Para cada uma das seguintes substâncias, calcule a temperatura final quando 60 kJ cdot mol^-1 de calor é adicionado ao líquido sub-resfriado a 25^circ C, à pressão atmosférica.
tolueno

Passo 1

O enunciado pede a temperatura final de um mol de tolueno líquido sub-resfriado a 25^circC quando se adicionam 60;kJ. O processo, à pressão atmosférica, acontece em três etapas:
1) aquecimento do líquido de 25^circC até o ponto de ebulição Tb,
2) vaporização completa a Tb,
3) aquecimento do vapor acima de Tb.
Vamos precisar dos seguintes dados (valores médios):
Cp,ell=136,1;J,mol^-1K^-1,
Cp,g=98,5;J,mol^-1K^-1,
Tb=110,6^circC=383,75;K,
De<a Hvap=38,0;kJ,mol^-1.

Passo 2

Calcular o calor necessário para aquecer o líquido de Ti=25^circC=298,15;K até Tb:
q1 = Cp,ell,l(Tb - Tir) =136,1;Jmol,Ktimes(383,75-298,15);K approx1,1657times10^4;J approx11,66;kJ

Passo 3

Comparando q1 com o calor total q=60;kJ:
  • Como q>q1, o excedente q-q1 vaporiza o líquido.
    Calor restante após aquecimento:
q' = 60,00 - 11,66 = 48,34;kJ
Para vaporização completa precisamos de De<a Hvap=38,0;kJ. Como q'>De<a Hvap, todo o líquido vaporiza e sobra
q'' = 48,34 - 38,0 = 10,34;kJ
para aquecer o vapor acima de Tb.

Passo 4

Aquece-se então o vapor a partir de Tb. A elevação de temperatura De<a T satisfaz
q'' = Cp,g,De<a T Longrightarrow De<a T = q''Cp,g = 10,34times10^3;J98,5;J,mol^-1K^-1 approx105;K
Logo a temperatura final do vapor é
Tf = Tb + De<a T =383,75 + 105 approx488,8;K (approx215,6^circC)

Resposta

A temperatura final do tolueno é aproximadamente 488,8;K ( approx 216^circC).

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