Exercícios de Físico-Química

Prévia do material em texto

4ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1ª Questão: Determine se os potenciais químicos das duas fases apresentadas a 
seguir são iguais ou diferentes. Se for diferentes, diga qual dos dois é o mais baixo. 
a) mercúrio líquido Hg(l) , ou mercúrio sólido, Hg(s) , em seu ponto de fusão 
normal, de –38,9 °C; 
b) H2O(l) ou H2O(g) a 99 °C a 1 atm; 
c) H2O(l) ou H2O(g) a 100 °C a 1 atm; 
d) H2O(l) ou H2O(g) a 101 °C a 1 atm 
 
 
a) 𝜇𝐹𝑈𝑆 → 𝜇𝐿 = 𝜇𝑆 
b) 𝜇𝐿 < 𝜇𝐺 
c) 𝜇𝑉𝐴𝑃 → 𝜇𝐿 = 𝜇𝐺 
d) 𝜇𝐿 > 𝜇𝐺 
 
 
 
 
 
2ª Questão: Calcule a variação de entropia nas seguintes condições: 
a) Um mol de mercúrio líquido, Hg, congela em seu ponto de fusão normal, -38,9 
°C. O calor de fusão do mercúrio é 2,33 kJ/mol; 
b) Um mol de tetracloreto de carbono, CCl4 , vaporiza em seu ponto de ebulição 
normal, 77,0 °C. O calor de vaporização do tetracloreto de carbono é 29,89 
kJ/mol. 
 
EETI – Escola de 
Engenharia e TI 
Disciplina: Físico Química II 
Curso: Engenharia Química Turma: EQ-NR01 
Professor: Ronaldo Costa 
Estudantes: Mateus Gonçalves de Meneses / Jaime Wilson Neves Santana / 
Morgana Beatriz Cardoso Rezende / Yan Pedrosa Costa / João 
Chaves da Cruz Neto / Daniell Assis Cavalcante 
Matrículas: 635141036 / 020161044 / 169141081 / 020151108 / 020181072 
/ 020141293 
http://www.unifacs.br/
a) ∆Sfus = −2330 Jmol (−38,9 + 273,15)K ∆Sfus ≈ −9,94 Jmol . K ∆𝐻𝑓𝑢𝑠 = − ∆𝐻𝑠𝑜𝑙 
 ∆𝑆𝑓𝑢𝑠 = −∆𝐻𝑠𝑜𝑙𝑇 
b) ∆Svap = 29890 Jmol (77+273,15)K ∆Svap ≈ +85,36 Jmol .K 
 
3ª Questão: Calcule a pressão necessária para fundir a –10 °C sabendo que o 
volume molar da água do gelo é 19,64 mL/mol. ΔS para o processo é +22,04 
J/mol.K. Admita que estes valores permaneçam relativamente constantes com a 
temperatura. 
Obs. 
1 L.bar = 100 J 
∆P = (273,15 − 263,15) K x 0,2204 L. barmol . K(19,64 − 18,01)x 10−3L/mol ∆P ≈ 1,35 x 103 bar 
 
 
4ª Questão: O grafite, na temperatura de 25 °C é uma forma alotrópica estável do 
carbono. Calcule a pressão necessária para fazer diamante a partir do grafite, a uma 
temperatura a 2298 K. 
 
 
 
∆P = 2000 K x(5,69 − 2,43)x10−2 L . barmol . K (4,41 − 3,41)x 10−3 Lmol ∆P = 65200 bar 
5ª Questão: Qual a pressão necessária para mudar o ponto nde ebulição da água 
de seu vapor de 100 °C a 1,0 atm para 97°C? O calor de vaporização da água é 
40,7 kJ/mol. A densidade da água líquida a 100 °C é 0,958 g/mL, e a densidade do 
vapor é 0,5983 g/L. n = 958 g18 gmol n ≈ 53,22 mol n = 0,5983 g18 gmol ≅ 0,03324 mol 
 C(s, grafite) C(s, diamante) 
S (J/mol.K) 5,69 2,43 
V (L/mol) 4,41 x 10-3 3,41 x 10-3 
 ∆P = −3 K x (40700 Jmol x 1 L. atm 101,32 J x ( 1370K)) 
( 1L0,03324 mol − 1L53,22 mol) ∆P = −3 K x 1,086 L. atmmol . K 30,065 Lmol 
∆P ≈ −0,108 atm 
 
