Facultad de ingeniería

Esuela de ingeniería industrial

Apellidos y Nombres: Marquina Pérez gennesis fontany

Tema: 60 ejercicios de la 2º unidad

Ciclo: II

Aula: “B”

Año: 2011

1. El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro, es de 462 J. Durante este proceso hay una trasferencia de calor de 128 J del gas hacia los alrededores. Calcule el ∆ E para este proceso.

Solución:

Datos

W= 462 J

Q= -128 J

Compresión = w (+)

Operación

∆ E = q+ w

∆ E = -128 J +462 J

∆ E = 364 J //

2 .Considere la siguiente reacción que se lleva a cabo a presión constante.

2Na(s) + 2H2O (l) → 2NaOH (ac) + H2 (g)

∆ H = -367,5 KJ

A 25ºc se agrega una pequeña cantidad de Na(s). Si se desprecian los pequeños cambios en el volumen de la disolución. Determine ∆ E y explique porque es aproximadamente ∆ H .

Solución:

Datos

T = 25ºC

P = 1 atm

n = 1 mol H2

Operación

p.∆V = n. r. t

p.∆V =1. (0.082). (298)

p.∆V =24.45 atm.l

La transformamos: 24.45 atm.l x 101.32J/1 atm.l = 2.5 KJ

Sabiendo que: ∆ E = ∆ H – p∆V

∆ E = -367.5KJ - 2.5KJ = -370.0KJ //

Explicación la razón de que ∆ H sea menor que ∆ E es porque parte de la energía interna liberada se utiliza para realizar el trabajo de la expansión del gas, de modo que se libera menos calor.

3. Calcule el cambio de energía interna cuando 2 moles de Co se convierten en 2 moles de CO2 1 atm y 25ºc.

2Co (g) + O2 (g) → 2Co2 (g)

Datos

∆ H= -566.0 KJ

Operación

∆ E = ∆ H - n.r.t

∆ E = -566.0 KJ – (-1 mol) (8.314 J/ molK )( 298 K)

∆ E = -563.5 KJ //

4. A 0ºc el hielo tiene una dh de 0.917 g/cm3 y el agua una densidad de 0.9998

g/cm3. Para el proceso de fusión ∆ H es 6010 J/mol. Calcular ∆ E

Solución:

Vh = 18.015g /mol0.917 g/ (cm )3

Va = 18.015g /mol0.9998 g/cm3

Vh = 19.65 cm3/mol va = 18.02cm3/mol

Pero V = Va – Vh = -1.63 cm3/mol = -0.00163 dm3/mol

Ahora:

p ∆V = (101.3 KPa) (- 0.00163 dm3/mol)

p ∆V = - 0.165 J/mol

Por lo tanto:

∆ E = ∆ H – p∆V

∆ E = 6010 J/mol + 0.165 J/mol

∆ E = 6009.8 J/mol //

5. Un balón lleno de gas absorbe 1 KJ de calor y se expande desde 20dm3

hasta 22dm3 en contra de 101.3 KPa. ¿Cuáles son los valores de ∆ E y ∆ H para el proceso?

Solución:

Datos

Absorbe → q (+)

Q = 1000 J

Q = ∆ H = 1000 J

Operación

∆ E = ∆ H - p∆V

∆ E = 1000J – (101.3 KPa) (22-20)dm3

∆ E = 798 J //

6. según la ecuación:

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2 (g)

Solución:

Datos

∆ H = 176 KJ/mol

V CaCO3(s) ≈ 0

T = 950ºC

P = 101.3 KPa

∆ E = ?

Operación

Aplicando la ecuación de los gases ideales:

p∆V = ∆ nr t

p∆V = (1 mol) (8.31 J/molK)(1233K)

P∆V = 10.2 KJ

Por lo tanto:

∆ E = ∆ H - p∆V

∆ E = 176 KJ – 10.2 KJ

∆ E = 165.8 KJ //

7. según el siguiente proceso:

3C(s) + 2 Fe2O3(s) → 4Fe(s) + 3CO2 (g)

Absorbe 464 KJ de energía a 25ºc. ¿Cuál será el ∆ Hpara el proceso y cuál será el ∆ E?

Solución:

Si absorbe

Qp = 464 KJ

→∆H = QP = 464 KJ //

∆ E = ∆ H - p∆V

∆ E = ∆ H - ∆ n r t

∆ E = 464KJ – (3 moles)(8.31 J/molK)(298K)

∆ E = 456.6 KJ //

8. ¿Cuál es la máxima cantidad de trabajo útil, expresada en KJ, que se pudiera obtener a 25ºc y 1 atm por la oxidación de 1 mol de propano de acuerdo con la ecuación?

C3H8 (g) + 5 O2 → 3CO2 (g) + 4H2O (l)

Nota: el trabajo útil se define como el trabajo realizado para la combustión de un mol de C3H8 (g)

Solución:

W = p∆V = ∆ n r t

W = (3-6) moles x 8.31J/molK x 298K

W = -7.43 KJ //

El trajo es negativo pues se trata de una expansión.

