PROBLEMAS PROPUESTOS PARA EL SEGUNDO EXAMEN

UNMSM EAPIM Fisicoquimica II semestre 2007

PROBLEMAS PROPUESTOS PARA EL SEGUNDO EXAMEN1.-Cual ser la entropa en la fusin y en la vaporizacin de una mol de etanol a la presin atmosfrica normal, el etanol funde a 156 K con un (f igual a 1150 cal/mol en el punto de ebullicin de 351 K y su (v es de 9390 cal/mol.

2.- La entropa del oxigeno gaseoso a 298K y una atmsfera de presin es 49 cal/mol grado. Halla su entropa a 373K y una atmsfera Si su capacidad calorfica a P = cte viene dada por la siguiente ecuacin:

cp = 6,5 + 0,001 T cal/mol K3.- Calcular el cambio total de entropa del agua cuando 1 mol de agua liquida a la temperatura de -10C se transforma en hielo a -10C.

H2O(L, -10C,Patm)--------

H2O(s, -10C,Patm)

4.- Calcular el cambio total de entropa en la expansin reversible de un gas desde un volumen inicial de 1 litro hasta un volumen final de 10 litros si el proceso ocurre a una temperatura constante de 27C y a una presin de 10 atmsferas.

5.- Calcular el todas las funciones termodinmicas: E, H, S, G, Q y W. Cuando un mol de gas ideal a 127C y a una presin de 1 atmsfera, se expande isotermicamente y de manera reversible hasta que su presin es de 0,010 atmsferas.

6.- Calcular el cambio total de entropa en el proceso que le ocurre a una mol de vapor sobresaturado de agua a 110C y una atmsfera de presin que condensndose y luego sobre enfrindose el agua liquida, forma hielo a -10C.

Calor especifico del agua:

H2O(s) = 0,49 cal/gC

H2O(L) = 1,0 cal/gC

H2O(v) = 0,48 cal/gC

(v = 540 cal/g

(f = 79,78 cal/g7.- Calcular el cambio total de entalpa en el proceso que ocurre cuando se saca un bloque de hielo de 1 Kg de un congelador a -10C se coloca en un recipiente y se deja fundir, luego se calienta hasta ebullicin para convertirlo en vapor sobrecalentado hasta una temperatura de 110C y una atmsfera de presin. Cual ser el Calor total absorbido?

8.- En el siguiente ciclo de Carnot en el que opera una maquina trmica ideal, entre una T1 = 273 y T2; ha producido un trabajo de 1000 cal por ciclo; Calcular: Q1 ; Q2 y T2.

9.- Calcular el trabajo que se gasta en una maquina refrigeradora que funciona siguiendo un ciclo reversible entre 0C y 25C, para congelar 1 Kg de agua a 0C, sabiendo que el calor latente de solidificacin del agua es de 79,78 cal/g10.- Una fabrica de hielo utiliza el agua a 0C y desprende el calor a 27C. Si producen 150 Kg de hielo por hora y se desprenden 25000 Kcal.

Calcular la eficiencia de la instalacin; es decir la relacin entre la cantidad de Wrev necesario para congelar el agua y la cantidad de trabajo gastado. 11.- La reaccin de sntesis del acetileno, C2H2, es: 2 C (grafito) + H2(g) = C2H2(g)

Calcular su variacin de entalpa a partir de sus entalpas de formacin

a) 2 C2H2(g) + 5 O2(g) = 4 CO2(g) + 2 H2O(l) ; Ha=-2598,8 kJb) C (grafito) + O2(g) = CO2(g) ; Hb= -393,5 kJc) H2(g) + 1/2 O2(g) = H2O(l) ; Hc=-285,8 kJ12.- A partir de las siguientes ecuaciones termoqumicas:

(1) Pb (s) + O2 (g).. PbO2 (s) H1 = -276,3 kJ

(2) 6 PbO (s) + O2 (g) 2 Pb3O4 (s) H2 = -153,8 kJ

(3) Pb3O4 (s) + O2 (g) .. 3 PbO2 (s) H3 = -94,9 kJ

Calcular la entalpa estndar de formacin del xido de plomo (II).

13.- Para la reaccin

C(grafito) + H2O (g) DHo298 = 31,38 kcal/mol. Los valores de la capacidad calorfica molar en el estado de referencia expresadas como cal.grad-1.mol-1 son: grafito: 2,066; H2O(g):8,025; CO(g):6,965 y H2(g):6,892. Calcular el valor de Ho a 125C.

14.- Se comprime reversible y adiabticamente una muestra de 1,00 mol de un gas diatmico a 200 K hasta que su temperatura alcanza los 250 K. Sabiendo que la capacidad calorfica molar a volumen constante vale 27,5 J.K-1. mol-1, calcular q, w, E, H, S.

15.- 1,00 mol de un gas ideal monoatmico ( Cv,m = 1,5 R) efecta un ciclo de Carnot. En el estado inicial ocupa 4,92 L a 10 atm y 600 K. Despus de expandirse isotrmicamente, el volumen es 49,2 L a la presin de 1,00 atm (etapa 1). Posteriormente de forma adiabtica el gas pasa a 139,2 L a 0,176 atm y 300 K (etapa 2). Esta expansin es seguida por una compresin isotrmica hasta el volumen 13,9 L y presin 1,76 atm (etapa 3) y posteriormente una compresin adiabtica (etapa 4) que lo lleva de nuevo al estado inicial. Determinar los valores de S para cada etapa del ciclo y para el ciclo completo.

