a º d º e º c º a - Universidad de Puerto Rico Humacao

UNIVERSIDAD DE PUERTO RICO
EN HUMACAO
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
QUÍMICA FÍSICA I
TERMODINÁMICA
1.
2.
Profesora Ileana Nieves
ASIGNACIÓN 4
Un mol de un gas ideal se somete a los siguientes procesos:
a.
Se calienta a un volumen constante de 20°c a 100°C.
b.
Se expande libremente al vacío (expansión de Joule) al doble de su volumen.
c.
Se enfría a presión constante de 25°C. Calcule en calorías el calor (q), trabajo (w),
energía interna () U), entalpía () H) para el proceso total (a) + (b) + (c). Note que
no es necesario conocer la capacidad calorífica a presión constante (CP) ni a volumen
constante (CV) para este gas. Explique.
Considere varios procesos o cambios de estado para un mol de gas ideal con calor específico
a volumen constante (CV) igual a 3/2 R y calor específico a presión constante (CP) igual a 5/2
R. En la siguiente figura (gráfica de presión aplicada contra volumen del gas) los puntos a
b y c representan estados del sistema con los valores a continuación:
T (K)
P (atm)
V (L)
a:
300
1.0
22.4
b:
300
0.1
246
c:
3000
1.0
246
a.
Calcule w, q, ) U, ) H para los siguientes procesos:
a º b (reversible e isotermal)
b º c (reversible a volumen constante)
c º a (reversible a P constante)
b.
3.
Calcule w, q, ) U, ) H para el proceso cíclico a º a, por la ruta
aºdºeºcºa
Cuando un mol de mercurio líquido (Hg) se convierte en vapor a 1 at m de presión, 13,620
calorías fluyen del ambiente al sistema. El punto de ebullición normal (1 atm) de Hg es 357°C
y el vapor de Hg puede considerarse como un gas ideal con Cv = (3/2) R. Calcule w, q, ) U,
) H para la evaporación de un mol Hg en cada una de las condiciones a continuación:
a.
El Hg se evapo ra reversiblemente a 357°C bajo una presión de 1 atm.
b.
El Hg se evapora 357°C en un bulbo al vacío, de tal manera que la presión del Hg
gaseoso es 1 atm.
c.
El Hg se evapora a 357°C en un bulbo al vacío, de tal manera que la presión en el
bulbo es 0.1 atm.
QUIM 4041
4.
ASIGNACIÓN 4
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La capacidad calórica a presión constante está definida por:
calórica a volumen constante está definida por:
y la capacidad
.
a.
Usando estas definiciones demuestre que:
b.
Usando definiciones básicas y funciones termodinámicas, demuestre que:
1.
2.
3.
5.
Un mol de gas ideal cuya ecuación de estado es P (V - b) = RT y que cumple con la
condición de
, demuestre que en una expansión tipo Joule-Thompson, el cambio
en temperatura delgas está dado por:
6.
A 300°C y presiones entre 0 y 60 at m, el coeficiente de Joule-Thompson de N2 está
representado por la ecuación: : JT = 0.0142 - 2.60 X 10-4 P . Asumiendo que el coeficiente
es independiente de la temperatura, determine la disminución en temperatura que ocurre al
expandir un mol de un gas desde 60 a 20 atm.
7.
a.
Dos moles de un gas ideal di-atómico a 300K y 5.0 atm son expandidos
adiabáticamente hasta una presión final de 2.0 atm, en contra de una presión externa
de 1.0 atm. Determine: la temperatura final, q, w, ) U, ) H.
b.
El mismo sistema anterior, pero ahora la expansión adiabática se hace reversiblemente
hasta una presión final de 2.0 atm. Determine: la temperatura final, q, w, ) U, ) H.
Compare ambos resultados.
8.
Demuestre que el trabajo hecho en una expansión adiabática reversible desde Pi , Vi, hasta Pf,
Vf se representa por:
donde