9. cuando 1 mol de hielo seco CO2, se convierte en CO2 (g) a presión atmosférica y

-78ºc, el calor absorbido por el sistema excede el aumento en la energía interna del CO2. Suponiendo que el volumen inicial es insignificante. Calcular ∆ E.

Solución:

CO2(s) → CO2 (g)

1 mol 1 mol = 22.4 L

Datos

P = 1 atm

T = -78ºc

Ce. CO2 = 0.84 J/ gºK

Operación

Hallamos q y w

Q = m CE∆T

Q = 44 x 0.84 x 195

Q = 7.2 KJ

W = p∆V

W = 1 atm x 22.4L x 101.32J/1atm x L

W = 2.2 KJ

Ahora:

∆ E = 7.2KJ -3.2KJ

∆ E = 4 KJ

10. La siguiente reacción es de la termita:

2 Al(s) + Fe2O3(s) → Al2O3(s) +2Fe(s)

Esta reacción es altamente exotérmica, se usa para soldar unidades masivas. Calcule ∆ H º para la reacción

Solución:

∆ H º Reaccion = [∆ H º f Al2O3(s) + ∆ H º f Fe(s)] - [2∆ H º fAl(s) + ∆ H º f Fe2O3]

∆ H º Reaccion = -1669.8 KJ/mol +822.2 KJ/mol = -847.6 KJ/mol

11. Muchos encendedores contienen butano líquido (C4H10 (l)). Empleando

∆ H º f calcule la cantidad de calor que se produce cuando 1.0 g de C4H10 (l) se

quema por completo en aire

C4H10 (l) + 13/2 O2 (g) → 4CO2 (g) + 5H2O (l)

Solución:

∆ H º Reaccion = [4∆ H º fCO2 (g) + 5∆ H º fH2O (l) ] - [∆ H º fC4H10 + 13/2∆ H º fO2(g)]

∆ H º Reacción = [4(-393.5KJ/mol) + 5(-285.8KJ/mol)] - [-125.6]

∆ H º Reacción = -451152.6 KJ/mol //

12. Calcule la∆ H º reaccion para la siguiente reacción:

Mg (OH) 2(s) → MgO(s) + H2O (l)

Solucion:

∆ H º Reaccion = [∆ H º fMgO(s) + ∆ H º fH2O(l)] - [∆ H º fMg(OH)2(s)]

∆ H º Reacción = [-601.8KJ/mol + -285.8KJ/mol] - [-924.66KJ/mol]

∆ H º Reaccion = 37.06 KJ/mol //

Según las.∆ H º fCalcule el ∆ H º reaccion:

2KOH(s) + CO2 (g) → K2CO3(s) + H2O (g)

Solucion:

∆ H º Reaccion = ¿K2CO3(s) + ∆ H º fH2O (g)] - [2∆ H º fKOH +∆ H º f CO2(g)]

∆ H º reaccion = [-395.4KJ/mol + -241.8KJ/mol] - [2(-425.8KJ/mol) +-393.5

KJ/mol]

∆ H º reaccion = 608 KJ/mol //

13. El carburo de calcio CaC2(s) reacciona de acuerdo a la siguiente ecuación. Calcule ∆ H º f CaC2(s)

CaC2(s) + 2H2O (l) → Ca (OH) 2(s) + C2H2 (g)

Solución:

∆ H º = 127.2 KJ

∆ H º= [ ∆ H º f Ca (OH)2(s) +∆ H º f C2H2 (g) ] - [∆ H º fCaC2(s) + ∆ H º f H2O (l) ]

∆ H º fCaC2(s) = -986.6KJ/mol + -226.6 KJ/mol + 2(-393.5KJ/mol)

∆ H º fCaC2(s) = -200 KJ/mol

14. El naftaleno es un compuesto aromático solido que se vende en forma de bolitas para combatir las polillas. La combustión completa produce 5124 KJ/mol

Calcule la entalpia estándar de formación de naftaleno:

C10H8(s) + 12 O2 (g) → 10CO2 (g) + 4H2O (l)

∆ H º = 5124 KJ/mol

Solución:

∆ H º = [10∆ H º f CO2 (g) + 4∆ H º f H2O (l) ] - [∆ H º fC10H8(s) + 12∆ H º f O2 (g) ]

∆ H º fC10H8(s) = 10(-393.5) +4(-285.8) – 5124

∆ H º fC10H8(s) = 10202 KJ/mol

15. El primer paso en la recuperación industrial del zinc, a partir del mineral ZnS, es el proceso de tostado; es decir, la conversión de ZnS en ZnO por calentamiento

2ZnS(s) + 3 O2 (g) → 2ZnO(s) + 2SO2 (g)

∆ H º = 879 KJ

Calcule el calor liberado por gramo de ZnS tostado:

∆ H º = [2∆ H º f ZnO(s) + 2∆ H º f SO2 (g) ] - [2∆ H º f ZnS(s) + 3∆ H º f O2(g) ]

2∆ H º f ZnS(s) = 2(-348.0) + 2(-296.1) + 879

2∆ H º f ZnS(s) = -204.6 KJ/mol

Por lo tanto:

-204.6KJ/mol x 1mol ZnS/97.38g = -2.1KJ/g de ZnS

16. Determine la cantidad de calor que se libera en KJ cuando 1.26 x 104g de amoniaco, reacciona de la siguiente manera:

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

∆ H º = 92.6 KJ

Solución:

∆ H º = [2∆ H º f NH3 (g)] - [3∆ H º f H2 (g) + ∆ H º f N2 (g)]

2∆ H º f NH3 (g) = 92.6 -46.3

2∆ H º f NH3 (g) = 46.3 KJ/mol

Ahora:

46.3 KJ/molNH3 x 1 molNH3/17g NH3 x 1.26x104g = 34316 KJ //

17. El contaminante atmosférico, SO2 puede eliminarse parcialmente de los gases que se desprenden del proceso de tostación, y convertirse en SO3. Calcule el ∆ H º para la reacción de 52g de SO2 con O2 (g)

Solución:

2SO2 (g) + O2 (g) → 2SO3 (g)

Datos

n SO2 = 0.8125 KJ/mol

n O2 = 0.40625 KJ/mol

n SO3 = 0.8125 KJ/mol

Pf SO2 = 64

Operacion

∆ H º = [0.8125∆ H º f 2SO3 (g) ] - [0.8125∆ H º f 2SO2(g) + 0.40625∆ H º f O2(g) ]

∆ H º = [0.8125 (-395.2) KJ/mol] – [0.8125 (-296.1) KJ/mol + 0]

∆ H º = -80.5 KJ/mol //

18. El carburo de silicio (sic), es una de las sustancias más duras que se conoce. Se obtiene de la reducción de arena mediante la siguiente reacción. Calcular ∆ H º f SiC(s)

SiO2(s) + 3C(s)→ SiC(s) + 2CO (g)

Solucion:

∆ H º f SiC(s) = [∆ H º f C(s) + ∆ H º f SiO2(s) ] - [∆ H º f CO(g) ]

∆ H º f SiC(s) = (624.6 KJ/mol + -910.9 KJ/mol) – 2(-110.5 KJ/mol)

∆ H º f SiC(s) = -507.3 KJ/mol //

19. La hidracina (N2H4), se descompone de acuerdo con la siguiente reacción

3N2H4 (l) → 4NH3 (g) + N2 (g)

Si la ∆ H º f N2H4 (l) es 50.42 KJ/mol. Calcule ∆ H º para su descompocicion

Solución:

∆ H º = [4∆ H º f NH3 (g) + ∆ H º f N2 (g) ] - [3∆ H º f N2H4(l) ]

∆ H º = [4(-46.3 KJ/mol) + 0] – [3(50.42 KJ/mol)]

∆ H º = -336.46 KJ/mol

20. Dadas las entalpias de reacción:

P4(s) + 3O2 (g) → P4O6(s) ∆ H º 1 = -1640.1KJ

P4(s) + 5 O2 (g) → P4O10(s) ∆ H º 2 = -2940.1 KJ

Calcule el cambio de entalpia para la reacción

P4O6(s) + 2 O2 (g) → P4O10(s)

Solución:

Partiendo de las ecuaciones dadas:

P4O6(s) → P4(s) + 3O2 (g) ∆ H º 1 = 1640.1KJ

P4(s) + 5 O2 (g)→ P4O10(s) ∆ H º 2 = -2940.1 KJ

________________________ _________________

P4O6(s) + 2 O2 (g) → P4O10(s) ∆ H º = -1300 KJ //

21. A partir de los calores de reacción:

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) ∆ H º 1 = 483.6 KJ

3O2 (g)→ 2O3 (g) ∆ H º 2 = 284.6 KJ

Calcule el calor de la reacción:

3H2 (g) + O3 (g) → 3H2O (g)

Solución:

Partiendo de las ecuaciones dadas:

3H2 (g) + 32

O2 (g) → 3 O2 (g) ∆ H º 1 = -725.4 KJ

O3 (g) → 32

O2 (g) ∆ H º 2 = 94.87 KJ

__________________________ _______________

3H2 (g) + O3 (g) → 3H2O (g) ∆ H º = -630.5 KJ //

22. A partir de las entalpias de reacción:

H2 (g) + F2 (g) → 2HF (g) ∆ H º 1 = -537 KJ

C(s) + 2H2 (g) → CF4 (g) ∆ H º 2 = -680 KJ

2C(s) + 2H2 (g) → C2H4 (g) ∆ H º 3 = 52.3 KJ

Calcule ∆ H º para la reacción:

C4H4 (g) + 6F2 (g) → 2CF4 (g) + 4HF (g)

Solución:

Partiendo de las entalpias dadas:

