrm{3.66~kJ~mol^{-1}}


6) Um mol de vapor é condensado reversivelmente para água líquida a \mathrm{373~K} e pressão de \mathrm{101.325~kPa}. O calor de vaporização da água é \mathrm{2.2568~kJ~g^{-1}}. Assumindo que o vapor se comporta como um gás ideal, calcule w, q, \Delta_r U, \Delta_r S, \Delta_r A e \Delta_r G para o processo de condensação.

Gabarito

w= \mathrm{3103~J~mol^{-1}}
q= \mathrm{-40.624~kJ~mol^{-1}}
\Delta_r U = \mathrm{-37.52~J~mol^{-1}}
\Delta_r H = \mathrm{-40.624~kJ~mol^{-1}}
\Delta_r S = \mathrm{-108.907~J~mol^{-1}}
\Delta_r A = \mathrm{3101~J~mol^{-1}}
\Delta_r G = \mathrm{0~kJ~mol^{-1}}


7) Sabendo que U = f(S,V), H = f(S,p), A = f(T,V) e G = f(p,T), prove as relações de Maxwell:

    \begin{align*}&\pderiv{T}{V}{S} = -\pderiv{p}{S}{V} \\&\pderiv{T}{p}{S} = \pderiv{V}{S}{p} \\&\pderiv{S}{V}{T} = \pderiv{p}{T}{V} \\&\pderiv{S}{p}{T} = -\pderiv{V}{T}{p} \end{align*}

Gabarito

A demonstração foi feita em aula. Tentem sem olhar o caderno.


8) Para a reação:
\mathrm{C_2H_6(g)} \rightleftharpoons \mathrm{C_2H_4(g) + H_2(g)}

K^\circ_P é 0.05 a \mathrm{900~K}. Se uma mistura inicial contendo \mathrm{20~mol} de \mathrm{C_2H_6} e \mathrm{80~mol} de \mathrm{N_2} (inerte) é passada sobre um catalisador de desidrogenação a \mathrm{900~K}, qual é a composição percentual de equilíbrio da mistura gasosa efluente?

A pressão total é mantida em \mathrm{0.5~bar}. Dado: \Delta_r S^\circ = \mathrm{135.143~J~K^{-1}~mol^{-1}} a \mathrm{300~K}.
Calcule \Delta_r G^\circ a \mathrm{300~K}. (Assuma \Delta_r C_p = 0)

Gabarito

A demonstração foi feita em aula. Tentem sem olhar o caderno.


9) Para a dissociação do gás sulfeto de di-hidrogênio:

    \begin{align*}\mathrm{2H_2S(g)} \rightleftharpoons \mathrm{2H_2(g) + S_2(g)}\end{align*}


A constante de equilíbrio K^\circ_p é 0.0118 a \mathrm{1338~K} e a entalpia de dissociação \Delta H^\circ é \mathrm{177.40~kJ~mol^{-1}}.
a) Encontre a constante de equilíbrio padrão da reação a \mathrm{1200~K}.
b) Como o aumento na pressão afeta o equilíbrio?
c) Como a adição de um gás inerte na mistura reacional afeta o equilíbrio?
d) Como o aquecimento afeta o equilíbrio?

Gabarito

a) 0.0019
b) O aumento da pressão por variação isotérmica de volume irá deslocar o equilíbrio no sentido de favorecer a formação de \mathrm{H_2S}.
c) A adição de gás inerte não afeta o equilíbrio.
d) Como a reação direta é endotérmica, o aquecimento aumenta a constante de equilíbrio, de modo que o aquecimento leva a um novo estado de equilíbrio, com composição mais rica em produtos do que o original.

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