O documento apresenta uma lista de exercícios sobre termodinâmica. Os itens 1 a 3 calculam a variação de energia interna para diferentes processos envolvendo ar e gases sob aquecimento ou expansão. Os itens 4 a 7 calculam variações de energia interna, trabalho e calor absorvido/liberado para sistemas gasosos sob diferentes processos. Os itens 8 a 10 determinam se processos envolvendo fusão, combustão e aquecimento são exotérmicos ou endotérmicos. Os itens 11 a 17 calculam variações de ener

1. Lista de exercício (termodinâmica)
1. 4,0 kJ de calor são fornecidos a uma quantidade de ar. Calcule a variação da energia interna para o ar se: a) nenhum trabalho é realizado pelo ar; b) o ar se expande e realiza 0,5 kJ de trabalho; c) 1,0 kJ de trabalho é realizado na compressão do ar ao mesmo tempo que ele é aquecido.
R.: a) E = q + w w = 0 E = q = 4,0 kJ
b) E = q + w E = 4,0 kJ + (- 0,5 kJ) = 3,5 kJ
c) E = q + w E = 4,0 kJ + 1,0 kJ = 5,0 kJ
2. Os gases hidrogênio e oxigênio, em um cilindro, são queimados. Enquanto a reação ocorre, o sistema perde 1.150 J de calor para a vizinhança. A reação faz também com que o êmbolo suba à medida que os gases quentes se expandem. Os gases em expansão realizam 480 J de trabalho na vizinhança à medida que pressiona a atmosfera. Qual é a mudança na energia interna do sistema?
R.: E = q + w
Sistema perde 1.150 J de calor  q =  1.150 J
Sistema realiza 480 J de trabalho  w = 480 J
E = ( 1.150 J) + (480 J) = 1.630 J
3. Calcule a variação da energia interna do sistema para um processo no qual ele absorve 140 J de calor da vizinhança e realiza 85 J de trabalho na vizinhança.
R.: E = q + w
Sistema absorve 140 J de calor  q = + 140 J
Sistema realiza 85 J de trabalho  w = 85 J
E = +140 J + (85 J) = +55 J
4. Um certo sistema absorve 300 J de calor e tem 700 J de trabalho realizado nele. Qual é a valor da energia interna do sistema? O sistema é endotérmico ou exotérmico?
R.: E = q + w
Sistema absorve 300 J de calor  q = + 300 J
Sistema recebe 700 J de trabalho  w = + 700 J
E = + 300 J + 700 J = + 1.000 J (endotérmico)
5. O valor da energia interna de certo sistema sofre uma mudança de -1.455 J. Durante a mudança, o sistema absorve 812 J de calor. O sistema realizou trabalho ou o trabalho foi realizado pelo vizinhança?
R.: E = q + w E =  1.455 J
Sistema absorve 812 J de calor  q = + 812 J
 1.455 J = +812 + w
w =  1.455 J  812 J =  2.2.67 J (o trabalho foi realizado pelo sistema sobre a vizinhança)
6. Um gás, possuindo um volume inicial de 50,0 m3 a uma pressão inicial de 200 kPa, é colocado para expandir contra uma pressão constante de 100 kPa. Calcule o trabalho realizado pelo gás, em kJ. Se o gás é ideal e a expansão isotérmica, qual o valor de q para o gás?
R.: Para cálculo do trabalho, precisamos da variação de volume, mas o problema só fornece o volume inicial. Assim, temos que calcular o volume final pela fórmula P1V1=P2V2.
Temos, então: 200 kPa x 50,0 m3 = !00 kPa x P2  P2 = 100 m3
Calculando o trabalho: W = - PV. W = - 100 kPa x 100 m3 = - 10.000 kPa.m3 = -10.000 kJ
Na expansão isotérmica, a temperatura permanece constante, logo, todo calor fornecido resultará em trabalho. Como a temperatura não variou, a energia também não varia.
7. Se 500 cm3 de um gás são comprimidos a 250 cm3, sob uma pressão constante de 300 kPa, e se o gás também absorve 12,5 kJ, qual será o valor de q, w e E para o gás, expresso em kJ? Qual o valor de E para o ambiente?
