escreva a estabilidade de (A), (B) e (C) em ordem decrescente. Dados: R = 8,3 atm.l/mol.k

Lista de aprofundamento de termoquímica Q1:

Quando pent-1-ino (A) é tratado com uma solução alcoólica de KOH à 175 °C, é lentamente convertido em uma mistura em equilíbrio de 1,3% de pent-1-ino (A), 95,2% pent-2-ino (B) e 3,5% de penta-1,2-dieno (C). Calcule ∆𝐺0, em kJ, para o seguinte equilíbrio:

𝐵 ⇌ 𝐴, ∆𝐺₁0 =? 𝐵 ⇌ 𝐶 , ∆𝐺₂0 =?

A partir dos valores calculados de ∆𝐺₁0 e ∆𝐺₂0 escreva a estabilidade de (A), (B) e (C) em ordem decrescente. Dados: R = 8,3 atm.L/mol.K ln 13 952= −4,3 e ln 35 952= −3,3 Q2 (IME 13/14):

1,00 kg de carbonato de cálcio, na temperatura de 298 K, é introduzido em um forno que opera a 101 kPa. O forno é então aquecido até a temperatura Tc na qual ocorrerá a calcinação do carbonato de cálcio. Sabendo-se que o módulo da variação da energia livre de Gibbs da reação de calcinação à temperatura Tc é igual a 10,7 kJ/mol, determine a temperatura de calcinação Tc e a quantidade de calor necessária à completa calcinação do carbonato. Despreze os efeitos de mistura e considere que, para o sistema reacional, aplicam-se as seguintes equações:

∆G = ∆H − T∆S ∆H = ∆𝐻_𝑓0+ 𝑐_𝑝∆T ∆S = ∆𝑆_𝑓0+ 𝑐_𝑝∆𝑇

𝑇

Dados:

Massas molares: C = 12 g/mol, O = 16 g/mol e Ca = 40g/mol

Entalpias e entropias de formação a 298 K e capacidades caloríficas médias:

Substância ∆𝑯_𝒇𝟎(𝒌𝑱/𝒎𝒐𝒍) ∆𝑺_𝒇𝟎(𝑱/𝒎𝒐𝒍. 𝑲) 𝐂𝐩(𝐉/𝐦𝐨𝐥. 𝐊)

C𝑂_2(𝑔) -394 213 54,0

C𝑎𝑂_(𝑠) -636 39,0 56,0

C𝑎𝐶𝑂_3(𝑠) -1207 94,0 110

Q3 (IME 13/14):

O tetracloreto de carbono é um composto orgânico apolar, líquido à temperatura ambiente. Dentre outras aplicações, foi amplamente utilizado no século passado como solvente, como pesticida e na síntese de agentes refrigerantes. Seu emprego comercial, entretanto, foi progressivamente reduzido quando se tornaram evidentes os seus efeitos nocivos à saúde humana e ao meio ambiente. Estudos constataram que a inalação é a

principal via de exposição ao tetracloreto de carbono para trabalhadores e para a população em geral em razão de sua pressão de vapor relativamente elevada e de sua lenta degradação no ambiente.

Supondo que as energias livres padrão de formação (∆𝐺_𝑓0) do tetracloreto de carbono, nos estados líquido e vapor a 25 ºC, sejam −68,6 kJ/mol e −64,0 kJ/mol respectivamente, determine a sua pressão de vapor, à mesma temperatura, em função da constante e (número de Neper). Dado: R = 8,3 atm.L/mol.K

Q4:

Borbulhar amônia gasosa em uma solução de cloreto de enxofre gera um sólido vermelho explosivo 𝑆4𝑁4 e um sólido amarelo. Sabe-se que estrutura do 𝑆4𝑁4 é cíclica com dois

planos de simetria.

a) Apresente a estrutura de Lewis para o 𝑆₄𝑁₄.

b) Determine a variação de entalpia de formação para o 𝑆4𝑁4.

c) Determine a variação de entalpia para a reação de síntese do 𝑆4𝑁4 a partir da amônia

e do cloreto de enxofre. Dados:

Energia de ligação (S − S) = 226 kJ/mol Energia de ligação (S − N) = 273 kJ/mol Energia de ligação (S = N) = 318 kJ/mol Energia de ligação (N ≡ N) = 941 kJ/mol

Variação de entalpia de formação da amônia = −45,9 kJ/mol

Variação de entalpia de formação do cloreto de enxofre = −50 kJ/mol Variação de entalpia de formação do ácido clorídrico = −92,3 kJ/mol

Q5:

Um mol de um gás nobre está confinado na metade do volume de um recipiente adiabático que é internamente divido ao meio por uma barreira física também adiabática. Quando a barreira é retirada repentinamente, determine:

a) Variação de entropia devido a esse processo, em função de R

b) A razão entre o número de microestados final e inicial das partículas do gás, em função de 𝑁_𝐴𝑉.

