8.31 J/(mol·K) - Universidad Pablo de Olavide, de Sevilla

Bases Físicas y Químicas del Medio Ambiente 2004/2005 Hoja 1
Área de Química−Física. Universidad Pablo de Olavide
Datos generales: Constante de los gases ideales: R= 0.082 atm·l/(mol·K)= 8.31 J/(mol·K),
1caloría = 4.18 J, 1 atm = 101320 Pa
1*. Defina lo que son sistemas termodinámicos abiertos, cerrados y aislados, poniendo un ejemplo de cada
uno de ellos. b)Defina lo que son propiedades intensivas y extensivas dando un ejemplo de cada una de
ellas.
2. La composición aproximada del aire es de un 78% de nitrógeno y un 22% de oxígeno en volumen.
Asumiendo que el aire cumple la ley de los gases ideales, calcula la densidad del aire en gramos por
centímetro cúbico a temperatura ambiente (25ºC) y al nivel de mar (1 atm de presión). Datos: Pesos
atómicos del nitrógeno y del oxígeno= 14 y 16 g/mol respectivamente. Resultado: 1.182x10−3 g/cm3
3*. Tres gramos de gas encerrados en un volumen de un litro ejercen una presión sobre las paredes del
recipiente que los contiene de 0.75 atmósferas a 27°C. Calcule su masa molecular. Resultado: 98.4 g/mol
4. a) Calcular la cantidad de calor que pierde una persona por conductividad térmica en un día. Datos:
temperatura corporal 37ºC, temperatura ambiente 25ºC, superficie total 1.5 m2, coeficiente de conductividad
térmica λ=0.1 Jm−1s−1K−1, espesor efectivo [piel+capa de aire]=1cm. Se asumirá que la temperatura varía
linealmente entre la temperatura ambiente y la temperatura corporal en este espesor efectivo. b) ¿Como
cambia este valor si la persona, abrigada de la misma forma, se encuentra en un ambiente a 13ºC? ¿Qué
otros mecanismos de intercambio de calor se te ocurren?
5*. Una bombona de butano tiene una capacidad de 60 litros y almacena gas butano a una presión de 200
atmósferas. En esas condiciones, y a temperatura ambiente (25ºC) el butano está en estado líquido y tiene
una densidad de 0.602 gr/cm3. a) Calcular la diferencia de peso entre una bombona llena y otra vacía y la
cantidad de moles de butano contenidos en la botella. b) ¿Cuántos litros de gas se obtendrían cuando se deja
salir el contenido de la botella a temperatura y presión ambiente (25ºC y 1 atm)? Suponer que en este caso
el gas butano se comporta como un gas ideal. c) Calcular qué tanto por ciento de bombona se gastaría en
calentar 1 litro de agua desde temperatura ambiente (25ºC) hasta que empiece a hervir (100ºC). d) Calcular
la variación de entropía del proceso de calentamiento del agua. Datos: Pesos atómicos del carbono y del
hidrógeno= 12 y 1 gr/mol respectivamente; Entalpía de combustión del butano = −2878 kJ/mol.
Resultados: 36 Kg, 622.76 moles, 15218 litros, 313.5 kJ y 0.017%
6*. Una máquina térmica está constituida por un mol de gas ideal que se encuentra inicialmente a una
presión P=10 atm y ocupa un volumen V=1 litro. Se le hace entonces evolucionar de forma cíclica mediante
la sucesión de los siguientes procesos: (1) El gas se expansiona a presión constante hasta alcanzar un nuevo
volumen V’=10 litros. (2) El gas disminuye su presión de P a P’= 1atm a volumen constante. (3) El gas se
comprime a presión constante hasta alcanzar el volumen inicial V= 1 litro. (4) Se incrementa la presión a
volumen constante hasta retornar al punto inicial de presión P=10 atm y volumen V = 1 litro. a) Dibujar en
un diagrama PV el camino seguido por la máquina y la temperatura en cada punto intermedio. Decir en qué
proceso el gas se calienta y en cuál se enfría. b) Calcular la variación de energía interna total a lo largo del
ciclo y el trabajo neto realizado. c) Determinar el calor total absorbido (no cedido) por el gas a lo largo del
ciclo y el rendimiento de la máquina (trabajo neto realizado / calor total absorbido). Datos: Calor específico
molar a presión constante de un gas ideal monoatómico Cp = 5/2 R. Resultados: rendimiento de la máquina
33%.
7. La entalpía de vaporización del agua es 40.656 kJ mol−1 y la de fusión del hielo 6.008 kJ mol−1. Por otro
lado las correspondientes variaciones de entropía son 109.0 y 22.0 J K−1 mol−1. Calcula el punto de fusión
del hielo y el punto de ebullición del agua. Pista: para que el proceso de transición de fase sea espontáneo a
presión constante, la variación de energía libre de Gibbs ha de ser negativa.