R.: q = + 12,5 kJ

2. V = 500 cm3 – 250 cm3 = 250 cm3 = 0,25 L = 2,5 x 10-4 m3.
W = -PV W = - 300 kPa.(-2,5 x 10-4 m3) = 0,075 kPa.m3 = 0,075 kJ
E = q + W E = 12,5 kJ + 0,075 kJ = 12,575 kJ = 12,6 kJ
E do ambiente = - 12,6 kJ.
8. Indique o sinal da variação de entalpia, H, em cada um dos seguintes processos realizados sob pressão atmosférica e informe se o processo é endotérmico ou exotérmico:
a) um cubo de gelo se derrete; a fusão do gelo é um processo endotérmico  H = “+”.
b) 1 g de butano (C4H10) é queimado em oxigênio suficiente para a completa combustão em CO2 e H2O; a combustão (queima) é um processo exotérmico  H = “”.
9. Suponha que confinamos 1 g de butano e oxigênio suficiente para uma completa combustão em um cilindro. O cilindro é perfeitamente isolado, de modo que nenhum calor possa escapar para a vizinhança. Uma faísca inicia a combustão do butano, que forma dióxido de carbono e vapor de água. Se utilizássemos esse instrumento para medir a variação de entalpia da reação, o êmbolo subiria, cairia ou permaneceria constante?
R.: Um gás, quando aquecido expande-se. Como os produtos da reação são CO2(g) e H2O(g), com o aquecimento, o êmbolo é forçado para cima.
10. Qual a quantidade de calor é liberado quando 4,5 g de gás metano são queimados em um sistema à pressão constante? (H= -890 kJ)
R.: A partir da equação de queima do metano, tem-se:
CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O H= -890 kJ Massa molar do metano: 16 g/mol
16g -----------------------------------  890 kJ
4,5g ---------------------------------- X X = 250,3 kJ
11. Calcule E e determine se o processo é endotérmico ou exotérmico para os seguintes casos:
a) Um sistema libera 113 J de calor para a vizinhança e realiza 39 KJ de trabalho na vizinhança;
R.: E = q + w q = 113 J w =  39 kJ = 39.000 J
E = (113 J) + (39.000 J) = 39.113 J (exotérmico)
b) b) q= 1,62 KJ e w= -874 KJ;
R.: E = q + w q = 1,62 kJ w =  874 kJ =
E = 1,62 kJ + ( 874 kJ ) =  872,38 kJ (exotérmico)
c) c) o sistema absorve 63,5 kJ de calor da vizinhança.
R.: Sistema absorve calor  endotérmico
12. Considere a seguinte reação que ocorre a temperatura e pressão ambiente:
2Cl(g)  Cl2(g) H= -243,4 kJ. Quem tem maior entalpia sob essas condições, 2Cl(g) ou Cl2(g)?
O sinal negativo indica que o sistema perdeu calor; logo, “2Cl” tem a maior entalpia.
ou
Hreação = Hprodutos - Hreagentes
Hreação =  243,4 kJ Hprodutos = H(Cl2) = 0 (zero)
 243,4 kJ = H(Cl2) - H(2Cl)
H(2Cl) = 243,4  0 = 243,4 kJ
O “2Cl” tem maior entalpia.
13. Considere a seguinte reação: 2Mg(s) + O2(g)  2MgO(s) H = -1.204 KJ
a) A reação é endotérmica ou exotérmica? R.: exotérmica porque H é negativo.
b) Calcule a quantidade de calor transferido quando 2,4 g de Mg(s) reagem a pressão constante.

3. R.: Massa molar do Mg = 24 g/mol  2Mg = 2 x 24 = 48g
48g de Mg (s) ------------- 1.204 kJ
2,4g de Mg (s) ------------ 60,2 kJ
c) Quantos gramas de MgO são produzidos durante uma variação de entalpia de 96 KJ?
R.: Massa molar do MgO = 24 + 16 = 40
Da equação acima, tem-se:
2MgO = 2 x 40g = 80g --------------- 1.204 kJ
“X”g -------------  96 kJ
X = 80g x ( 96 kJ) / (1.204 kJ) = 6,38g
d) Quantos quilojoules de calor são absorvidos quando 7,5 g de MgO(s) de decompõe em Mg(s) e O2(g) a pressão constante?