2H2 (g) + 2F2 (g) → 4HF (g) ∆ H º 1 = -1074 KJ

2C (s) + 4F2 (g) → 2CF4 (g) ∆ H º 2 = -1360 KJ

C2H4 (g) → 2H2 (g) + 2C (s) ∆ H º 3 = -52.3 KJ

___________________________ ________________

C4H4 (g) + 6F2 (g) → 2CF4 (g) + 4HF (g) ∆ H º = -2486.3 KJ //

23. Calcule ∆ H º f Mg (OH)2 solido, dado los siguientes datos:

2Mg(s) + O2 (g) → 2MgO(s) ∆ H º 1 = -1203.6 KJ

Mg (OH) 2(s) → MgO(s) + H2O (l) ∆ H º 2 = 37.1 KJ

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) ∆ H º 3 = -571.7 KJ

Solución:

Partiendo de las entalpias dadas:

2Mg(s) + O2 (g) → 2MgO(s) ∆ H º 1 = -1203.6 KJ

2MgO(s) + 2H2O (l) → 2Mg (OH) 2(s) ∆ H º 2 = -74.2 KJ

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) ∆ H º 3 = -571.7KJ

____________________________ _________________

Mg (s) + H2 (g) + O2 (g) → Mg (OH) 2(s) ∆ H º = -1849.5 KJ

Entonces ∆ H º f Mg (OH)2 = -1849.5KJ //

24. Calcule ∆ H º f BeH6 (g) utilizando la información térmica siguiente:

4B(s) + 3 O2 (g) → 2B2O3(s) ∆ H º 1 = -2509.1KJ

2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l) ∆ H º 2 = - 571.7 KJ

B2H6 (g) + 3O2 (g) → B2O3 (g) + 3H2O (l) ∆ H º 3 = -2147.5 KJ

Solución:

Partiendo de las entalpias dadas:

HB(s) + 3 O2 (g) → 2B2O3(s) ∆ H º 1 = -2509.1 KJ

6H2 (g) + 3 O2 (g) → 6H2O (l) ∆ H º 2 = -1715.1 KJ

2B2O3 (g) + 6H2O (l) → 2B2H6 (g) + 6 O2 (g) ∆ H º 3 = 4295 KJ

___________________________________ _______________

4B(s) + 6H2 (g) → 2B2H6 (g) ∆ H º = 70.8 KJ

Entonces: ∆ H º f BeH6 (g) = 35.4 KJ //

25. Dadas las siguientes ecuaciones termoquímicas:

Fe2O3(s) + 3CO (g) → 2Fe(s) + 3CO2 (g) ∆ H º 1 = -28 KJ

3Fe2O3(s) + CO (g) → 2Fe3O4 (s) + CO2 (g) ∆ H º 2 = -59 KJ

Fe3O4(s) + CO (g) → 3FeO(s) + CO2 (g) ∆ H º 3 = 38 KJ

Calcular ∆ H º para la reacción:

Solución:

Partiendo de las entalpias dadas:

3 Fe2O3(s) + 9CO (g) → 6Fe(s) + 9CO2 (g) ∆ H º 1 = -84 KJ

2Fe3O4(s) + CO2 (g) → 3Fe2O3(s) + CO (g) ∆ H º 2 = 59 KJ

6FeO(s) + 2CO2 (g) → 2Fe3O4(s) + 2CO2 (g) ∆ H º 3 = -76 KJ

_____________________________________ _______________

FeO(s) + CO (g) → Fe(s) + CO2 (g) ∆ H º = -101 KJ //

26. El NCl3 es un aceite amarillo inestable que explota a 95ºc, liberando N2, Cl2

y 230 KJ/mol. Escribir la ecuación balanceada para la reacción. Calcular la cantidad de calor liberado por 10g de NCl3.

Solución:

Datos

∆ H º = -230 KJ/mol

2NCl (l) → N2 (l) + 3Cl2 (l)

Operación

-230KJ

mol NCl3 x 1mol NCl3120.5g NCl3

x 10gNCl3 = -19.1 KJ //

27. Cuando se descompone 2.5g de C3H5 (NO3)3(s) para formar N2 (g), O2 (g), CO2 (g) Y H2O (g), Se desprenden 20 KJ de calor:

a) Escribe una reacción estequiometrica para esa reacción:

b) Calcule ∆ H º para la descompocicion de un mol de C3H5 (NO3)3(s)

Solución:

a) 4C3H5 (NO3)3(s) →6N2 (g) + O2 (g) +12CO2 (g) + 10H2O (l)

b) ∆ H º = - 20 KJ

-20 KJ

2.5C 3H 5(NO 3)3(s) x 227C3H 5 (NO3)3 (s )molC3H 5(NO3)3(s) = -1816 KJ/mol //

28. Calcule el ∆ H º del C5H12 (n - pentano) según la reacción:

5C (s) + 6H2 (g) → C5H12 (g)

Solución:

A partir de las entalpias dadas:

C5H12 (g) + 8 O2 (g) → 5CO2 (g) + 6H2O (l) ∆ H º 1 = 3502 KJ/mol

C(s) + O2 (g) → CO2 (g) ∆ H º 2 = - 394 KJ/mol

H2 (g) + 12

O2 (g) → H2O (l) ∆ H º 3 = -286 KJ/mol

Por lo tanto:

∆ H º = -∆ H º 1 + 5∆ H º 2 + 6∆ H º 3

∆ H º = -3502KJ/mol + 5(-394 KJ/mol) + 6(-286 KJ/mol)

∆ H º = -184 KJ/mol //

29. Para la fusión de NaCl se requieren de 33.3 KJ/mol. El incremento de la entropía es de 28.2 KJ/mol. ¿Cuál es el punto de fusión de NaCl?

