Questões Militares Sobre termodinâmica e equilíbrio de fases em engenharia química e química industrial

Muitas equações para o estudo de gases reais têm sido desenvolvidas, algumas são bem exatas. A equação de estado mais conhecida para os gases reais é a equação de Van Der Waals:

Na equação, as variáveis P, V, n, R, T são usuais, mas os parâmetros (a) e (b) são conhecidos como constantes de Van Der Waals.
Considerar R: 0,0821 atm · L · K⁻¹ · mol⁻¹
Tabela – Constantes de Van Der Waals

Utilizando a equação de Van Der Waals para gases reais, calcule a pressão real exercida por 16 gramas de gás oxigênio que se encontra em um recipiente de 1L a 27°C.

Para misturas binárias, as condições de equilíbrio para várias composições podem ser facilmente visualizadas em diagramas do tipo Txy e xy, à pressão constante, ou Pxy e xy, à temperatura constante.

Diagrama binário para a mistura Benzeno e Tolueno.

(Disponível em: <http://labvirtual.eq.uc.pt> )

Após análise do diagrama, pode-se afirmar que a mistura com fração de

Um gás está sujeito a um ciclo de expansões e compressões ilustrado no diagrama de Temperatura ( T ) e volume ( V ). O ciclo do comportamento do gás é representado pelos pontos ABCD no gráfico abaixo
Com base nesse gráfico, é correto afirmar que entre os pontos

Informe se é verdadeiro (V) ou falso (F) o que se afirma abaixo sobre as propriedades termodinâmicas.

( ) Ponto de orvalho é a temperatura na qual se inicia a condensação da mistura.

( ) Ponto de bolha é a temperatura na qual se inicia a ebulição do líquido puro.

( ) Quando a mistura está no ponto de bolha, dizemos que é um líquido insaturado.

( ) Se a mistura estiver aquecida acima do ponto de bolha, dizemos que é vapor superaquecido

A alternativa que apresenta a sequência correta é

Uma amostra de gás ideal sofreu uma transformação termodinâmica à pressão constante igual a 30 N/m² . O volume e a temperatura absoluta variam como indica o gráfico a seguir.

Sabendo-se que, nessa transformação, o gás absorve 400J de calor, pode-se afirmar que a variação de sua energia interna é de

Analise as Leis da Termodinâmica relacionadas por PW Atkins (2009), em seu livro Físico‐Química.

I. A entropia do universo tende a aumentar.

II. A energia interna de um sistema isolado é constante.

III. A velocidade de variação de momento é igual à força.

IV. As entropias de todas as substâncias perfeitamente cristalinas são as mesmas em T = 0.

É descrita como a Segunda Lei da Termodinâmica apenas a afirmativa

“A termodinâmica química estuda, entre outras coisas, as mudanças de energia que acompanham as reações químicas.”

(Fundamentos de Química Experimental, Maurício Gomes Constantino.)

Em relação à termoquímica, marque V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas.

( ) A máxima quantidade de energia que um sistema químico pode produzir é medida pela variação de energia livre: ΔG.

( ) Na entalpia da transformação, as medidas são geralmente efetuadas não mantendo uma pressão constante e é representada como ΔH.

( ) Uma reação na qual o calor é absorvido (a temperatura da mistura de reação diminui quando reage) é chamada de endotérmica e o ΔH é positivo.

( ) Uma reação na qual o calor é perdido pelos reagentes para o meio ambiente (a temperatura da mistura de reação aumenta quando reage) é dita exotérmica, onde ΔH é negativo.

A sequência está correta em 

O sistema ferro-carbono é um dos mais importantes das ligas binárias, e parte do seu diagrama de fases está apresentado a seguir. 
                    
