1 Avaliação Termodinamica Met- Gustavo

Primeira Avaliação de Termodinâmica Metalúrgica 18-03-2013 Gustavo Gonzaga Rodrigues AO614431 1 Calcule o calor de reação Al2O3 + 3C = 3CO + 2Al (processo Hall-Heroult) a 298K, a partir dos seguintes dados: 2Al + 3/2O2 = Al2O3, ΔH°298 = -399600 cal/mol C + 1/2 O2 = CO, ΔH°298 = -27000 cal/mol 2 Calcule a entalpia padrão da reação ZnS + 3O 2 = ZnO + 2SO2: a) a 298K b) a 1100K. Cp = a + bT + cT 2 cal/K.mol ΔH°298cal/mol a b c ZnS -48200 12.16 0.00124 -136000 O2 0 7.16 0.001 -40000 ZnO -83200 11.71 0.00122 -218000 SO2 -70950 10.38 0.00254 -142000 3 Calcule o calor associado à dissolução de 20g de Si líquido (a 1600°C) em 980g de Fe líquido (também a 1600°C). 4 Considerando que não haja perda de calor na questão do exercício 5, calcule a temperatura aproximada do banho metálico após a dissolução. Para simplificar o cálculo, considere apenas o Fe do banho (1000g de Fe), cujo Cp Fe(l) = 10 cal mol-1 K-1. 5 Calcule a entalpia de fusão do Ag a 1173K, a partir das seguintes informações: Temperatura de fusão da prata (equilíbrio) 1234 K; entalpia de fusão ΔH F = 2,69 kcal/mol; Cp Ag (s) = 7.3 cal/mol. K; Cp Ag (l) = 5 cal/mol . K. Gustavo Gonzaga Rodrigues AO614431 1. 2Al + \frac{3}{2} O2 = Al2O3 ΔH°298 = -399600 cal/mol C + \frac{1}{2} O2 = CO \times 3 ΔH°298 = -27000 cal/mol Al2O3 = 2Al + \frac{3}{2} O2 ΔH°298 = +399600 cal/mol 3C + 3 \cdot \frac{1}{2} O2 = 3CO ΔH°298 = 3 \times (-27000) = -81000 cal/mol Al2O3 + 3C = 2Al + 3CO ΔH°298 = 318600 cal/mol 2. ZnS + 3O2 = ZnO + 2SO2 Produtos = Reagentes ΔH°298 = [2 \cdot (-83200) + 2 \cdot (-70950)] - [2 \cdot (-48200) + 3 \cdot 0] ΔH°298 = -166400 - 141900 + 96400 ΔH°298 = -211900 cal/mol b) ZnS + 3O2 = ZnO + 2SO2 H = ΔH4 + ΔH5 ΔH°298 ΔH1 = \int_{298}^{1100} C_p(ZnS) dt = \left[\int_{298}^{1100} (12,16 + 0,00124T - 136000 \cdot 10^{-5} T) dt\right] ΔH1 = \left[12,16 \cdot \int_{298}^{1100} 1 + 136000 \cdot 10^{-5}\int_{298}^{1100}\frac{1}{T^2} dT\right] ΔH1 = \left[12,16 \cdot 1100 \cdot 7,2 - 136000 \cdot \frac{10^5}{T} \right] (132300) + 3,28 \cdot 10^{60} \cdot 0,055 + 4,5 \cdot 10^{6} (13374 \cdot 0,7502 + 0,019130) ΔH2 = \int_{298}^{1100} Cp(O2) dt = \left[7,16 + 0,001 \cdot 10^{-t} \cdot \int \frac{1}{T^2} dT\right] ΔH2 = [7,16 \cdot 289 + 5,16 \cdot (-289) + 40000 - 105000] 105/1100 = (21833.68 + 0.44 + 13.42 \cdot 10^{6}) - (7878 + 0.605 + 3.641.10^{6}) = 9.77 \cdot 10^{6} = 29.31 \cdot 10^{6} cal/mol Gustavo Gonzaga Rodrigues A06144341 Segunda avaliação de Termodinâmica Metalúrgica Engenharia Metalúrgica 06-05-2013 1 - Obtenha uma expressão para o cálculo da variação de energia livre padrão da reação CaO+CO2=CaCO3 em função da temperatura. ΔH298 J/mol S298 J/mol CaO -634920 39,75 CO2 -393510 213,51 CaCO3 -1206600 