Solución:

∆ H - T∆ S = ∆ E = 0

Tf = ∆ H∆ S

Tf = 30300J /mol28.2KJ /mol

Tf = 1074 K //

30. A 0ºc, las entalpias de H2O (s) y H2O (l) son 37.95 y 59.94 J/molºc

Respectivamente. Calcular ∆ S y ∆ H para la conversión de un mol de hielo en agua líquida a 0ºc.

Solución:

∆ S = S (l) – S (s)

∆ S = 59.94J/molºc – 37.95 J/molºc

∆ S = 21.99J/molºc

Ahora calculamos ∆ H a partir de la siguiente ecuación

∆ H = Tf.∆ S

∆ H = 273ºK. (21.99 J/molºK)

∆ H = 6007 J/mol //

31. El calor de vaporización del alcohol etílico (C2H5OH) es 855 KJ/mol a 78.8ºc. ¿Cuál es el punto de ebullición normal del alcohol etílico? Para la vaporización de un mol de alcohol etílico calcular ∆ H ,∆ E ,∆S.

Solución:

∆ H = 30.3KJ/mol //

∆ E = ∆ H - ∆ n RT

∆ E = 37KJ/mol

∆ S = ∆ HTf

= 112 KJ/mol //

∆ E = 0//

32. el NaHCO3 (s) se usa para aliviar la acidez estomacal. Mediante la siguiente reacción de neutralización:

NaHCO3(s) + HCl (l) → NaCl(s) + CO2(s) + H2O (l)

Absorbiendo 266KJ la temperatura del proceso es de 37ºc. Si el desprendimiento de calor se efectúa en forma reversible. ¿Cuál será el ∆ S del sistema y del universo?

Solución:

∆ Ss = qrT

∆ Ss = 266KJ310º K

∆ Ss = 0.86 KJ/ºK //

Pero como el sistema no es aislada, la energía será absorbida en forma reversible por los alrededores.

∆ SA = -0.86 KJ/ºK

∴ ∆ SU = ∆ Ss + ∆ SA

∆ SU= 0

33. considerar la reacción:

H2 (g) + Br2 (g) → 2HBr (g)

Calcular ∆ S° para la reacción:

Solución:

∆ S° = 2 SHBr (g) – SH2 (g) – SBr (g)

∆ S° = 2moles (198.5 KJ/mol) – 1mol (130.6KJ/mol) – 1mol (245.3KJ/mol)

∆ S° = 21.1KJ //

∴ ∆ np = ∆ nr → ∆ Sº es pequeña

34. Para la reacción de la síntesis de NH3:

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

∆ H ° = -92.6KJ

a) Calcular ∆ Ssb) Calcular ∆ Salred

Solución:

∆ Ss = 2SNH3 (g) – 3SH2 (g) – SN2 (g)

∆ Ss = 2(193J/K) – 3(131 J/K) – 191.5 J/K

∆ Ss = -199 J/K //

∆ Salred = - ∆ H °T

∆ Salred = 92.6 x103 J

298K

∆ Salred = 311 J/K //

35. Calcule él ∆ Sº para la siguiente reacción:

MgCO3(s) → MgO(s) + CO2 (g)

∆ S° = SMgO + SCO2 – SMgCO3

∆ S° = 26.78J/K + 213.6 J/K – 65.69 J/K

∆ S° = 174.69 J/K //

36. calcule él ∆ S° para la siguiente reacción:

2Al(s) + 3ZnO(s) → Al2O3(s) + 3Zn(s)

Solución:

∆ S° = Sal2O3 + 3SZn – 2Sal – 3SZnO

∆ S° = 50.99 J/K + 3(41.6 J/K) – 2(28.3 J/K) – 3(43.9 J/K)

∆ S° = -12.51 J/K //

37. determinar si la ecuación:

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

Sera espontanea y a qué T:

Solución:

∆ H ° = ∆ H ° f CaO (s) + ∆ H ° f CO2 (g) - ∆ H ° f CaCO3(s)

∆ H ° = -635.6 KJ – 393.5 KJ + 1206.9 KJ

∆ H ° = 177.8 KJ

∆ S° = SCO2 + S CaO – S CaCO3

∆ S° = 213.6 J/K + 39.8 J/K – 92.9 J/K

∆ S° = 160.5 J/K

Ahora:

∆ E = ∆ H - t ∆S = 0

∆ H = t ∆S

T =∆ H∆ S

T = 177.8x 103

160.5J /K

T = 1107 K

∴ ∆ S° > 0 → reacción espontanea a ºT altas

38. determinar ∆ S para la vaporización del H2O a 373 ºK sabiendo que ∆ H vap es 40.7 KJ/mol:

