Problemas de termodinâmica química I (mieq)



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TERMODINÂMICA QUÍMICA I / TERMODINÂMICA QUÍMICA

2007/2008




PROBLEMAS DE

TERMODINÂMICA QUÍMICA I (MIEQ)



TERMODINÂMICA QUÍMICA (MEM)

PROBLEMA Nº 1


ASSUNTO : Calor e trabalho em transformações reversíveis.

OBJECTIVO : Mostrar que calor e trabalho não são propriedades termodinâmicas


Um sistema fechado sofre uma transformação desde um estado A, para o qual P= 30 atm e V= 1.0 dm3, até um estado B, onde P= 1 atm e V= 7.7 dm3.

O sistema é tal que nas suas transformações adiabáticas, a pressão varia com o volume através da expressão




sendo C uma constante.

Considere que a transformação referida se pode realizar por duas vias diferentes:



  1. o sistema sofre uma expansão desde o volume inicial até ao volume final, sendo necessário fornecer calor. Neste processo, a pressão não se altera. Mantendo, depois, o volume constante o sistema perde calor diminuindo a pressão;

  2. o sistema sofre uma expansão desde o volume inicial até ao volume final, sendo necessário fornecer calor. Neste processo, a pressão não se altera. Mantendo, depois, o volume constante o sistema perde calor diminuindo a pressão.

Calcular o trabalho e o calor que são postos em jogo nas duas vias atrás referidas.

R: a) W= -20.37 kJ Q= 16.97 b) W= -10.59 kJ Q= 7.19 kJ .


PROBLEMA Nº 2


ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da variação de U e S numa transformação com mudança de fase.


Considere a vaporização da água à temperatura de ebulição normal (Tb= 373.15 K, P= 1 atm). Sabendo que nestas condições o volume molar do líquido é Vm = 18.798 cm3mol-1, e que a entalpia de vaporização é 40 655 J mol-1, fazer estimativas para:

  1. a variação de energia interna molar;

  2. a variação de entropia molar.

RESULTADO : a) 37 555 J mol-1 b) = 109 J mol-1.K-1.

PROBLEMA Nº 3


ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da variação de G numa transformação simples.


Um gás perfeito é comprimido, a temperatura constante e igual a 25 ºC, de tal modo que a sua pressão duplica de valor. Calcular a variação sofrida pela função de Gibbs nesta transformação.

DADOS : R= 8.31451 J mol-1 K-1 .

RESULTADO : G = 1718.3 J mol-1.

PROBLEMA Nº 4


ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da variação de entalpia e de entropia de um gás real. Utilização das relações de Maxwell.

Suponha que o etano no estado gasoso obdece à seguinte equação de estado:

onde



Calcular:

  1. A variação de entalpia, quando o gás a 400 K e a 1.97 atm é comprimido a 7.89 atm;

  2. A entropia do etano a 400 K e a 7.89 atm sabendo que S(g, 1.97 atm, 400 K) = 240.792 J mol-1 K-1.

RESULTADO : a ) H = 201.8 J mol-1. b) S(g, 7.89 atm, 400 K)= 228.902 J mol-1 K-1.



PROBLEMA Nº 5


ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da variação de entalpia.


Na tabela a seguir indicam-se os valores de uma região P, Vm, T da fase líquida do monóxido de carbono (CO).




P/ atm


T / K

Vm / cm3.mol-1

1


73

74

75



33.98

34.15


34.12

2


73

74

75



33.97

34.14


34.30

3


73

74

75



33.97

34.13


34.30

4


73

74

75



33.96

34.13


34.29

5


73

74

75



33.95

34.12


34.29

Sabendo que a entalpia do CO líquido a 1 atm e 74 K é 3735.7 J. mol-1, determinar a entalpia da substância a 5 atm e 74 K.


RESULTADO: H (L, 5 atm, 74 K) = 3744.5 J. mol-1 .

PROBLEMA Nº 6

ASSUNTO : Variação de propriedades termodinâmicas.

OBJECTIVO : Cálculo numérico da entalpia de excesso. Relação de Gibbs-Helmholtz
As funções termodinâmicas de excesso, designadas genericamente por XE, encontram-se relacionas entre si por equações semelhantes às das funções de estado correspondentes. Em particular a relação de Gibbs-Helmholtz entre GE e HE é dada pela análoga:
= HE ,
onde o índice inferior x (fracção molar) serve para referir que a composição da mistura se mantém constante. L. Q. Lobo e colaboradores [J. Chem. Thermodynamics 34 (2002) 1557-1566] determinaram a função de Gibbs de excesso GE para as misturas líquidas de xCH3F+(1-x) HCl concluindo que para a mistura equimolecular (x=0.5) os valores de GE são (92424) Jmol-1 e (84615) Jmol-1 a 159.01 K e 182.33 K, respectivamente. Determinar a entalpia de excesso, HE, no intervalo de temperatura considerado, para a mistura equimolecular.
RESULTADO: HE (x=0.50) =  (1456214) Jmol-1.





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