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FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGICAFISICOQUIMICA II (36-304)

EJERCICIOS

A. Resolver los siguientes problemas:

1. Indique, justificando, cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles son extensivas:

a) concentración (kgmol/cm3)b) flujo (mol/hr)c) velocidad (kg./seg)d) volumen específico (pie3/lbm)e) entalpía específica (J/kg.)

f) elevación (m)g) fracción molar (mol/mol)h) velocidad de transferencia de calor

(kcal/hr)

PROPIEDADEES INTENCIVAS: permite la sustancias, este no depende de la cantidad de sustancias o del tamaño de la cantidad de sustancias del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inaterable al sub-dividir el sistema inicial en varias sub-sistemas.PROPIEDADES EXTENCIVAS: son aquellos que dependen de la cantidad de materia considerando y son aditivos.

a) Concentracion: propiedad intencivab) Flujo mol po hora: propiedad extencivac) Velocidad kilogramo por segundo: propiedad extencivad) Volumen especificopie civico por libra m: propiedad extencivae) Entalpia especifica j por kilogramo: propiedad intencivaf) Elevacion metros: propiedad extencivag) Fraccion molar mol por mol: propiedad intencivah) Velocidad de transferencia de calor kilocalorias por hora: propiedad extenciva

2. Los pedazos de desechos de polietileno, que tienen la fórmula química (C2H4)n, y que suelen ser bolsas, tubos de plástico, botellas y envases de comida, se trituran y se queman totalmente con una cantidad estequiométrica de aire (ver figura). De esta forma, la ecuación que representa esta reacción, haciendo n = 1 (sin pérdida de generalidad), es

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

(a) ¿Qué volumen de aire que entre un poco por arriba de la presión atmosférica,digamos a P = 103 000 Pa y 25°C, se necesita para quemar 3 kg de desechos?

(b) ¿Qué volumen de gas de chimenea (gas de salida) a 227°C y 0.9 atm sale delquemador por cada 3 kg de desechos quemados?

3. Dos recipientes de vidrio están unidos por un tubo de volumen despreciable. Uno de ellos tiene un volumen cuatro veces mayor que el otro. En el interior de ambos recipientes hay aire que puede considerarse como un gas ideal a una presión de 1000 torr y una temperatura de 0ºC. ¿A qué presión se encontraría el aire si el recipiente pequeño se mantiene a 0ºC, mientras el grande se calienta hasta 50ºC?

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V2 = 4V1

V1


EJERCICIOS

Solución:

- Para el recipiente pequeño PV=RTn

Donde T1= 0°C =273KP1*V1=R*T1*n1

- Para el recipiente grande

Donde T2= 50°C =323KP2*V2=R*T2*n2

La presión es la misma porque están conectados por un tubo P=P1=P2 V2=4V1

Hallamos el número de moles totales

nt= n1 + n2 = P∗V 1

R∗T 1 + P∗4V 1

R∗T 2 = P∗V 1

R *(

1T1

+ 4T2

) ……….

(1)

- Para ambos recipientes

P0 =1000 torr n=P0∗V 0

R∗T 0 = P0∗5V 1

R∗T 0 ……….(2)

V0 = 5V1

Igualamos (1) y (2)

P0∗5V 1

R∗T 0 = P∗V 1

R *(

1T1

+ 4T2

)

P= 5*P0

T 0*(

1T1

+ 4T2

)-1

P=5 * 1000torr

273 K *(1

273K + 4

323K )-1

P= 1141.3 torr

4. Deseamos vender oxígeno en pequeños cilindros (0,5 ft3) con un contenido de 1,0 lb de oxígeno puro. Si los cilindros pueden estar expuestos a una temperatura máxima de 120°F, calcule la presión para la que deben diseñarse, suponiendo una ley de comportamiento de gas ideal. El fabricante de los cilindros estará en Singapur, por lo que, por favor, dé su respuesta en pascales.

5. Un matraz de 11 litros contiene 20 g de neon y un peso desconocido de hidrógeno. La densidad del gas se encuentra que es 0,002 g/cm3 a 0°C. Calcular el peso molecular medio y el número de gramos de hidrógeno presentes, y también la presión

6. El gas acetileno se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, según la siguiente reacción:CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca(OH)2

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EJERCICIOS

Calcúlense el número de horas de servicio que se pueden conseguir con una libra de carburo en una lámpara de acetileno que quema 2 pies3 de gas por hora.