6ª Questão: Todos os líquidos têm pressões de vapor características que variam 
com a temperatura. A pressão de vapor característica da água pura a 22,0 °C é 
19,827 mmHg, e a 30 °C, é 31,824 mmHg.Use estes dados para calcular a variação 
de entalpia por mol do processo de vaporização da água. 
 101325 Pa = 1 atm = 760 mmHg 19,827 mmHg x (101325 Pa760 mmHg) ≈ 2643,38 Pa 
31,824 mmHg x (101325 Pa760 mmHg) ≈ 4242,85 Pa 
ln (4242,85 Pa2643,38 Pa) = − ∆H8,314 Jmol. K ( 1303 K − 1295 K) 
∆Hvap = ( 0,4731768121,076503193 x 10−5 mol/J )÷1000 ∆Hvap ≅ 44 kJ/mol 
7ª Questão: A pressão de vapor do mercúrio à 536 K é 103 Torr. Qual a 
temperatura de ebulição no ponto de ebulição normal. 
Obs. 
O calor de vaporização do mercúrio é 58,7 kJ/mol 101325 Pa = 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr 1 atm x (101325 Pa1 atm ) = 101325 Pa 
103 Torr x (101325 Pa760 Torr ) ≈ 13732,2 Pa 
ln (101325 Pa13732,2 Pa) = − 587008,314 Jmol. K (1T − 1536 K) 
T = 7060,38008211,17376117 T ≅ 632 K 
 
8ª Questão: O gelo seco tem uma pressão de vapor de 1 atm a –72,2 °C e 2 atm a –
69,1 °C. Calcule a entalpia de sublimação para o gelo seco. 101325 Pa = 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr 1 atm x (101325 Pa1 atm ) = 101325 Pa 
2 atm x (101325 Pa1 atm ) ≈ 202650 Pa 
ln (202650 Pa101325 Pa) = − ∆Hsub8,314 Jmol. K ( 1203,9 K − 1200,8 K) 
∆Hsub ≈ 76,1 kJmol 
 
9ª Questão: O naftaleno, C10H8 , funde a 80,0 °C. Se a pressão de vapor do líquido 
é de 10 Torr a 85,8 °C e 40 Torr a 119,3 °C e a do sólido é 1 Torr a 52,6°C, calcule: 
a) ΔHvap do líquido, o ponto de ebulição e ΔSvap em Tebulição 
 101325 Pa = 1 atm = 760 mmHg = 760 Torr 10 Torr x (101325 Pa760 Torr ) ≈ 1333,22 Pa 
40 Torr x (101325 Pa760 Torr ) ≈ 5332,89 Pa 
ln (5332,89 Pa1333,22 Pa) = − ∆Hvap8,314 Jmol. K ( 1392,3 K − 1358,8 K) 
∆Hvap ≈ 48,4 kJmol ln (101325 Pa5332,89 Pa) = − 48400 J/mol8,314 Jmol. K ( 1Teb − 1392,3 K) 
Teb = 489,4 K ∆S = ∆HvapTeb ∆S = 48400 J/mol489,4 K ∆S ≈ 98,9 Jmol. K 
 
 
 