Para um aço contendo 81% de perlita, as porcentagens de ferrita e cementita são, respectivamente:

A termodinâmica é uma ciência experimental, pois, a partir da observação de alguns fenômenos físico-químicos, foram elaboradas leis básicas, conhecidas como a Lei “Zero”, a Primeira, a Segunda e a Terceira Leis da Termodinâmica. Os problemas que a termodinâmica se propõe a resolver normalmente envolvem a determinação do valor do calor e/ou trabalho necessários ou liberados num processo ou então as mudanças de estado de uma substância ou mistura provocadas pela transferência de calor ou pela realização de trabalho. De acordo com o exposto, marque V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas. ( ) No seu ponto de ebulição (100°C a 1 atm), a água líquida tem uma densidade de 0,958 g mL⁻¹ . Se o calor molar de vaporização da água é de 40,66 kJ/mol, o ∆U_Vap sob estas condições é 37,56 kJ/mol. ( ) O calor de fusão do ouro é 12,36 kJ/mol, e a sua entropia de fusão é 9,250 JK⁻¹ mol⁻¹ . O ponto de fusão do ouro é 1226°C. ( ) O termo de entropia –T∆S tem maior efeito na dependência de ∆G na temperatura; com isso, também, na espontaneidade do processo. A sequência está correta em

A análise das transições de fase de substâncias puras está entre as aplicações mais simples da termodinâmica à química. A vaporização, a fusão e a conversão de grafita em diamante são exemplos de mudanças de fase sem alteração da composição química.

Sobre o diagrama de fases do hélio (⁴He), analise as afirmativas a seguir.
I. A linha λ assinala as condições para as quais a fase líquida e a fase sólida do hélio estão em equilíbrio. II. O He-II é um superfluido. III. As identificações ach e acc referem-se a fases sólidas distintas com estruturas diferentes do agrupamento dos átomos: uma delas é o agrupamento compacto hexagonal, ach; e a outra, o agrupamento compacto cúbico, acc.
Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

O estado mais simples da matéria é um gás, uma forma da matéria que ocupa qualquer recipiente que a contenha. É conveniente imaginar um gás como um conjunto de moléculas em movimento permanente e aleatório, com velocidades médias que aumentam quando a temperatura se eleva. Um gás difere de um líquido pelo fato de ter suas moléculas muito separadas umas das outras. Sobre os gases, marque V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas.

( ) O tamanho das moléculas é desprezível no sentido de que seus diâmetros são muito menores do que a distância média percorrida entre as colisões.

( ) Um gás real tem o comportamento tanto mais semelhante ao de um gás perfeito quanto mais alta for a pressão.

( ) A velocidade média quadrática das moléculas de um gás é proporcional à raiz quadrada da temperatura e à raiz quadrada da massa molar.

( ) As leis de Boyle e de Charles são exemplos de uma lei limite.

A sequência está correta em

Alguns fatores ocorrem naturalmente, outras não. Um gás, por exemplo, se expande até ocupar todo o volume disponível que lhe é oferecido. Um corpo quente se resfria até atingir a temperatura das suas vizinhanças, e uma reação química avança preferencialmente num sentido e não no sentido inverso. O reconhecimento da existência de duas classes de processos, os espontâneos e os não espontâneos, é resumido pela Segunda Lei da Termodinâmica. Sobre o tema, analise as afirmativas a seguir.

(Considere: ln 2 = 0,69.

ln 2,8 = 1,03.)

I. A variação de entropia de um gás perfeito quando ele se expande isotermicamente do volume V_i até o volume V_f é 8,62 JK^–1

II. A variação de entropia do argônio, que está inicialmente a 25°C e 1,00 bar, num recipiente de 0,500 dm³ de volume e que se expande até o volume de 1,000 dm³ , sendo simultaneamente aquecido até 100°C é 0,173 JK^–1 .

III. Num ciclo termodinâmico, a variação global de uma função de estado (do estado inicial até o estado final e então de volta para o estado inicial) é igual a zero.

Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

A termodinâmica química é o estudo do papel que a energia exerce na transformação química e na determinação do comportamento dos materiais. Baseia-se em umas poucas leis que resumem séculos de observações experimentais. Cada lei é enunciada a respeito da relação entre energia, calor, trabalho e temperatura. De acordo com o exposto, analise as afirmativas a seguir. (Considere: e^56,5 = 3 x 10²⁴.) I. A decomposição do carbonato de cálcio em óxido de cálcio é usada industrialmente para produção de dióxido de carbono CaCO_3(s) → CaO_(s) + CO_2(g). A reação é endotérmica e tem ∆H° = 571 kJ. O valor de ∆E° para essa reação é 569 kJ. II. Quando ∆G° é positivo, a posição de equilíbrio fica próxima dos reagentes e pouca reação ocorre até que o equilíbrio seja alcançado. III. O dióxido de enxofre, que às vezes está presente no ar poluído, reage com o oxigênio quando passa sobre o catalisador nos conversores catalíticos de automóveis. O produto é o óxido SO₃ muito ácido. Para esta reação, ∆G° = –1,40 x 10² kJ mol^–1 a 25°C. O valor de K_p é 2 x10¹⁰ . Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

A lei que é usada para identificar o sentido da mudança espontânea, a segunda lei da termodinâmica, também se exprime em termos de uma função de estado, a entropia. A primeira lei usa a energia interna para identificar as mudanças permitidas; a segunda lei usa a entropia para identificar as mudanças espontâneas entre as mudanças permitidas.

Sobre o ciclo de Carnot, marque V para as afirmativas verdadeiras e F para as falsas.

( ) A variação de entropia é q_h/T_h, em que qh é a energia na forma de calor fornecida ao sistema pela fonte quente.

( ) Há troca de calor; a variação de entropia é nula.

( ) A variação de entropia do sistema é q_c/T_c , q_c é positivo.

( ) Não há troca térmica e, portanto, a variação de entropia é nula.

A sequência está correta em

A ebulição, o congelamento e a conversão da grafita em diamante são exemplos de transições de fase, ou mudanças de fase sem mudança de composição química. Muitas mudanças de fase são fenômenos cotidianos comuns e a sua descrição é importante. Elas ocorrem quando um sólido se transforma num líquido, como na fusão do gelo, ou um líquido se transforma num vapor, como na vaporização da água em nossos pulmões. Sobre as transformações físicas, analise as afirmativas a seguir. I. O hélio tem comportamento pouco comum nas temperaturas baixas. As fases sólida e vapor nunca estão em equilíbrio. O hélio sólido pode ser obtido, mas somente quando os átomos são forçados a se manterem juntos pela aplicação de uma pressão externa. II. No equilíbrio, o potencial químico de uma substância é o mesmo em toda a amostra, qualquer que seja o número de fases presentes. III. Uma diminuição de pressão eleva o potencial químico de qualquer substância pura, pois V_m > 0. Está(ão) correta(s) apenas a(s) afirmativa(s)

Um motor pulso-jato é uma máquina térmica que pode ser representada por um ciclo termodinâmico ideal de três etapas:

I. Aquecimento isocórico (combustão).

II. Expansão adiabática (liberação de gases).

III. Compressão isobárica (rejeição de calor a pressão atmosférica).

Considerando que essa máquina térmica opere com gases ideais, indique qual dos diagramas pressão versus volume a seguir representa o seu ciclo termodinâmico.

Em relação às funções termodinâmicas de estado de um sistema, assinale a proposição ERRADA.

Analise as afirmativas a seguir e assinale a opção correta, com relação à Primeira Lei da Termodinâmica.

I- A energia interna U de um sistema só pode ser alterada pela transferência de calor entre o sistema e a vizinhança.

II- Quando um sistema recebe calor, sua energia interna aumenta e, quando ele perde calor, sua energia interna diminui.

III- Durante uma expansão adiabática, o gás realiza trabalho sobre as vizinhanças.

IV- Quando trabalho é feito sobre o sistema, sua energia interna diminui e, quando um sistema realiza trabalho, sua energia interna aumenta.

Considere o diagrama de fase de uma substância ilustrado na Figura 1 e assinale a alternativa incorreta.

A difusão molecular é um fenômeno de transporte de matéria em que um soluto é transportado em virtude dos movimentos das moléculas de fluido. Esses movimentos fazem com que o soluto passe das zonas de concentração mais elevadas para zonas de baixa concentração dentro da solução. Assinale a alternativa correta em relação ao fenômeno da difusão.