1pie3 equivale a 1 libra de gas por eso se menciona libras por pie cuvicoPor lo tanto utilizando la regla de tres simple obtendremos: Si en 1 hora se quema 2 pies civicos de gas de acetileno(quiere decir que tenemos 2 libras de acetileno) entonces teniendo 1 libra de carburo de calcio obtendremos una libra de acetileno eso quiere decir que si en una hora se quema 2 libras de acetileno entonces una libra se quemara en tan solo 30 minutos.

7. A nivel del mar y a 350 K se infla un globo con vapor de agua. Se produce el ascenso del globo hasta una altura en que explota debido a algún fenómeno físico. Determinar, ¿cuál es ese factor? La temperatura se asume invariable debido a la rapidez del fenómeno. Masa del vapor: 36 g. Diámetro máximo del globo: 4m.

P= 1 atmT=350K rm=36 gr

n=mPM =

36 gr18gr /mol =2 mol

PM(H2O)=18 gr /mol

r=2m (radio) V= 43π r3

- Calculamos el volumen del globo

V= 43π (2m)3 = 113.1 m3 =1131*105 cm3

- Calculamos la presión

PV=RTn

P=RTnV =

82.06 cm3∗atm

mol∗K∗350K∗2mol

1131∗105 cm3

P=5.08*10-4atm

Respuesta: el globo explota debido a que la presión disminuye

8. La temperatura de una habitación en una mañana de invierno es de 10ºC. Después de encender la estufa su temperatura se eleva hasta 20ºC, Si el volumen de la habitación es de 50 m3 y la presión en ella es de 97 kPa. ¿Cuánto habrá variado la masa de aire en esa habitación?

Trabajando con 10°CP.V=nRT T=10°+273K=283K

97KPa*50m3=n*8.314472[ Pa∗m3

mol∗K¿ *283K

97*1000Pa*50m3=n*8.314472[ Pa∗m3

mol∗K¿ *283K

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EJERCICIOS

485000Pa=n*8.314472[Pa∗¿mol∗K

¿ *283K

2061.202mol=n

n=wPM

PM=29 29*n=W29*2061.202mol=W1

W1=59.77kg

Trabajando con 20°CP.V=nRT T=20°+273K=293K

97KPa*50m3=n*8.314472[ Pa∗m3

mol∗K¿ *293K

97*1000Pa*50m3=n*8.314472[ Pa∗m3

mol∗K¿ *23K

485000Pa=n*8.314472[Pa∗¿mol∗K

¿ *293K

485000=n*2436.141990.85mol=n

n=wPM

PM=29 29*n=W29*1990.85mol =W1

W2=57.734Kg

Sacando la diferencia de Masa (W)∆W=59.77kg-57.734Kg∆W =2.036Kg

9. En un cilindro metálico (material poco susceptible a la dilatación) se tiene 50 l de agua, con un nivel equivalente al borde superior del cilindro, a la presión atmosférica y a temperatura ambiente. En estación de verano la temperatura se incrementa entre la mañana y la tarde en 10ºC, se desea saber si se pierde líquido o no, y en ambos casos justifique cuantitativamente su respuesta. ( = 1,7 * 10-4 K-1)

10. Deducir la ecuación de estado para un fluido cuyos coeficientes térmicos están dados por:

α= 1T [1− b

V ] y κ= 1P [1− b

V ]

α= 1T [1− b

V ] y κ= 1P [1− b

V ]coeficiente de expansión térmica

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EJERCICIOS

α= 1V ( ∂Y∂T )

P

Coeficiente de comprobavilidad isotermica

K= 1V ( ∂V∂P )

T

Si despreciamos la variación de α y la presion

( ∂ P∂T )V

( ∂T∂V )P( ∂V∂ P )= -1

Despejando:

( ∂ P∂T )V= −1

( ∂T∂V )P(∂V∂P )

T

=

1V ( ∂V∂T )

P

1V ( ∂V∂ P )

K

Entonces queda:

( ∂V∂P )T= αK K∂ P=α ∂T

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EJERCICIOS

PARTE TEÓRICA: A cuadernos y libros cerrados. Sólo deben de tener su hoja de respuestas.

1. Matemáticamente la Ley de Boyle puede expresarse como:a) V 1/P b) P 1/ c) V = k/P d) ln P = ln V + ln ke) todas las anteriores.

2. La ecuación cinética de los gases puede expresarse mediante:

a) PV=32mN ⟨v2 ⟩ b) PV=1

3⟨v2 ⟩ρ

c) PV=12mN ⟨v2 ⟩

d) PV=23N ⟨ εtr ⟩ e) todas las anteriores

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EJERCICIOS

Asistencia

APELLIDOS Y NOMBRES FIRMA 1

2

3

4

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EJERCICIOS

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