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Escuela Ingeniería Química Pontificia Universidad Católica de Valparaíso

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GUÍA DE EJERCICIOS Nº1

TERMOQUÍMICA Y APLICACIONES EN METALURGIA

Profesor : Alvaro Aracena, Dr. Eng.

Ayudante : Francisco Olivares, Estudiante ICME

Fecha : 10 de Marzo de 2015

1. Calcule el calor estándar de formación del sólido PbO desde Pb líquido y O2 gaseoso a

527ºC. El punto de fusión del plomo es 327ºC y el calor específico a presión constante del Pb es

de 7.75-0.74×10-3

T cal/grado/mol.

2. El Fe2O3, PbO y Cu2O presentes en una tostación a muerte de minerales de estaño

reaccionan de acuerdo con las siguientes ecuaciones, durante la lixiviación con 1.11 M HCl a

25ºC.

Fe2O3 + 6HCl (50 H2O) = 2FeCl3 (150 H2O) + 3H2O

PbO + 2HCl (50 H2O) = PbCl2 (100 H2O) + H2O

Cu2O + 2HCl (50 H2O) = 2CuCl (50 H2O) + H2O

Calcule el calor del proceso de lixiviación a 25ºC por kg de mineral, asumiendo que el SiO2 y

SnO2 presentes en el mineral no afectan durante la lixiviación.

Dado lo siguiente:

i) Composición de la tostación a muerte del mineral de estaño es 10% Fe2O3, 5% PbO, 5%

Cu2O, 15% SiO2 y el resto SnO2

ii) Los calores estándar de formación del Fe2O3, Cu2O, PbO, FeCl3 (150 H2O), CuCl (50

H2O), PbCl2 (100 H2O), H2O, HCl (50 H2O) a 25ºC son -196.3, -40.0, -52.4, -92.0, -30.9, -83.2, -

68.32 y -17.4 kcal/mol, respectivamente.

3. La transformación de fase en hierro puro puede ser presentado como:

1033K 1183K 1673K 1812K

α-Fe(s) β-Fe(s) γ-Fe(s) δ-Fe Fe

Calcule la entropía estándar del hierro puro a 1627ºC si esta entropía estándar a 25ºC es 6.50

cal/grado/mol.

Datos:

Cp,α-Fe(s) = 4.18 + 5.92×10-3 T cal/grado/mol

Cp, β-Fe(s) = 9.0 cal/grado/mol

Cp, γ-Fe(s) = 1.84 + 4.66×10-3 T cal/grado/mol

Cp, δ-Fe(s) = 10.50 cal/grado/mol

Cp, Fe(s) = 10.0 cal/grado/mol

α-Fe(s) β-Fe(s) ; Hº1033=2761.4 J/mol

β-Fe(s) γ-Fe(s) ; Hº1183=899.6 J/mol

γ-Fe(s) δ-Fe ; Hº1673=690.4 J/mol

δ-Fe Fe ; Hº1812=15355 J/mol



4. Pequeñas gotas de Au son solidificadas por una cantidad máxima de aproximadamente

230ºC. Cual es el cambio entrópico asociado con la solidificación isotérmica de 1 g-atómico de

tal oro solidificado? Cuál es el cambio antrópico de los alrededores si se asume un remanente a la

misma temperatura como la del oro solidificado? También calcule el cambio de entropía total.

Dado:

Cp, Au(s) = 5.0 cal/grado/mol

Cp, Au(l) = 7.0 cal/grado/mol

Pto. Fusión Au = 1063ºC

Calor de fusión del Au, Hf = 3050 cal/mol

5. Calcule el cambio de energía libre estándar de formación de la reacción siguiente a 527ºC:

Pb(l) + 1/2O2 = PbO(s)

Datos:

Hº298, PbO(s) = -2192420 J/K/mol

Sº298, PbO(s) = 67.78 J/K/mol

Sº298, Pb(s) = 64.85 J/K/mol

Sº298, O2(g) = 205.09 J/K/mol

Cp, PbO(s) = 44.35 + 16.74×10-3

T J/K/mol

Cp, Pb(s) ; 23.55 + 9.75×10-3 T J/K/mol

Cp, Pb(l) ; 32.43 – 3.09×10-3 T J/K/mol

Cp, O2(g) ; 29.96 + 4.184×10-3

T – 1.67×105 T

-2 J/K/mol

6. Determine cuál de los siguientes metales pueden ser producidos por la reducción del

sulfuro metálico con el óxido metálico a 1000ºC y 1 atm de presión.