R.: Este item refere-se à decomposição do MgO(s), ou seja, à equação inversa:
2MgO  2Mg(s) + O2(g) H = +1.204 kJ (sinal trocado com a inversão)
80g ----------------------------- + 1.204 kJ
7,5g ---------------------------- Y = + 112,88 kJ
14. Nos Estados Unidos em 1947, a explosão de um navio carregado do fertilizante nitrato de amônio (NH4NO3) causou a morte de 500 pessoas. A reação ocorrida pode ser representada pela equação:
2NH4NO3(s) 2N2(g) O2(g) + 4H2O(l) ΔH = - 411,2 kJ
Nesse processo, quando há decomposição de 1 mol do sal (nitrato de amônio) ocorre:
a) liberação de 411,2 kJ. d) absorção de 205,6 kJ.
b) absorção de411,2 kJ. e) liberação de 205,6 kJ.
c) liberação de 305,6 kJ.
R.: da equação acima, tem-se:
2NH4NO3 ---------------  411,2 kJ
1NH4NO3 --------------- X =  205,6 kJ
15. É comum o cozinheiro utilizar-se do bicarbonato de sódio (NaHCO3) para apagar chamas causadas pela combustão da gordura. Quando lançado sobre as chamas, o sal decompõe- se, originando gás carbônico, que abafa ainda mais a chama. A equação de decomposição do bicarbonato de sódio e as entalpias-padrão de formação (ΔH) das substâncias envolvidas estão representadas a seguir.
2NaHCO3 (s) → Na2CO3(s) + H2O(l) + CO2(g)
ΔH (CO2, g) = − 393,5 kJmol-1 ΔH (NaHCO3, s) = − 947,7 kJ mol-1
ΔH (H2O, l) = − 285,9 kJ mol-1 ΔH (Na2CO3, s) = − 1131,0 kJ mol-1
Calcule a entalpia final da equação e diga se é endotérmica ou exotérmica.
R.: H°reação = H°produtos  H°reagentes
H°reação = [1.130 + (285,9) + (393,5)]  2 x (947,7)
H°reação = 1.809,4 (1.895,4) = 86kJ
16. O calor liberado na combustão de um mol de metano, CH4(g), é 212 kcal. Quando 80 gramas de CH4(g) (16 g/mol), são queimados, a energia liberada em kcal, é?
R.: CH4 + 2O2  CO2 + 2H2O H = 212kcal
16g --------------------- 212
80g --------------------- X = 1.060kcal
17. Dados os gráficos abaixo, indique o tipo de reação que representam - exotérmica ou endotérmica - e calcule o H, em cada caso.

4. reagentes
produtos
Caminho da reação
Entalpia/kcal
80
-30
reagentes
produtos
Caminho da reação
Entalpia/kcal
70
20
R.: a) pelo gráfico, verifica-se que a entalpia dos produtos é menor que a entalpia dos
reagentes. Logo, a reação perdeu calor  exotérmica:
Hreação = Hprodutos  Hreagentes
Hreação = (30)  (80) = 110 kcal
b) pelo gráfico, verifica-se que a entalpia dos produtos é maior que a entalpia dos
reagentes. Logo, a reação ganhou calor  endotérmica:
Hreação = Hprodutos  Hreagentes
Hreação = (70)  (20) = +50 kcal
18. Quando um aluno mistura 50 mL de solução 1M (1 mol/L) de ácido clorídrico (HCl) e 50
mL de solução 1M de hidróxido de sódio em um calorímetro de copo de isopor, a
temperatura aumenta de 21,0°C para 27,5°C. Calcule a variação de entalpia para a
reação, supondo que o calorímetro perde apenas uma quantidade desprezível de calor,
que o volume da solução é 100 mL, que sua densidade é 1,0 g/mL e que seu calor
específico é 4,18 J/g°C.
R.: q = m.c.t
m = m(HCl) + m(NaOH) = 50 g + 50 g = 100 g
c = 4,18 J/g.°C
t = tf – ti = 27,5°C – 21°C = 6,5°C
q = 100g . 4,18J/g.°C . 6,5°C
q = 2.717 J = 2,7 kJ.