88,70 CP = a + bT + cT2 J/K.mol b x10-3 c x10-5 a CaO 49,62 4,51 -6,95 CO2 44,14 9,04 -8,54 CaCO3 99,55 27,14 -21,48 2 - Obtenha a expressão de ΔG° em função da temperatura para a reação Zn(l)+1/2O2(g) = ZnO(s) a partir dos seguintes dados: Zn(g)+1/2O2(g)=ZnO(s) ΔG°=-83100+23,57T cal/mol T(7)=693K ΔH°(7)=1740 cal/mol 3 - a) Considerando a reação CH4(g) + H2O(g) = 3H2(g) + CO(g) a 800 K, determinar em que sentido ocorrerá a transformação quando o gás tiver a seguinte composição inicial (pressão total: 1 atm): 50% CH4, 10% H2O, 10%H2, 30%CO (porcentagens em volume). São dados: ΔG°° = A + BT cal/mol A B H2(l) + 1/2O2(g) = H2O(g) -59274 13,25 C(s) + 1/2O2(g) = CO(g) -26816 -21,03 C + 2H2 = CH4 -19981 25,22 b) Determinar em qual temperatura a composição dada será igual à composição de equilíbrio do gás. c) Com base no Princípio de Le Chatêlier, explique o efeito do aumento da temperatura e o efeito do aumento da pressão no equilíbrio da reação CH4(g) + H2O(g) = 3H2(g) + CO(g). 4 - Assumindo que as ligas de Sn e Cu sejam misturas aleatórias de átomos de cobre e estanho, calcule a variação de entropia quando a liga é formada a partir de 10g de estanho e 100g de Cu. Os pesos atômicos do Cu e do Sn são, respectivamente, 63,55 e 118,69. 5 - A entalpia padrão de formação do HgO sólido a 298K (ΔH°298) é de -21560 cal/mol. As entropias padrão do HgO sólido, Hg líquido e do O2 gás, a 298K, são, respectivamente: 17,5 cal mol-1 K-1, 18,5 cal mol-1 K-1, 49,0 cal mol-1 K-1. Assumindo que ΔH° e ΔS° sejam independentes da temperatura, calcule a temperatura na qual o HgO sólido se dissocia em Hg líquido e O2 gasoso. Gustavo Gonzaga Rodrigues A06144341 1 - CaO + CO2 = CaCO3 298K CaO + CO2 = CaCO3 ΔH298 = -1206000 - [-393510 - 634920] ΔH298 = -178170 J/mol ΔS298 = 88,7 - [39,75 + 213,51] ΔS298 = -164,56 J/mol.K 2 - Zn(l) + 1/2O2(g) = ZnO(s) Zn(l) + 1/2O2(g) = ZnO(s) Zn(l) = Zn(s) Zn(l) + 1/2O2(g) = ZnO(s) ΔG° = 1740 - 2,51T ΔS = 1740 = 2,51 693 ΔG° = -83100 + 23,57T ΔG° = -1740 + 2,51T ΔG° = -84840 + 26,08T K = exp (-4839/1937,000) K = 0,048 3 - Inicial final CH4 0,5 0,5 - x H2O 0,1 0,1 - x H2 0,1 0,1 + 3x CO 0,3 0,3 + x 1 + 2x { H2O(l) = H2(g) + 1/2O2(g) C(s) + 1/2O2(g) = CO(g) CH4 = C + 2H2 H2O + CH4 = 3H2 + CO ΔG° = 59274 - 13,25T ΔG° = -26816 - 21,03T ΔG° = 19981 - 25,22T ΔG° = 52439 - 59,5T GH4+60 para formar CH4+CO. A temperatura aumenta em aproximadamente pois é uma reação endoterimica. A reação tem que considerar o coeficiente do reator. Considerando produtos e reagentes necessários caso não concorrência do sentido inverso da função como. bl) O =52439-52454 T = 52439 69.3: EEEEEK 1Z34Qt A. 0.9: 4489 cal/mol = 52439-52454. 59.54 6.0: 52439: 59.580 0 efeito da. resposta anterior q: 4489 : 7440 resposta + anterior