 
5ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1ª Questão: Uma das formas de se conseguir cicatrizar feridas, segundo a crença 
popular, é colocação de açúcar ou pó de café sobre elas. A propriedade coligativa 
que melhor explica a retirada de líquido, pelo procedimento descrito, favorecendo a 
cicatrização, é: 
A) osmometria. B) crioscopia. 
C) endoscopia. D) tonoscopia. 
E) ebuliometria. 
Osmometria – propriedade coligativa responsável pela migração do solvente da 
solução menos concentrada, no sentido a uma outra solução mais concentrada, 
mediante uma membrana semipermeável. 
Crioscopia – propriedade coligativa responsável pela redução da temperatura de 
congelamento de um soluto não-volátil numa solução. 
Endoscopia – Exame clínico que possibilita, a visualização interna do sistema 
gastrointestinal, anal, ventricual através do endoscópio. 
Tonoscopia – propriedade coligativa responsável pelo abaixamento da pressão 
de vapor de uma solução contendo um soluto não-volátil. 
Ebuliometria – propriedade coligativa responsável pelo aumento da temperatura 
de ebulição de uma solução contendo um soluto não-volátil. 
 
 
2ª Questão: A crisocopia é uma técnica utilizada para determinar a massa molar 
através da diminuição da temperatura de solidificação de um líquido, provocada pela 
adição de um soluto não volátil. Por exemplo a temperatura de solificação da água 
pura é 0 °C (pressão de 1 atm), mas ao se resfriar uma solução aquosa 10% de 
cloreto de sódio, a solidificação ocorrerá a –2 °C. A adição de um soluto não volátil a 
um líquido provoca 
A) nenhuma alteração na pressão de vapor desse líquido. 
B) o aumento da pressão de vapor desse líquido. 
C) o aumento da temperatura de solidificação desse líquido. 
D) a diminuição da temperatura de ebulição desse líquido. 
E) a diminuição da pressão de vapor desse líquido. 
 
a) Em equilíbrio (F) 
b) Fenômeno inverso a Tonoscopia (F) 
c) Fenômeno inverso a Crioscopia (F) 
d) Fenômeno inverso a Ebulioscopia (F) 
e) Tonoscopia (V) 
 
3ª Questão: O composto não volátil (C6H8O2N2S) dissolve-se rapidamente em 
acetona (C3H6O). Qual é a pressão de vapor a 39,5 °C de uma solução contendo 
1,00 g de sulfanilamida dissolvida em 10,0 g de acetona, se a pressão de vapor da 
acetona pura a esta temperatura é de 4,00 x 102 mmHg? Lei de Raoult P = 4 x 102 x (1 − 0,0304) P ≈ 3,87 x 102 mmHg n = 1,00 g172,00 g/mol n = 5,81 x 10−3 mol Sulfanilamida 
n = 10,00 g54,00 g/mol n = 0,185 mol Acetona 
xSulfanilamida = 0,00581 mol(0,00581 + 0,185)mol xSulfanilamida ≈ 0,0304 
4ª Questão: Cinco gramas do composto não volátil formamida foram dissolvidos em 
1,00 x 102 g de água a 30 °C. A pressão de vapor da soluçaõ era de 31,2 mmHg. Se 
a pressão de vapor da água pura é 31,82 mmHg a esta temperatura, qual é a massa 
molecular da formamida? 
31,2 mmHg = 31,82 mmHg x (1 − 5MM5,56 + 5MM) 
−0,62 = −31,82 ( 5MM5,56 + 5MM) 
 −3,4444 − 3,1MM = − 159,1MM −3,4444 MM = −159,1 + 3,1x(−1) MM ≈ 45,29 g/mol 
5ª Questão: 0,300 g de ureia (massa molecular: 60,1 g/mol) são dissolvidos em 10,0 
g de água. Considerandoo comportamento de solução ideal, calcular o ponto de 
ebulição normal da solução. 
 Teb − 100°C = 0,512 kg . °Cmol x (4,99 x 10−3 mol0,01 kg ) Teb ≈ 100,25°C 
 
 
 
 
 
 
6ª Questão: Um líquido puro e uma solução de um soluto não volátil neste líquido 
tem suas pressões de vapor em função da temperatura representadas pelas curvas 
contidas no gráfico mostrado a seguir: 
 
A) Associe as curvas do gráfico (linhas contínua ou tracejada) com o líquido puro 
e a solução. Justifique. 
B) Determine o ponto de ebulição aproximado do líquido puro e da solução ao 
nível do mar. Justifique. 
 