Solución:

∆ S vap = ∆ H °T

∆ S vap = 40.7KJT 373 º K

∆ S vap = 109.12 K //

39. calcule ∆ S° para la siguiente reacción a 25ºc:

H2 (g) + Cl2 (g) → 2HCl (g)

Solución:

∆ S° = 2SHCl (g) – SCl2 (g) – SH2 (g)

∆ S° = 2(187.0 J/K) – 223 J/K – 131 J/K

∆ S° = 8 J/K //

40. Determinar ∆ E° para la reacción a 298ºK:

2 CH3OH (l) + 3 O2 (g) → 2CO2 (g) + 4H2O (g)

∆ E° = 2S CO2 (g) + 4 S H2O (g) – 2S CH3OH (l) – 3S O2 (g)

∆ E° = 2(-394.4 KJ) + 4(-237.2 KJ) – 2(-166.3 KJ) – 3(0)

∆ E° = -1405 KJ //

41. A 298 K el agua se condensara según la reacción. Calcular ∆ E

H2O (g) →H2O (l)

Solución:

∆ H ° = -286 KJ/mol + 242 KJ/mol

∆ H ° = -44.2 KJ/mol

∆ S° = 70 J/molK – 189 J/molK

∆ S° = -119 J/molK

Con los datos obtenidos:

∆ E = ∆ H - T∆ S

∆ E = -44.2KJ/mol -298K (-119 J/molK)

∆ E = -8.7 JK/mol //

∆ E < 0 → es un proceso espontaneo

42. Calcular ∆ E para la siguiente reacción:

Na(s) + 32

F2 (g) →NaF3(s)

Solución:

∆ H = -1660 KJ

∆ S° = S° NaF3 (s) - S°Na (s) - + 32

S°F2 (g)

∆ S° = -261.6 J/K

Ahora:

∆ E = ∆ H - T ∆S

∆ E= -1660 KJ – 298 K (-261.6 KJ/ºK)

∆ E = -1737.9 KJ //

43. Dada la reacción:

3C2H2 (g)→ C6H6 (l)

Calcular ∆ E° :

Solución:

∆ E° = ∆ E° f C6H6 (l) - 3 ∆ E° f C2H2 (g)

∆ E° = 124.5 KJ – 3(209.2 KJ)

∆ E° = -503.1 KJ //

Calcular ∆ S° :

∆ E = ∆ H - T∆ S°

∆ S° = ∆ H−∆ E

T

∆ S° =−631.1KJ+503.1KJ

298 º K

∆ S° = -0.429 KJ/ºK //

∴ ∆ E° = (-) La reacción es espontanea

∆ H ° = (-) la reacción es exotérmica

∆ S° = (-) S° p > S°r

Calcular ∆ S°

∆ S° = ∆ H º−∆ E º

ºT

∆ S° = −1538.4KJ+1011KJ

º298K

∆ S° = -1.76 KJ/mol //

44. De la siguiente reacción:

2 H2O2 (l) → 2H2O (l) + O2 (l)

Calcular ∆ H °

Calcular ∆ S°

Calcular ∆ E° a 363ºK

Solución:

a) ∆ H ° = 2∆ H ° f H2O (l) + ∆ H ° f O2 (l) - 2∆ H ° f H2O2 (l)

∆ H ° = 2(-285.8 KJ) + 0 – 2(-187.6 KJ)

∆ H ° = -196.4 KJ //

b) ∆ S° = 2S°H2O (l) + S° O2 - 2S°H2O2 (l)

∆ S° = 2(69.9) + 205 – 2(102.15)

∆ S° = 140.5 J/K //

C) ∆ E° = ∆ H ° - T∆ S°

∆ E° = -196.4 KJ – (363ºK)(140.5 J/K)

∆ E° = -247.5 KJ //

45. Los calores molares de fusión y de evaporación del argón son 1.3 KJ/mol y 6.3 KJ/mol respectivamente, los puntos de fusión y de evaporación son -190ºc y -186ºc respectivamente. Calcule los cambios de entropía para la fusión y la evaporación.

Solución:

En equilibrio ∆ E = 0

Para la fusión:

∆ SFusion = ∆ H fusion∆T fusion

= 1.3x 103 J /mol

83K

∆ SFusion = 15.66 J/molK //

Para la evaporación:

∆ SEvaporacion = ∆ H evaporacion∆T evaporacion

= 6.3x 103 J /mol

87K

∆ SEvaporacion = 72.41 J/molK //

46. El cambio de energía libre para la reacción:

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

Es de -33.2 KJ y Keq es 6.59 x 105 a 25ºc.en un experimento las presiones iniciales fueron PH2 = 0.250 atm y PN2 = 0.870atm y PNH3 = 12.9 atm. Calcular ∆ E para esta reacción

Solución:

∆ E = ∆ E° + RTlnQp

∆ E = ∆ E° + RTln [(PNH 3)2

(PH 2)3PN 2]

∆ E = -33.2 x 1000 J/mol + (8.31 J/Kmol) (298 ºK) x ln[(12.9)2

(0.250)3(0.870)]

∆ E = -33.2 x 103 J/mol + 23.3 x 103J/mol

∆ E = -9.9 KJ/mol

∴ ∆ E = (-) la reacción neta procede de izquierda a derecha

47. Si se mezclan 200g de agua a 20°C con 500g de agua a 50°C y con 800 g de

agua a 80°C. Determinar la temperatura de equilibrio.