Datos:

Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 ; Gº = 28530 + 14.06T logT – 70.43T cal

PbS + 2PbO = 3Pb + SO2 ; Gº = 98440 + 16.1T logT – 121.14T cal

Ni3S2 + 4NiO = 7Ni + 2SO2 ; Gº = 139800 – 98.59T cal

7. La presión de vapor del titanio líquido a 2227ºC es 1.503 mm Hg. El calor de

vaporización al punto de ebullición normal del titanio es 104 kcal/mol. Calcule este punto de

ebullición normal.

8. El punto de fusión del galio se encuentra a los 30ºC a 1 atm. Las densidades del galio

sólido y líquido son 5.885 y 6.08 g/cm3, respectivamente. El calor de fusión del galio es 18.5

cal/g. Calcule el cambio en el punto de fusión del galio para un aumento de la presión de 1 atm.



9. Calcule la constante de equilibrio y la presión parcial en equilibrio del oxígeno para la

reacción:

ZrO2 = Zr + O2 ; Gº = 259940 + 4.33 T logT – 59.12 T cal

a 1727ºC. También, prediga la posibilidad de descomposición de un crisol de zirconio puro bajo

un vacío de 10-5

mm Hg a aquella temperatura.

10. Calcule la constante de equilibrio para la reacción:

NiO(s) + H2(g) = Ni(s) + H2O(g)

a 750ºC desde los siguientes datos:

Ni(s) + 1/2O2(g) = NiO(s); Gº = -58450 + 23.55 T cal

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g); Gº = -58900 + 13.1 T cal

La hoja de níquel podría ser tostado a 750ºC en una atmósfera que contiene 95% H2O y 5% H2

por un volumen sin oxidante?

11. Una mezcla de gases de la siguiente composición por volumen (CO:30%, CO2:10%,

H2:10%, y N2:50%) es ingresada a un horno de tratamiento a alta temperatura (927ºC). Calcule la

composición en equilibrio de la mezcla gaseosa, asumiendo que la presión total en el horno es de

1 atm. Asuma que todos lo gases tienen un comportamiento ideal. Utilice los siguientes datos:

C(s) + 1/2O2(g) = CO(g) ; Gº = -26700 - 21.0 T cal

C(s) + O2(g) = CO2(g) ; Gº = -94200 - 0.2 T cal

H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g) ; Gº = -58900 + 13.0 T cal

12. Para la extracción de algunos metales se puede utilizar procesos de volatilización a la

forma de cloruros, por lo que son de interés sus reacciones de cloración.

Calcule el cambio de entalpía estándar de la siguiente reacción a 1100 °C:

Cu(l) +1/2 Cl2(g) = CuCl(l)

Datos:

H°298, CuCl(s)= -32000 (cal/mol)

H°fusión, Cu = 3100 (cal/mol) ; Tf,Cu = 1083 °C

H°fusión, CuCl = 2450 (cal/mol); Tf,CuCl = 430 °C

H°evaporización, CuCl = 47545 (cal/mol), Te,CuCl = 1690 °C

Cp,Cu(s) = 5.41+1.5x10-3

T (cal/mol°K)

Cp,Cu(l) = 7.5 (cal/mol°K)

Cp,CuCl(s) = 5.87+19.2x10-3

T (cal/mol°K)

Cp,CuCl(l) = 15.8 (cal/mol°K)

Cp,CuCl(g) = 9.05 (cal/mol°K)

Cp,Cl2(g) = 8.82+0.06x10-3

T-0.68x105T

-2



13. Construya el diagrama de fases del agua, dados las entalpías de sublimación, fusión y

vaporización:

; ;

y los calores específicos (asumiendo constantes) del sólido, líquido y vapor:

Cp(s) = 9.085; Cp(l) = 17.996; Cp(v) = 8.025

El agua aumenta un 9% en volumen en el cambio desde líquido a sólido

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