a) A linha cheia, contínua representa o líquido puro. A linha tracejada 
representa a solução de um soluto não-volátil. Obedecendo os conceitos 
de Tonoscopia e Ebulioscopia, respectivamente, a solução contendo um 
soluto não-volátil sofre redução na pressão de vapor, concomitantemente 
aumento na temperatura de ebulição da solução contendo um soluto não-
volátil. 
b) Ponto de ebulição da solução Teb = 80°C; Ponto de ebulição do líquido puro Teb ≅ 76°C. 
Isso é devido ao efeito ebuliométrico atuante na solução. 
 
 
7ª Questão: Suponhamos que 7,39 g de um soluto nã volátil sejam adicionados a 85 
ng de benzeno. A solução resultante ferve a 82,6 °C à pressão padrão. Calcular a 
massa molecular aproximado do soluto. (82,6 − 80,2) °C = 2,53 kg . °Cmol x (1000 x 7,39 gMM x 85 g ) 
MM = 18696,7204 MM = 91,65 g/mol 
8ª Questão: Suponhamos que 1,42 g de um soluto são adicionados a 25,0 g de 
benzeno e a solução congela a uma temperatura de 1,96 °C abaixo da temperatura 
de solidificação do benzeno puro. Calcular a massa molecular aparente do soluto. 
1,96 °C = 5,12 kg . °Cmol x ( 1,42 gMM0,025 kg) MM ≈ 148,3 g/mol 
9ª Questão: Uma amostra de hemoglobina pesando 0,500 g foi dissolvida em água 
suficiente para preparar 10,0 mL de solução. A pressão osmótica da solução medida 
a 25 °C foi de 1,35 mmHg. Qual é a massa molecular da hemoglobina? 1,35 mmHg = 0,5 molMM x (0,01 L) x 62,36 L . mmHgmol. K x 298,15 K MM = 68,8 x 104 g/mol 
10ª Questão: Utilizando benzeno como solvente, foi preparada uma solução com 
um soluto não volátil. A determinação da temperatura de congelamento e de 
ebulição da solução forneceu os respectivos valores: –4,5 °C e 85,2 °C. 
Considerando o comportamento ideal tem-se que a: 
(A) constante crioscópica do benzeno equivale a aproximadamente 10 °C.W -1 , e a 
constante ebulioscópica do benzeno equivale a aproximadamente 2,5°C.W -1. 
(B) constante ebulioscópica do benzeno é aproximadamente quatro vezes menor 
que sua constante crioscópica. 
(C) constante ebulioscópica do benzeno é aproximadamentre duas vezes menor que 
sua constante crioscópica. 
(D) molalidade da solução preparada é de 0,5 mol.kg-1. 
(E) molalidade da solução preparada é de 10,0 mol.kg-1. 
KbKf = 5,12 kg . °Cmol2,53 kg . °Cmol ≈ 2,0 
 
11ª Questão: Calcular a massa de etilenoglicol necessária para baixar o ponto 
de fusão de uma solução de anticongelante de automóvel, contendo 5,5 kg de 
água, para –10 °C. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ∆Tf = T0 − T = 0 − (−10) = 10 °C ∆Tf = Kf x W W = 10 °C1,86 kg . °Cmol W = 5,38 mol/kg 
 nglicol = 5,38 mol1 kg x 5,5 kg = 29,59 mol 
mglicol = 29,59 mol x 62,07 gmol mglicol ≈ 1836 g 
 
 
 
 
 
 
6ª LISTA DE EXERCÍCIOS 
 
1ª Questão: Considere uma bebida que contenha etanol (C2H5OH), água e cubos 
de gelo. Assumindo que esta seja a descrição de um sistema, quantos graus de 
liberdade são necessários para defini-lo? 
 
