guía de ejercicios de termodinámica

UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
CICLO BÁSICO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
CÁTEDRA: QUÍMICA II
GUÍA DE EJERCICIOS
DE
TERMODINÁMICA
Profesora Neida Núñez
Maracaibo, Junio 2015
1. ¿Cuál es la variación de temperatura que sufre un trozo de latón de 450 gr al
perder 1800 cal? (cplatón = 0.094 cal/gr °C)
2. Un trozo de platino de 200 gr a 150°C se introduce en un recipiente adiabático
que tiene 200 gr de agua a 50°C (cpplatino = 0.032 cal/gr °C). Desprecie la
capacidad calorífica del recipiente. a) Responda sin hacer cuentas: ¿espera que la
temperatura de equilibrio sea mayor, igual o menor que la media entre 150 y
50 ºC? Explique. b) Calcule la temperatura de equilibrio que alcanza la mezcla.
c) Repita el cálculo, suponiendo que la capacidad calorífica del recipiente no es
despreciable, sino que vale 20 cal/ºC.
3. Se vierten 250 gramos de esquirlas de plomo (Pb) a 150°C sobre un bloque de
hielo de 50 gramos en un recipiente adiabático. Desprecie la capacidad calorífica
del recipiente. La temperatura inicial del hielo es de –30°C. ¿Cuál es la
temperatura final del sistema? (cehielo = 0.5 cal/gr °C, cePb = 0.03 cal/g °C).
4. Un gas absorbe 20 kcal y se expande contra una presión exterior de
1.2 atmosferas desde un volumen de 5 litros hasta triplicar su volumen. ¿Cuál es
la variación de su energía interna?
5. Una esfera de acero de 400 g a una temperatura de 200 °C es sumergida en 3
litros de agua a una temperatura de 15 °C. ¿Cuál es la temperatura final del
sistema? ceacero = 460J/kg.K y el ceagua = 4186J/kg.K
6. Se tiene un “baño de María” de 500 g de agua a 100ºC y se sumerge un tetero de
10.0 g de leche a 25ºC por unos minutos, para luego sacarlo a la temperatura
final de 37ºC. a) Determine la temperatura final del baño. b) Determine E, q y
w debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.
7. Calcular el trabajo, el calor y el cambio de energía interna, al expandirse un mol
de un gas ideal desde un volumen de 5 L hasta 15 L, a una temperatura constante
de 25ºC según las siguientes condiciones:
a) Contra una presión constante de 1.0 atm.
b) Contra el vacío
8. Un mol de gas ideal se comprime a presión constante de 2 atm. La temperatura
cambia de 100 ºC a 25 ºC. ¿Cuál es el valor del trabajo?
9. ¿Cuál será el volumen final ocupado por un mol de gas ideal, que se encuentra
inicialmente a 0ºC y a 1 atm de presión y es sometido a una expansión reversible
isotérmica, contra una presión constante de 1.0 atm obteniéndose un calor q
igual a 1500.0 calorías.
10. Calcule w y E para la conversión de un mol de agua, a 100ºC y 1.0 atm, a
vapor. Los datos pertinentes son: q absorbido = 9717 cal/mol y un mol de agua
líquida ocupa aproximadamente 18 mL.
11. Calcule el cambio de entalpía, en calorías, al expandir reversiblemente un mol
de un gas ideal, desde un volumen inicial V1 hasta dos veces su volumen
(V2 = 2V1) desde una temperatura inicial de 273.15 K y a una presión constante
de 1.0 atm. cpgas = 5/2R
12. Una reacción química en una mezcla gaseosa a 300 ºC disminuye el número de
moles de especies gaseosas en 0.35 moles. Si el cambio en energía interna es de
5.70 kcal, calcule el cambio de entalpía. Asuma que los gases se comportan
idealmente.
13. En la reacción de combustión de 0.532 g de benceno (C6H6 (l); PM = 78 g/mol) a
25 ºC y en un sistema a volumen constante, se desprendieron 5.33 kcal. Los
productos de la combustión son CO2 (g) y H2O (l). a) Para este proceso de
combustión calcule: w, q, E y H por mol de benceno. b) Cuánto vale el calor
de reacción?
