TERMODINÂMICA QUÍMICA APLICADA À INORGÂNICA

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- Explique se nas reações abaixo o valor de ΔH é muito distinto do de ΔE, estimando de maneira qualitativa, mas definitiva, se será maior ou menor. Suponha que todos os regentes e produtos estejam nos seus estados padrões e a 25 °C.

a) Reação completa de combustão da sacarose (C12H22O11).

b) Combustão total do álcool etílico.

c)A oxidação do PbS com o O2 a PbO e SO2.

d) a oxidação do naftaleno sólido (C10H8) com o O2 para produzir ácido ftálico sólido [C6H4(COOH)2.

- A quantidade de energia liberada na queima de combustíveis é denominada entalpia de combustão. As entalpias de combustão de algumas substâncias são dadas na tabela I. Para comparar a eficiência da combustão de diferentes combustíveis, são necessárias especificações de algumas condições.

TABELA I

Substância

Entalpia de combustão (kJ.mol-1)

Densidade (g/mL)

Hidrogênio, H2

–286

0,07 (*)

Metanol , CH3OH

–726

0,79

Etanol, C2H5OH

–1367

0,80

Octano, C8H18

–5470

0,70

(*) calculada para o gás comprimido a 0 oC

Identifique, dentre as substâncias relacionadas na tabela I, a que teria a maior eficiência nas seguintes situações:

a) aplicações nas quais o uso da menor massa do combustível é o mais importante requerimento, por exemplo, nos foguetes espaciais. Justifique.

b) aplicações nas quais o uso do menor volume do combustível é o mais importante requerimento, por exemplo, nos veículos automotores. Justifique.

- A partir dos dados abaixo, demonstre que a mudança de fase H2O (l, -10 °C) → H2O (s, -10°C) é espontânea:

Cp da H2O (l) = 18 cal K-1 mol-1; Cp da H2O (s) = 9,1 cal K-1 mol-1; ΔH°fusão a 0 °C = 1435 cal mol-1

- Uma amostra de sacarose, C12H22O11, de massa 0,1265 g é queimada em uma bomba calorimétrica. Acabada a reação, se encontra que para produzir eletricamente o mesmo incremento de temperatura é necessário consumir 2082,3 J.

a) Calcule o calor de combustão da sacarose. Explique se este calor corresponde à variação de entalpia ou de energia interna. Se for energia interna, determine a entalpia, e se for entalpia, determine a energia interna.

b) A partir do calor de combustão e dos dados apropriados, calcule o calor de formação da sacarose.

ΔforH0298 CO2 (g) = -393,51 kJ mol-1; ΔforH0298 H2O (l) = -187,78 kJ mol-1

c) Se o incremento de temperatura no experimento foi de 1,743 °C, determine a capacidade calorífica do calorímetro e de seu conteúdo.

- Um grama de gelo a 0 °C é adicionada a 10 g de água em seu ponto de ebulição. Qual será a temperatura final e a variação de entropia que acompanha o processo? O calor de fusão da água é 80 cal g-1 e o calor específico 1 cal grau-1 g-1.

- Com base no terceiro princípio da termodinâmica, utilize os dados abaixo para calcular entropia do vapor d’água a 1 atm e 25 °C.

Calor de fusão = 1,436 kcal mol-1

Variação de ΔS para a água líquida de 0 a 25 °C = 1,58 cal grau-1 mol-1

Calor de vaporização a 25 °C = 10,50 kcal mol-1

Pressão de vapor da água a 25 °C = 23,76 torr

Área da curva Cp vs. lnT de 10 K a 273 K = 9,28

Considere a lei de Debye válida no intervalo de 0 a 10 K.

- Um mol de um gás ideal expande-se adiabática e irreversivelmente, de um volume V1 até dobrar seu volume, nenhum trabalho é realizado. A partir desta informação, responda aos itens abaixo:

a) Há variação da temperatura do gás?

b) Qual o valor de ΔS para o gás e para o meio ambiente? Explique se esta transformação é espontânea ou não.

- Avaliar a estabilidade de compostos é uma das principais aplicações da termoquímica dentro da química experimental. Assim, a partir dos dados abaixo, faça uso do conceito termodinâmico da lei de Hess para explicar porque o CaCl é extremamente instável e facilmente convertido a CaCl2 de acordo com a seguintes reação:

2 CaCl (s) → CaCl2 (s) + Ca (s)

1ª energia de ionização do Ca = 590 kJ mol-1; 2ª energia de ionização do Ca = 1137 kJ mol-1; energia de sublimação do Ca = 178 kJ mol-1; entalpia de dissociação do Cl2 = 244 kJ mol-1, entalpia de eletroafinidade do Cl = -349 kJ mol-1; entalpia do reticulo de rede do CaCl = -717 kJ mol-1, entalpia do reticulo de rede do CaCl2 = -2255 kJ mol-1.