 
 
 
 
 F + V = C + 2 V = 2 + 2 − 2 V = 2 F = 2(líquida e sólida) C = 2(etanol e água) F = FASES V = VARIÁVEIS INTENSIVAS (GRAU DE LIBERDADE) C = COMPONENTES 
2ª Questão: É possível se aproximar de uma solução ideal usando uma mistura de 
hidrocarbonetos no estado líquido: heptano e hexano. Nas temperaturas de 25 e 
65°C estes apresentam a seguinte pressão de vapor: 
 
 
 
 
 
a) Qual a pressão de vapor de uma solução 50:50 a 25 °C? 
b) Se a solução tem uma pressão de vapor 500,0 mmHg a 65 °C, qual a 
composição da solução? CH3CH2CH2CH2CH2CH3 + CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3 a) P1 = 151,4 mmHg x (0,5) = 75,7 mmHg P2 = 45,7 mmHg x (0,5) = 22,85 mmHg Ptotal = P1 + P2 = 98,55 mmHg 
b) 500 mmHg = P2 + (P1 − P2)x1 500 = 253,5 + (674,9 − 253,5)x1 𝑥1 ≅ 0,5850 
3ª Questão: Em determinada temperatura, a pressão de vapor do benzeno puro, 
C6H6, é 0,256 bar, e a pressão de vapor do tolueno puro, C6H5CH3 , é 0,0925 bar. Se 
a fração de tolueno na solução for 0,6 e existir espaço vazio no sistema, qual será a 
pressão total do vapor em equilíbrio com o líquido, e qual será a composição do 
vapor em termos de fração molar? P2 = 0,0925 bar x (0,6) = 0,0555 bar (Tolueno) P1 = 0,256 bar x (0,4) = 0,1024 bar (Benzeno) ytolueno = 0,05550,1579 𝑦𝑡𝑜𝑙𝑢𝑒𝑛𝑜 ≈ 0,351 ybenzeno = 0,10240,1579 𝑦𝑏𝑒𝑛𝑧𝑛𝑒𝑜 ≅ 0,649 
 ytolueno + ybenzeno = 1 
4 ª Questão: A destilação é o processo de separação baseado no fenômeno de 
equilíbrio líquido-vapor de misturas. Em termos práticos, quando temos duas ou 
mais substâncias formando uma mistura líquida, a destilação pode ser um método 
para separá-las. Para uma mistura dos álcoois propanol e butanol esta mistura é 
considerada ideal e o gráfico contém as temperaturas e as composições das fases 
em equilíbrio, sob pressão de 760 mmHg. O Gráfico está em função da composição 
molar do propanol. 
 
a) Calcule a composição (em mol) do propanol e butanol na fase líquida na 
temperatura de 110 °C. 
 
b) Calcule a composição (em mol) do propanol e butanol na fase gasosa na 
temperatura de 110 °C. 
 
c) Quantos pratos teóricos serão necessários para separar o propanol e o 
butanol a partir da composição inicial? 7/4𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝐶𝐻2𝑂𝐻 + 13/4𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝐶𝐻2𝐶𝐻2𝑂𝐻 a) {0,26x + 0,45y = 1,750,74x + 0,55y = 3,25 x + y = 5 y = 5 − x 0,26x + 0,45(5 − x) = 1,75 x = 0,50,19 x ≈ 2,63 y = 5 − 2,63 y = 2,37 2,63 x 0,26 ≈ 0,68 2,63 x 0,74 ≅ 1,95 
 
Componentes xL nL (mol) 
Propanol 0,26 0,68 
Butanol 0,74 1,95 
 b) 
Componentes yL nL (mol) 
Propanol 0,45 1,07 
Butanol 0,55 1,30 
 2,37 x 0,45 ≅ 1,07 2,37 x 0,55 ≈ 1,30 
 𝑐) 𝑇𝑒𝑏 = 97°𝐶 (𝑃𝑟𝑜𝑝𝑎𝑛𝑜𝑙) 𝑇𝑒𝑏 = 117,7°𝐶 ∆𝑇𝑒𝑏 = 20,7°𝐶 36°𝐶 ≥ ∆𝑇𝑒𝑏 > 20°𝐶 
 
 
 05 pratos teóricos