1. Um cilindro provido de um pistão sem peso e sem atrito contém água líquida a 100 ^circ C sob pressão constante de 1,0 atm. Calcule w , q e De<a U para a vaporização de 1,0 mol de água nesta temperatura, sabendo que a entalpia de vaporização da água é de 2259 J g^-1 a 100^circ C.
H2 O(l, 100 ^circ C, 1 atm) Rightarrow H2 O(g, 100 ^circ C, 1 atm) (R: q=40662 J ; w=-3102,4 J ; De<a U=37559,6 J)

Passo 1

O enunciado descreve a vaporização a 100 ^circC e 1,0 atm de 1,0 mol de água em um pistão sem atrito sob pressão constante. Precisamos aplicar a Primeira Lei da Termodinâmica ( De<a U = q + w), usar a definição de entalpia de vaporização para q a pressão constante e a lei dos gases ideais para estimar o trabalho de expansão w.

Passo 2

Em processo a pressão constante, o calor trocado é igual à variação de entalpia:
qp = De<a Hvap = (massa de 1 mol) times (2259 J/g)
Como 1 mol de água tem massa 18 g,
q = 18 gtimes 2259 J/g = 40662 J

Passo 3

O trabalho de expansão contra a pressão constante é
w = -P,De<a V
Negligenciando o volume do líquido, De<a Vapprox Vrm gásá. Pela lei dos gases ideais:
Vrm gás = R,TP, á
com R=8,314 J/(molcdot K), T=373,15 K e P=1,013times10^5 Pa.
Logo
w = -PR,TP = -R,T = -8,314times373,15 approx -3102,4 J

Passo 4

Agora aplicamos a Primeira Lei:
De<a U = q + w = 40662 J + (-3102,4 J) = 37559,6 J

Resposta

w = -3102,4 J
q = 40662 J
De<a U = 37559,6 J

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