Problema 3C23

GABARITO

Uma amostra de 1 kg\pu{1 kg} de carbonato de cálcio em 800 K\pu{800 K} é introduzida em um forno que opera sob 101 kPa\pu{101 kPa}. O forno é então aquecido para que ocorra a reação de calcinação. A reação é espontânea e o valor absoluto da variação de energia livre é 11 kJ ⋅ mol−1\pu{11 kJ.mol-1}.

Considere a variação da entalpia e da entropia com a temperatura.

  1. Determine a temperatura mínima para que ocorra a calcinação completa do carbonato de cálcio.

  2. Determine o calor necessário para a calcinação completa do carbonato de cálcio.

Dados em 800 K

  • ΔHf∘(CaCOX3, s)=−1210 kJmol\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{CaCO3,s}) = \pu{-1210 kJ//mol}
  • ΔHf∘(CaO, s)=−635 kJmol\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{CaO,s}) = \pu{-635 kJ//mol}
  • ΔHf∘(COX2, g)=−394 kJmol\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{CO2,g}) = \pu{-394 kJ//mol}
  • Sm∘(CaCOX3, s)=93 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{CaCO3,s}) = \pu{93 J//K.mol}
  • Sm∘(CaO, s)=40 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{CaO,s}) = \pu{40 J//K.mol}
  • Sm∘(COX2, s)=214 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{CO2,s}) = \pu{214 J//K.mol}
  • CP,m(CaCOX3, s)=80 JK ⋅ molC_{P, \mathrm{m}}(\ce{CaCO3,s}) = \pu{80 J//K.mol}
  • CP,m(CaO, s)=43 JK ⋅ molC_{P, \mathrm{m}}(\ce{CaO,s}) = \pu{43 J//K.mol}
  • CP,m(COX2, s)=37 JK ⋅ molC_{P, \mathrm{m}}(\ce{CO2,s}) = \pu{37 J//K.mol}

Problema 3C24

GABARITO

Considere desprezível a variação da entropia e da energia interna dos sólidos com a pressão.

  1. Esboce o diagrama de fases para o carbono, indicando as fases líquida, gasosa, grafite e diamante.

  2. Explique por que não se verifica a conversão de diamante em grafite a 27 °C\pu{27 \degree C}.

  3. Explique por que a conversão do grafite em diamante nunca é espontânea em 1 atm\pu{1 atm}.

  4. Determine a pressão necessária para que a conversão de grafite em diamante seja espontânea em 27 °C\pu{27 \degree C}.

Dados em 300 K

  • ΔHf∘(C, diamante)=1,9 kJmol\Delta H_\mathrm{f}^{\circ}(\ce{C,diamante}) = \pu{1,9 kJ//mol}
  • Sm∘(C, diamante)=2,4 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{C,diamante}) = \pu{2,4 J//K.mol}
  • Sm∘(C, grafite)=5,7 JK ⋅ molS_\mathrm{m}^{\circ}(\ce{C,grafite}) = \pu{5,7 J//K.mol}
  • ρ(C, diamante)=4,0 gcm3\rho(\ce{C,diamante}) = \pu{4,0 g//cm3}
  • ρ(C, grafite)=2,4 gcm3\rho(\ce{C,grafite}) = \pu{2,4 g//cm3}