14. Una muestra de acetona (CH3COCH3 (l); PM = 58.08 g/mol), de 0.58 g es
quemada a temperatura y presión constante en un calorímetro de capacidad
calórica neta, incluyendo la muestra, de 1.35 kcal/K. En este proceso se observó
un aumento de temperatura en el calorímetro, desde 22.87 hasta 24.56 ºC.
a) Calcule el calor de combustión en cal/g de la muestra. b) Calcule los valores
de E y H por mol.
15. Dado que para la reacción:
CO (g) + H2 (g) H2O (g) + C (s)
El Hreac = -131 kJ. ¿Cuánto calor se absorbe o desprende al reaccionar 24 g de
carbón con suficiente agua para dar monóxido de carbono e hidrógeno.
16. Calcule la variación de la entalpía cuando 2 moles de Nitrógeno a 300 K y
presión atmosférica de son calentados hasta 600 K en condiciones de presión
constante. cp Nitrógeno = 28 J/K mol.
17. Dada la siguiente ecuación termoquímica:
N2(g) + O2(g) →
N2O5(g) ΔºH = 1506.0kJ/mol
Calcula el calor que es absorbido durante la formación de 25.0 g de N2O5(g)
18. El fosfuro de aluminio reacciona con agua para dar hidróxido de aluminio y
fosfano, según la reacción:
AlP(s) + H2O(l) → Al(OH)3(s) + PH3(g)
a) Determina la entalpía de reacción del proceso a partir de los siguientes datos:
ΔHºfAlP(s) = -166.6 kJ/mol, ΔHºf H2O(l) = -285.8 kJ/mol,
ΔHºf Al(OH)3(s) = -1274.5kJ/mol, ΔHºf PH3(g) = 9.25 kJ/mol
b) Calcula la energía del sistema cuando reaccionan 20 g de AlP y decide si es
energía liberada o absorbida por el sistema. ( PaP = 31g/mol ; PaAl = 27 g/mol)
19. A la temperatura de 200ºC y 1 atmósfera de presión, se quema 1 mol de propano
y se desprenden 1700 kJ de calor. Escribir la correspondiente ecuación
termoquímica y calcular la variación de energía interna del proceso.
20. Dada la ecuación termoquímica, a 25 ºC:
N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) ΔHº = -92.3 kJ
Calcula: a) El calor de la reacción a volumen constante. b) La energía libre de
Gibbs a la temperatura de 25 ºC. c) La temperatura a la que el sistema no
evoluciona por encontrarse en equilibrio, suponiendo que la entalpía y la
entropía no varían con la temperatura.
SºNH3(g) = 192.3 J/mol.K, SºH2(g) = 130.8 J/mol.K, SºN2(g) = 191 J/mol.K
21. Calcule el cambio de entropía que ocurre cuando cuatro moles de amoníaco
líquido a -40 ºC son llevados, manteniendo la presión constante a 1 atm, al
estado gaseoso y a una temperatura de 200 ºC. Cree usted que el cambio en la
entropía será positivo, negativo o cero. Explique.
Datos: TebNH3 = 239.7 K, cpNH3(l) = 17.9 cal/K.mol, cpNH3(g) = 8.04 cal/K.mol,
Calor de vaporización del amoníaco a 1 atm y 239.7 K = 5.56 kcal/mol.
22. Calcule el cambio de entropía cuando 10 g de hielo a -5 ºC son colocados en un
termo de paredes aislantes que contiene 20 ml de agua a 27 ºC. El calor de
fusión del hielo es de 6004 J/mol, las capacidades calóricas del hielo y del agua
son 35.56 y 75.31 J/K mol respectivamente. Explique de acuerdo al resultado
obtenido si este proceso es espontáneo.
23. El óxido de calcio reacciona con el dióxido de carbono para formar carbonato de
calcio, CaCO3, como muestra la siguiente ecuación:
CaO (s) + CO2 (g) → CaCO3 (s)
a) Calcula la entalpía de reacción e indica si es exotérmica o endotérmica.
ΔHºf CaO(s) = - 635.1kJ/mol, ΔHºf CO2(g) = - 393.5 kJ/mol, ΔHºf CaCO3 (s) = - 1207.0
kJ/mol b) Indica si el orden aumenta o disminuye en la reacción. c) Calcula el
valor de la entropía. SºCaO(s) = 39.8 J/mol.K, Sº CO2 (g) = 213.7 J/mol.K,
Sº CaCO3 (s) = 92.9 J/mol.K
d) Calcula la energía libre y predice si es la reacción es espontánea o no. ¿Cuál
temperatura es la más favorable para obtener el producto 25°C o 500°C?