Solución:

Q1 + Q2 – Q3= 0

m1. Ce1 T1 + m2.Ce2. T2 = m3. Ce3. T3

(200)(1)(Te – 20) + (500)(1)(Te – 50) = (800)(1)(80-Te)

Te = 62°C //

48. Hallar la cantidad de agua a 55°C que debe mezclarse con 720g de hielo a -18°C

de tal manera que todo el hielo se derrita y la temperatura de equilibrio sea 0°C.

CeH = 0.5cal/g.°C CeH2O = 1 cal/g.°C

Solucion:

datos

MH = 720g

MH2O=?

LF =80 cal/g

operacion

Q1 + Q2 + Q3 = 0

MH.CeH T + MH.LF + MH2O.CeH2O(0-55) T = 0

MH.CeH (0-(-18)) + MH.LF + MH2O.CeH2O(0-55) = 0

(720)(0,5)(18) + (720) (80) + MH2O (1) (-55) = 0

MH2O =1165,09 g //

49. Hallar la cantidad de calor que se le debe suministrar a 6kg de hielo que se

encuentran a -20°C para vaporizarlo completamente a 100°C.

LF = 80 Kcal/kg, LV= 540 Kcal/kg , CeH = 0,5 Kcal/kg.°C, CeH2O = 1kcal/kg.°C

Solución:

QT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

QT = MH.CeH T + MH. LF + MH20.CeH2O T +MH2O.LV

QT = (6)(0.5)(0-(-20)) + (6)(80) + (6)(1)(100-0) + (6)(540)

QT = 4380 Kcal

50. Un trozo de hielo de 30g de masa a -20°C se encuentra dentro de un calorímetro

de capacidad calorífica despreciable. Calcular que cantidad de agua a 60°Cse

requiere introducir en el sistema para lograr fundir exactamente todo el hielo.

Solución:

Q1 + QF – Q2 = 0

mhielo.Cehielo. T + m.LF - mH2O.CeH2O T = 0

(30)(0,5)(20) + (30) (80) – (mH2O) (1) (60) = 0

MH2O = 45 g //

51. Se tienen “n” moles de un gas a la temperatura de 127°C encerrados en un

cilindro, si el pistón se desplaza hasta lograr reducir su volumen 10 veces el inicial,

conservando la temperatura constante. Hallar “n” si el trabajo desarrollado sobre el

gas es -38180 J.

Solución:

T = 127 + 273 = 400 K

R = 0, 08205 atm.L/ mol.k

VI = 10 v

VF = v

n =?

W = - 38180 (negativo porque el volumen se reduce)

W = n.R.T.Ln(VF/ VI)

-38180 = nR (400) Ln (v/10v)

-38180 = n. (0,08205) (-921,03)

n = 505,226 (J.mol) / (atm.L) x [1 atm.L / 101,32]

n = 4,98 mol

52. Determinar el equivalente en agua de un calorímetro que contiene 100g de agua

a 20°C, sabiendo que si se introducen 100g de hielo a -5°C de final queda sólo agua

a 0°C en el calorímetro.

Solución:

Q1 + QF - Q2 – QCALORÍMETRO = 0

m1. Ce1 T1 + m1 LF = m2.Ce2. T2 + meq agua. CeH2O. TCALORÍMETRO

(100)(0, 5)(5) + (100) (80) = (100) (1) (20) + meq agua (1) (20)

Meq agua= 312,5 g //

53. En un cilindro de pistón deslizante se tiene encerrado un gas ideal. El sistema

está expuesto a la atmósfera, se le suministra 90 kJ de calor logrando aumentar su

volumen en 0,5 m3. ¿Cuánto trabajo realiza el gas al expandirse lentamente? ¿qué

incremento de energía interna experimenta el gas? P = 105 Pa

PGAS = P0 = 105 Pa

Solución:

i) Proceso isobárico:

W = P V

W = 105 (0,5)

W = 50 KJ //

ii) E = q + W

E = 90 + (- 50)

E = 40 KJ //

54. Un gas expande su volumen de 26,7 ml a 89,3 ml a temperatura constante. Calcule el trabajo realizado (en J) si el gas se expande.

Solución:

i) Contra el vació

Presión externa = 0

W = -P V

W = -(0) (89,3 – 26,7)ml

W = 0 //

ii) Contra una presión constante de 1,5 atm

W = -P V

W = - (1, 5) (89, 3 – 26, 7) ml

W = -94 ml.atm x (l /103ml)

W = -0,094 l.atm x (101, 32 J / L atm)

W = 9, 52 J //

55. Se utiliza una balanza una balanza de peso muerto con un pistón de un cm de diámetro para medir presiones con mucha precisión. En un caso particular una masa de 6.14 kg (incluyendo el pistón y la balanza) alcanza el equilibrio. Si la aceleración local de la gravedad es de 9.82 m/s2 . ¿Cuál es la presión absoluta?

