Lista de Exercícios – Termodinâmica e Equilíbrio (PPGQ) – Labotarório de Química Teórica e Simulação Molecular

1) Calcule o trabalho em cada um dos seguintes processos, começando com uma amostra de gás em um sistema com pistão com $T = \mathrm{305~K}$ , $P = \mathrm{1{,}79~atm}$ e $V = \mathrm{4{,}29~L}$ :
(a) expansão irreversível contra a pressão externa constante de $\mathrm{1{,}00~atm}$ , até o volume final $\mathrm{6{,}52~L}$ ;
(b) expansão reversível isotérmica até o volume final $\mathrm{6{,}52~L}$ .

Resposta

(a) $\mathrm{-226~J}$

(b) $\mathrm{-326~J}$

2) Um gás em um cilindro foi colocado em um aquecedor e ganhou $\mathrm{5500~kJ}$ de energia na forma de calor. Se o volume do cilindro aumentou de $\mathrm{345~mL}$ para $\mathrm{1846~mL}$ contra uma pressão atmosférica de $\mathrm{750~Torr}$ durante o processo, qual é a variação de energia interna do gás no cilindro?

Resposta

$\mathrm{5500~kJ}$

3) O difluoreto de oxigênio é um gás incolor, muito venenoso, que reage com o vapor de água para produzir $\mathrm{O_2}$ , $\mathrm{HF}$ e calor:

$\begin{align*} \mathrm{OF_2(g) + H_2O(g) \rightarrow O_2(g) + 2HF(g)} \qquad \Delta_r H = \mathrm{-318~kJ}\end{align*}$

Qual é a variação de energia interna na reação de $\mathrm{1{,}00~mol}$ de $\mathrm{OF_2}$ a $T = \mathrm{25~^\circ C}$ ?

Resposta

$\mathrm{-320{,}5~kJ}$

4) Calcule a entalpia de reação da síntese do gás brometo de hidrogênio, $\mathrm{H_2(g) + Br_2(l) \to 2HBr(g)}$ , a partir das seguintes informações:

$\begin{align*}\mathrm{NH_3(g) + HBr(g) \longrightarrow NH_4Br(s)} & \quad \Delta H^\circ = -188{,}32~\mathrm{kJ} \\\mathrm{N_2(g) + 3 H_2(g) \longrightarrow 2 NH_3(g)} & \quad \Delta H^\circ = -92{,}22~\mathrm{kJ} \\\mathrm{N_2(g) + 4 H_2(g) + Br_2(l) \longrightarrow 2 NH_4Br(s)} & \quad \Delta H^\circ = -541{,}66~\mathrm{kJ}\end{align*}$

Resposta

$\mathrm{-72{,}8~kJ}$

5) Calcule a variação de entropia associada ao aumento reversível de temperatura de $\mathrm{1{,}00~mol}$ de um gás monoatômico ideal, de $\mathrm{37{,}6~\celsius}$ até $\mathrm{157{,}9~\celsius}$ :

(a) em pressão constante

(b) em volume constante.

Resposta

(a) $\mathrm{6{,}08~J~K^{-1}}$

(b) $\mathrm{4{,}08~J~K^{-1}}$

6) Calcule a energia livre de Gibbs padrão da decomposição do peróxido de hidrogênioa $\mathrm{25~^\circ C}$ , usando os dados abaixo:

\Delta_f H_m^\circ~(\mathrm{kJ~mol^{-1}})

Resposta

$\mathrm{-116{,}8~kJ}$

7) Uma mistura de reação contendo ( $\mathrm{0{,}100~mol}$ ) de ( $\mathrm{SO_2}$ ), ( $\mathrm{0{,}200~mol}$ ) de ( $\mathrm{NO_2}$ ), ( $\mathrm{0{,}100~mol}$ ) de ( $\mathrm{NO}$ ) e ( $\mathrm{0,150~mol}$ ) de ( $\mathrm{SO_3}$ ) foi preparada em um reator de ( $\mathrm{5{,}00~L}$ ). A reação:

$\mathrm{SO_2(g) + NO_2(g) \rightleftharpoons NO(g) + SO_3(g)}$

atinge o equilíbrio (em $\mathrm{460~\celsius}$ ), quando ( $\mathrm{K_c = 85{,}0}$ ). Qual é a concentração de cada substância no equilíbrio?

Resposta

$\begin{align*}\mathrm{[SO_2] = 0{,}001, [NO_2] = 0{,}021, [NO] = 0{,}039, [SO_3] = 0{,}049}\end{align*}$

8) O processo de Claus, que é usado para remover enxofre do petróleo, na forma de dióxido de enxofre, baseia-se na reação exotérmica:

$2~\mathrm{H_2S(g) + SO_2(g) \rightleftharpoons 3~S(s) + 2~H_2O(g)}$

Qual é a constante de equilíbrio desta reação em $\mathrm{25~^\circ C}$ ? Dadas as energias livres de Gibbs de formação do $\mathrm{H_2S}$ , $\mathrm{SO_2}$ e $\mathrm{H_2O}$ , respectivamente (em $\mathrm{kJ \cdot mol^{-1}}$ ): $-33{,}56$ , $-300{,}19$ e $-228{,}57$ .

O que ocorre se:

(a) Adicionássemos gás hélio ao sistema?

(b) Diminuirmos a temperatura?

Resposta

(a) Mesmo que o hélio contribua para o aumento da pressão total, as concentrações de equilíbrio não seriam alteradas e o equilíbrio não seria deslocado nem para reagentes nem para produtos. Só haveria deslocamento de equilíbrio por mudança de pressão se essa alteração fosse consequência de mudança do volume.

(b) Como a reação é exotérmica, o resfriamento aumenta a constante de equilíbrio, levando a um novo estado de equilíbrio mais deslocado para os produtos.

(c) O aumento da pressão parcial do $\mathrm{SO_2}$ é o mesmo que aumentar sua concentração, deslocando o equilíbrio no sentido de consumir esse excesso e formar mais produtos.

Substância	$\Delta_f H_m^\circ~(\mathrm{kJ~mol^{-1}})$	$S_m^\circ~(\mathrm{J~K^{-1}~mol^{-1}})$
$\mathrm{H_2O_2 (l)}$	$-187{,}78$	$109{,}60$
$\mathrm{H_2O (l)}$	$-285{,}83$	$69{,}91$
$\mathrm{O_2 (g)}$	$0{,}00$	$205{,}14$

Lista de Exercícios – Termodinâmica e Equilíbrio (PPGQ)

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