Coleccion de problemas 1 Temas I y II PDF

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primer principio de la termodinámica. termodinámica química segundo curso química...

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1.- Una máquina térmica realiza en el sentido de las agujas de un reloj un ciclo triangular, cuyos vértices en el plano P V son A(1,1); B(2,1) y C(1,2). Si la presión se mide en atmósfera y el volumen en litros, determínese Q, W y E en cada etapa y en el ciclo total, admitiendo que la sustancia que lo recorre es un gas ideal monoatómico. P (2,1) B C (1,2) (1,1)

A V

2.- Un mol de gas ideal diatómico experimenta cambios reversibles desde P1 =10 atm y V1 =10 litros a P2 = 1 atm de acuerdo con los siguientes procesos: a) a volumen constante; b) a temperatura constante; c) adiabáticamente. Calcúlese los valores de w; q; ΔU e ΔH que tiene lugar en el proceso. 3.- Un mol de gas ideal se comprime adiabáticamente en una sola etapa con una presión constante de oposición igual a 10 atm. Inicialmente el gas está a 27 ºC y 1 atm de presión. La presión final es 10 atm. Calcular la temperatura final del gas, w, q, ΔU e ΔH. Resolver el problema para dos casos: a) gas monoat. Cv=3/2 R; b) gas diatómico Cv=5/2 R. ¿Cómo se afectarían los resultados si en lugar de ser 1 mol fuesen n moles?. 4.- ¿Qué presión es necesaria para evitar que un bloque de acero se dilate cuando su temperatura se lleva desde 20 ºC hasta 30ºC a 1 atm de presión, saliendo que los coeficientes de dilatación cúbica (α) y de compresibilidad (β) valen respectivamente 12.10-6 K-1 y 0.618.10-3 N-1 mm2? 5.- Si el coeficiente de Joule-Thompson del CO2 es μJT = 1.084 grad.atm-1 y el calor molar a presión constante es Cp=8.75 cal grad-1 mol-1; calcúlese el cambio de entalpía que tiene lugar cuando 50 g de CO2 a 25ºC y 1 atm se comprimen isotérmicamente hasta 100 atm. 6.- Un litro de aire seco a presión y temperatura normales se expansiona de forma reversible hasta un volumen de 3 litros a)isotérmicamente; b) adiabáticamente. Calcular en cada caso: la presión final, la temperatura final y el trabajo realizado. 7.- Calcular la variación de energía interna correspondiente a la fusión, sin cambio de temperatura, a la presión de 1 atm de 1 Kg de hielo a 0 ºC, sabiendo que el calor de fusión del hielo es 79.2 cal/g y que la densidad del hielo a 0 ºC es 0.917 g/cm3. Se tomará la densidad del agua a 0 ºC como 1 g/cm3.

8.- Para la reacción C(grafito) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g) ; ΔHº298 = 31,3822 kcal. Los valores de Cp (cal grad-1 mol-1) son: C(grafito) = 2,066; H2O (g) = 8,025; CO2(g) = 6,695 e H2 (g) = 6,892. Calcular el valor de ΔHº de la reacción a 125ºC 9.- Con base a los datos a 25ºC de las siguientes reacciones : 1/2 H2 (g) + 1/2 O2 (g) = OH (g) ; ΔHº = 10,01 kcal. H2 (g) + 1/2 O2 (g) = H2O (g) ; ΔHº = −57.80 Kcal H2 (g) = 2 H (g) ; ΔHº = 104.178 Kcal O2 (g) = 2 O (g) ; ΔHº = 118.318 Kcal Calcular el incremento de entalpía para: a) OH (g) = H (g) + O (g) b) H2O (g) = 2 H (g) + O (g) c) H2O (g) = H (g) + OH (g) Suponiendo que los gases son ideales, calcular la variación de energía interna en las tres reacciones. 10.- Considérese la formación del metanol gaseoso a partir de los fragmentos moleculares gaseosos C (g) + 4 H (g) + O (g) = CH3OH (g) Calcule la energía del enlace CO sabiendo que la entalpía de formación del metanol gaseoso a 25ºC es −47,96 kcal/mol; la del C (g) 171,291 kcal/mol ; la del H (g) 52,095 kcal/mol y la del O (g) 59,553 kcal/mol. La energía promedio del enlace C−H a 25 ºC es 415,9 kJ/mol y la del OH 463,5 kJ/mol. 11.- El calor de formación estandar a 25ºC y la capacidad calorífica del Cr2O3 son: ΔHº298 = −270 kcal/mol , Cp = 28,53 + 2,20·10-3 T − 3,74.10-5 T2 cal grad-1 mol-1 Calcular: a) la entalpía estandar del Cr2O3 a 1900 ºC; b) el calor necesario para elevar la temperatura de un mol de Cr2O3 desde 10 ºC hasta 1900 ºC 12.- Los calores de combustión del C , H2 y metano a 20ºC y 1 atm son respectivamente −94,2 ; −63,3 y −213,0 kcal/mol. El calor molar a presión constante de cada una de estas sustancias depende de la temperatura según las relaciones: Cp(C) = 1,10 + 4,80·10-3 T Cp(H2) = 6,50 + 0,9·10-3 T -3