Solución:

- La fuerza ejercida por la gravedad sobre el pistón, la balanza y las pesas es:

F = mg

F = (6.14)(9.82)

F= 60.295 N

Por lo tanto, la presión manométrica es:

Pm = FA

Pm = 60.295N

(0.25 ) (3.1415 )(12)

Ahora:

La presión absoluta es

P = Pm + Pb

P = 76.77 + 748(0.013332)

P = 867.4 KPa //

56. Un gas que tiene un volumen inicial de 50.0 m3 a una presión inicial de 200 kpa se le permite expandirse contra una presión constante opuesta de 100 kpa. Calcule el trabajo efectuado por el gas en kj. Si el gas es ideal y la expansión es isotérmica.

Solución:

Como es isotérmica: T es Cte.

P1. V1 = P2. V2

200. 50 = 100. V2

V2 = 100 m3

Convertimos:

100 m3 x 103L1m3

= 105 L = 10 x 104 L

100 kpa x 103 pa

1kpa x 1atm

105 pa

W = (1 atm) (50 kL)

W = 50 k atm L x 101.32J1atm . L

= 5066 KJ //

57. Se quemo 1.922 g de metal en una bomba calorimétrica a volumen constante. Como consecuencia, la T del H2O se elevo 4.20ºc. si la cantidad del agua que rodea al calorímetro es 2000 g y la c.c del calorímetro es 2.07 KJ/ºc. Calcule el calor molar de combustión del metanol

Solución:

Calculamos qagua y q bomba:

Qagua = 2000 g (4.184 J/gºc) 4.20 ºc

Qagua = 35.15 KJ

Qbomba = 2.02 KJ/ºc (4.20ºc)

Qbomba = 8.48 KJ

∴ q = -(qagua + qbomba)

Q = -43.63 KJ/g

Convirtiendo:

-43.63 KJ x 32 g1mol

= 1369 KJ/mol //

58. las estalactitas y estalagmitas de piedra caliza se forman en las grutas por la

reacción siguiente:

Ca+2 (Ac) + 2HCO3 (ac) → CaCO3(s) + CO2 (g) + H2O (l)

Se forma 1 mol de CaCO3 a 298 K y 1 atm, la reacción efectúa 2.47 KJ de w cuando

el CO2 formado empuja la atmosfera. Al mismo tiempo se absorbe 38.95 KJ de calor

del entorno. Determine ∆ E y ∆ H para la reacción.

Solución:

Datos

W = -2.47 KJ

Q = 38.95 KJ

P = 1 atm

T = 298 K

Operación

p∆V = ∆ n R T

p∆V = 1(0.08205)(298)(101.32)

p∆V = 2.47 KJ

Ahora

∆ E = q + w

∆ E = 38.95 KJ – 2.47 KJ

∆ E = 36.48 KJ

∴ ∆ H = ∆ E + p∆V

∆ H = 36.48 + 2.47

∆ H = 38.95 KJ //

59. Una casa se diseña con mecanismos pasivos para aprovechar la energía solar. Se incorpora al interior de la casa tabiques que actúen como absorbedores de calor. Cada tabique pesa aproximadamente 1.8 KJ. El ce de cada tabique es 0.85 J/gK ¿Cuántos tabiques deben incorporarse para suministrar la misma capacidad calorífica que 1.7 x 103 gal de agua?

Solución:

Para el tabique:

C.CT = m. Ce

C.CT = 1.8 x 103 g X 0.65 J/gºK

C.CT = 1.57 KJ/ºK

Para el agua:

C.C = 1.7 x 103 gal. 3.785L1gal

x 1Kg1L

x 103g

1Kg x 4.184 J/Gk

C.C = 26.92 x 103 KJ/ºK

∴ n tabiques = C .CC .CT

= 26.92x 103

KJº K

1.57KJ / ºK = 17.15 x 103Tabiques

60. En condiciones de volumen constante, el calor de combustión del acido benzoico

es de 26.38KJ/mol. Una muestra de 1.640g de acido benzoico se quemo es una

bomba calorimétrica. La temperatura del calorímetro aumento de 22.25ºc a 27.20ºc.

si se quema una muestra de 1.320 g de una sustancia orgánica en el mismo

calorímetro. La temperatura del calorímetro aumenta de 22.14ºc a 26.82ºc. Calcule

el calor de combustión por gramo de la nueva sustancia.

Solución:

Sabiendo que

Qr = 26.38 KJ/g x 1.690g

Qr = 43.26 KJ

Entonces

C.B.C = −qr∆T

C.B.C = −43.26KJ4.35º C

C.B.C = - 9.94 KJ/ ºC

Ahora

Qrs = -(C.B.C) ∆T

Qrs = -(-9.94 KJ/ºC) (4.68 ºC)

Qrs = 46.51 KJ //