Calcule a quantidade de calor trocada com as vizinhanças quando 9,2 kg de etanol são misturados isotermicamente com 14,4 kg de água a 323,15 K e 4 bar. R: - 400 kJ .

Passo 1

Beleza, então o problema diz: “Calcule o calor trocado (Q) quando 9,2 kg de etanol são misturados isotermicamente com 14,4 kg de água a 323,15 K e 4 bar.”
Conteúdo envolvido: termodinâmica de mistura, entalpia de mistura a T e P constantes.
O que precisamos saber/buscar:
  1. Que em processo isotérmico e isobárico o calor trocado Q é igual à entalpia de mistura ΔH_mix.
  2. Converter as massas em mols (para relacionar com dados de entalpia molar de mistura).
  3. Valor da entalpia de mistura (ΔH_mix) da mistura etanol–água a 323,15 K (vem de tabela ou dado de problema).

Passo 2

Entalpia de mistura ΔH_mix é a diferença entre a entalpia da solução e a soma das entalpias dos componentes puros antes da mistura.
Em processo isotérmico e isobárico vale:
Q = ΔHmix
Ou seja, para achar o calor trocado, basta achar ΔH_mix da mistura etanol+água.

Passo 3

Vamos converter as massas em mols para depois usar o valor molar de ΔH_mix:
– Etanol (massa molar nrm etanol=mrm etanolMrm etanol =9,2 kg46,0 kg/kmol =0,200 kmol ):
nrm agua=14,4 kg18,0 kg/kmol =0,800 kmol
– Água ( nrm total=nrm etanol+nrm agua=1,000 kmol ):
Total de mistura:

Passo 4

Agora precisamos do valor da entalpia de mistura por mol de solução a 323,15 K.
De acordo com tabelas termodinâmicas para etanol+água nessa temperatura, tem-se aproximadamente:
Δbar Hmixapprox -400 kJ;por;kmol;de;mistura
(esse valor é extraído de tabelas de entalpia de mistura; é negativo porque a mistura libera calor, ou seja, é exotérmica).

Passo 5

Como temos 1,000 kmol de mistura e Q = nrm total,De, o calor trocado é:

Resposta

O calor trocado com as vizinhanças é de .

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