Cp(CH4) = 5,34 + 11,5·10 T

cal grad-1 mol-1 " " " "

" "

Calcular el valor del calor de formación del metano a presión constante y a volumen constante a 500ºC.

13.- Calcúlese la variación de entropía que experimentan 6 gramos de hielo que se encuentran a 0 ºC al pasar al estado de vapor de agua a 100 ºC; sabiendo que el calor de fusión es 80 cal/g ; el de vaporización 540 cal/g y el calor específico del agua 1 cal·grad-1·g-1. 14.- Un mol de un gas ideal se expande isotérmicamente hasta duplicar su volumen inicial. a) calcule el ΔS, b) ¿Cuál sería el valor de ΔS si se duplicara el volumen de 5 moles de gas ideal.

15.- Un mol de gas ideal inicialmente a 25 ºC se expande isotérmica e irreversiblemente contra una presión de oposición cero, desde 20 hasta 40 litros. Calcular ΔU, ΔS, q y w para el caso anterior y para una transformación isotérmica y reversible. 16.- Una máquina reversible operando entre 100 ºC y 15 ºC proporciona un trabajo igual a 5.64.1011 erg en cada ciclo. ¿Que cantidad de calor, en calorías, debe suministrarse a 100 ºC? 17.- Un mol de un gas ideal diatómico ocupa un volumen de 26 litros a 1 atm de presión y está aislado térmicamente. Se comprime reversible y adiabáticamente hasta reducir su volumen a 8 litros, entonces se expansiona irreversiblemente y de forma adiabática contra una presión de oposición de 1 atm hasta que la presión en el interior del sistema se hace igual a la de oposición. a) Calcular T y V finales; b) ΔU ; c) ΔS; d) w, diciendo cual es mayor en valor absoluto 18.- Supóngase para el agua líquida : β = 4.53·10-5 atm-1 , Cp = 18 cal·grad-1·mol-1 V=18 cm3·mol-1 y α = 2.0·10-4 grad-1 . Calcular la disminución de temperatura que ocurre si el agua a 25 ºC y 1000 atm es llevada reversible y adiabáticamente a 1 atm. 19.- Calcular la diferencia de entropías molares del mercurio líquido y del mercurio sólido ambos a −50 ºC. El punto de fusión del Hg es −39 ºC. Su calor de fusión es 560 cal/mol; Cp(l) = 7.1−1.6·10-3·T cal·grad-1·mol-1 y Cp(s)=6.4 cal·grad-1·mol-1. Suponer que el Hg es monoatómico. 20.- Un mol de agua a 25 ºC y 1 atm se calienta a presión constante hasta 100 ºC. El coeficiente de dilatación del agua es 4.0×10-4 grad-1. Calcular los incrementos de U, H y S de este proceso. Cp = 18 cal·grad-1·mol-1. 21.- Calcular la diferencia de entropías molares del mercurio líquido y del mercurio sólido ambos a −50 ºC. El punto de fusión del Hg es −39 ºC. Su calor de fusión es 560 cal/mol; Cp(l) = 7.1−1.6·10-3·T cal·grad-1·mol-1 y Cp(s)=6.4 cal·grad-1·mol-1. Suponer que el Hg es monoatómico....