Aquece-se um volume de água, sob pressão de 1,0 atm, até a ebulição. Neste momento, uma corrente elétrica de 0,50 A, gerada por uma fonte de 12 V , passa durante 300 s por um resistor em contato térmico com a água em ebulição, e se observa que há a vaporização de
de água. Calcule as variações de energia interna molar e de entalpia molar da água no ponto de ebulição (373,15 K).
[+38 kJ/mol]
[+38 kJ/mol]
Passo 1
Beleza, vamos lá! Primeiro, vamos entender o que a questão está pedindo. Temos água sendo aquecida até ferver sob uma pressão de 1,0 atm. Durante a fervura, uma corrente elétrica de 0,50 A, gerada por uma fonte de 12 V, passa por um resistor em contato com a água por 300 segundos. Isso faz com que 0,798 g de água se vaporize. Nosso objetivo aqui é calcular as variações de energia interna molar (
) e de entalpia molar (
) da água no ponto de ebulição (373,15 K). Para resolver isso, vamos precisar usar conceitos de energia elétrica, calor de vaporização e relações termodinâmicas.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a energia elétrica fornecida pelo resistor. A fórmula para energia elétrica é:
Onde:
-
é a tensão (12 V) -
é a corrente (0,50 A) -
é o tempo (300 s)
Substituindo os valores:
Então, a energia fornecida é de 1800 J.
Passo 3
Agora, vamos ver como essa energia elétrica está relacionada com a vaporização da água. Sabemos que 0,798 g de água foram vaporizados. Vamos calcular a quantidade de mols dessa água. A massa molar da água (
) é aproximadamente 18,015 g/mol.
Passo 4
Para encontrar a variação de energia interna molar (
), usamos a relação entre a energia fornecida e a quantidade de mols vaporizados:
Passo 5
Agora, vamos calcular a variação de entalpia molar (
). Sabemos que a entalpia está relacionada com a energia interna pela seguinte equação:
No processo de vaporização à pressão constante, podemos usar o calor de vaporização da água. Contudo, nesse caso, já que estamos considerando a energia elétrica que resultou na vaporização, a variação de entalpia será aproximadamente igual à variação de energia interna, já que o trabalho de expansão
pode ser considerado pequeno para pequenas mudan��as de volume em condições usuais.
Assim, temos:
Resposta
A variação de energia interna molar da água no ponto de ebulição é aproximadamente
e a variação de entalpia molar é também cerca de
.
Exercícios relacionados
Explique como a equação de van der Waals leva em conta o comportamento crítico.
Estime o volume molar do
, a 500 K e 100 atm, admitindo que o gás se comporta como um gás de van der Waals.
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Ar | 1.337 | 3.20 |
|
3.610 | 4.29 |
He | 0.0341 | 2.38 |
Xe | 4.137 | 5.16 |
- More values are given in the Data section.
Calcule o trabalho de expansão que é feito durante a eletrólise de 50 g de água a pressão constante e a
.
Qual o significado das constantes críticas?