16.- La capacidad calorfica molar a presin constante para un cierto gas ideal, vara con la temperatura de acuerdo con la ecuacin: Cp,m/(J.K-1.mol-1) = 12,47 + 0,1111 T/K Calcular q, w, E, H y S se aumenta la temperatura de 1 mol del gas desde 283 K hasta 1273 K a la presin constante de 2 atm.

17.- Un mol de un gas ideal (Cm,v = 5/2 R) inicialmente a 20C y 5 atm, se expansiona adiabticamente hasta una presin de 1 atm, despus se calienta isobricamente hasta que su temperatura vuelve a ser de 20C y por ltimo se comprime isotrmicamente hasta volver a la presin de 5 atm. Determinar el volumen en cada etapa y dibujar el ciclo en un diagrama PV. Calcular: q, w, ,H para cada etapa y para el ciclo.

18.- Calcular S para convertir 1 mol de hielo a 0C y 1 atm a vapor de agua a 100C y 0,5 atm. Los calores latentes de fusin y de vaporizacin son 1435 y 9360 cal.mol-1 respectivamente. Cm,p (lquido) = 18 cal.mol-1.K-1.

19.- Un mol de un gas ideal con Cv,m = 3R/2 se expande reversiblemente desde 24,6 litros y 300 K a 49,2 litros. Calcular la temperatura y presin finales si la expansin es: a) isotrmica, b) adiabtica. Dibujar los dos procesos en el mismo diagrama P-V y calcular q, w, , H para ambos procesos.

20.- Calcular S para convertir un mol de hielo a -10C y 760 torr a 1 mol de vapor de agua a 100C y 380 torr. Suponer comportamiento ideal. Hacer un esquema de las distintas etapas. Calores latentes de fusin y de vaporizacin 1435 y 9360 cal/mol respectivamente. Cp(slido) = 0,5+0,03T(cal/K) y Cp (lquido) = 18 cal/K.

21.- 2 moles de un gas ideal (CV,m = cal.K-1 mol-1) realizan un ciclo formado por las siguientes etapas: Desde un estado inicial (1) de 30 litros y 1,5 atmsferas pasa isocricamente a un estado (2), luego se expansiona adiabticamente a un estado (3) duplicando su volumen, y finalmente vuelve isobricamente al estado inicial. Dibujar el proceso en un diagrama PV y calcular: q, w, , H, S para cada etapa y para el ciclo.

22.- Para un gas ideal se ha observado que Cp / (J.K-1.mol-1) = 14,73 + 0,1272 (T/K). Calcular q, w, y H para 1,00 mol cuando se incrementa la temperatura desde 25 C hasta 200 C a presin constante de 1 atm.

23.- Para un gas ideal se ha observado que Cm,p / (J.K-1.mol-1) = 14,73 + 0,1272 (T/K). Calcular S cuando 2,00 moles se calientan desde 27 C hasta 127 C a presin constante de 1 atm.

24.- Para cierto gas perfecto, Cm,v =2,5R a todas las temperaturas. Calcular q,w,,H cuando un mol de este gas experimenta cada uno de los siguientes procesos: a) una expansin reversible isobrica desde 1 atm y 20 dm3 hasta 40 dm3; b) un cambio de estado reversible e isocrico desde 1 atm y 40 dm3 hasta 0,5 atm; c) una compresin reversible isotrmica desde 0,5 atm y 40 dm3 hasta 1 atm y 20 dm3. Representar cada proceso en el mismo diagrama P-V

25.- Un mol de un gas ideal inicialmente a 2,44 atm, 25C y 10 litros duplica su volumen por expansin adiabtica reversible. Calcular: a) la presin final y b) q, w, , H, S en caloras. Repetir los clculos de los apartados a) y b) si la expansin fuese isotrmica reversible ( = 1,67; Cm,V = 3/2 R).

26.- 1 mol de un gas ideal monoatmico (Cv,m = 1,5 R) ocupa un volumen de 22,4 L a 1 atm y sufre un proceso cclico en el que la primera etapa es una expansin isotrmica hasta un volumen doble del inicial. En una segunda etapa se comprime a presin constante hasta reducir el volumen a la mitad y, en la tercera etapa se le vara la presin a volumen constante de modo que se llega al estado inicial. Calcular q, w, y S para cada etapa del ciclo.

27.- Un mol de gas ideal diatmico ( = 1,4) inicialmente a V1 = 5 litros, P1 = 3 atm y T1 experimenta un proceso cclico reversible formado por las siguientes etapas: a) Calentamiento a volumen constante hasta un estado (2). b) Compresin isotrmica a 273 K hasta un estado (3). c) Expansin adiabtica hasta el estado inicial (1). Dibujar los procesos en un diagrama P-V y calcular q, w, E, H para cada etapa y para el ciclo.

28.- Para un gas ideal se ha observado que CP,m / (J.K-1.mol-1) = 14,73 + 0,1272 (T/K). Calcular q, w, y H para 1,00 mol cuando se incrementa la temperatura desde 25 C hasta 200 C a presin constante de 1 atm.

29.- Un ciclo de Carnot emplea 1,00 mol de un gas ideal monoatmico (CV,m = 1,5 R) como sustancia de trabajo que en el estado inicial se encuentra a 10 atm y 600 K. El gas se expande isotrmicamente hasta una presin de 1,00 atm (etapa 1) y posteriormente de forma adiabtica hasta una temperatura de 300 K (etapa 2). Esta expansin es seguida de una compresin isotrmica (etapa 3) y posteriormente una compresin adiabtica (etapa 4) que lo lleva de nuevo al estado inicial. Determinar los valores de q, w, , H y S para cada etapa del ciclo y para el ciclo completo. Calcular el rendimiento de la mquina trmica.40

80

T2

273

T K

S cal/grado

Profesora del curso: Ingeniera Qumica Godelia Canchari Silverio