Q6:

Considere um sistema com k recipientes separados por k-1 divisórias, cada um contendo certa quantidade de um gás ideal diferente.

Em um certo instante de tempo, as divisórias que separam os recipientes são retiradas e os gases se misturam isotermicamente. Sabe-se que o número total de mols é n.

a) Determine a variação de entropia de mistura dos gases em função das frações molares de cada gás.

b) Determine a variação de energia livre de Gibbs de mistura dos gases em função das frações molares de cada gás.

c) Determine a variação de entropia de mistura máxima.

DADOS:

Variação de entropia para transformação isotérmica de um gás ideal: ∆𝑆 = 𝑛𝑅 ln𝑉2

𝑉1

Q7 (IME 09/10):

Uma dada massa de óxido ferroso é aquecida a 1273 K e, em seguida, exposta a uma mistura gasosa de monóxido de carbono e hidrogênio. Desta forma, o óxido é reduzido a metal sem qualquer fornecimento adicional de energia. Admita que ocorra uma perda de calor para as circunvizinhanças de 4,2 kJ/mol de óxido reduzido. Calcule a razão mínima entre as pressões parciais de monóxido de carbono e de hidrogênio (pCO/pH2) na mistura gasosa inicial, de modo que o processo seja auto-sustentável. Despreze a decomposição da água.

Calores de reação a 1273 K (kJ/mol):

redução do óxido ferroso 265

oxidação do hidrogênio -250

oxidação do monóxido de carbono -282

Q8:

Uma amostra contendo 56 g de um hidrocarboneto é completamente convertida ao estado gasoso e submetida à transformação 1 → 2 representada pela reta no gráfico a seguir:

Sabendo que R = 0,082 atm.L/mol.K, a máxima temperatura atingida pelo hidrocarboneto na transformação 1 → 2 foi a ambiente e que o calor molar absorvido nesse processo foi de 3,0 kJ/mol:

a) calcule a variação de energia interna molar dessa transformação; b) determine a fórmula molecular do hidrocarboneto.

Q9:

Considere uma gasolina de aviação constituída exclusivamente de n-octano e etanol em iguais frações molares. A capacidade energética desse combustível é de 30775,5 kJ por litro de gasolina queimada.

a) Escreva a reação química balanceada representativa da combustão dessa gasolina. b) Calcule a densidade dessa gasolina, em g/𝑐𝑚3.

Dados:

Entalpia de combustão do n-octano: 5471 kJ/mol Entalpia de combustão do etanol: 1368 kJ/mol

Q10:

Considerando os dados termodinâmicos a seguir:

Espécie ∆𝐻_𝑓0(kJ/mol) ∆𝑆_𝑓0(J/mol.K)

𝐻_(𝑎𝑞)+ 0 0

𝑂𝐻_(𝑎𝑞)− -239,9 x

𝐻₂𝑂_(𝑙) -285,83 69,95

a) Calcule o valor da entropia padrão de formação do ânion hidroxila b) Calcule a constante de autoprotólise de água a 50 ºC

c) Indique se o aumento da acidez natural da água é um processo endotérmico ou exotérmico. Justifique.

Gabarito Q1: ∆𝐺₁0 = 16 kJ; ∆𝐺₂0 = 12,3 kJ e a ordem é B>C>A Q2: 𝑇 ≅ 1188𝐾 e Q = 2749 kJ Q3: p = e−1,86 atm Q4: a) b)392kJ/mol c) -232kJ/mol Q5: a) 𝑅 ln 2 b) 2𝑁𝑎𝑣 Q6: a)− ∑𝑘𝑖=1𝑛𝑖𝑅 ln 𝑋𝑖 b) ∑𝑘_𝑖=1𝑛_𝑖𝑅𝑇 ln 𝑋_𝑖 c) −𝑛𝑅 ln1 𝑘 Q7: (𝒑𝑪𝑶 𝒑𝑯𝟐)_𝒎𝒊𝒏= 𝟑 𝟐 Q8: a) ΔU = 0,6kJ/mol b) 𝐶₄𝐻₁₀ Q9: a)𝐶₈𝐻₁₈+ 𝐶₂𝐻₆𝑂 +31 2 𝑂2 → 10𝐶𝑂2 + 12𝐻2 b) 0,72g/𝑐𝑚3

Q10: a) 10,25 J/mol.K b)5,74.10−14 c) A constante de ionização aumenta com o aumento da temperatura, logo o processo é endotérmico.