PROBLEMAS DE TERMODINAMICA

PROBLEMAS DE TERMODINAMICA
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Calcular la cantidad de calor que hay que entregarle a 1 kilogramo de agua que se encuentra a 20 ºC para llevarla
hasta una temperatura de 30ºC, a presión de 1atm. Compare con la cantidad de calor que hay que entregarle a 1 kilogramo
de alcohol, 1kilogramo de petróleo, 1 kilogramo de plomo.
Agua (líquida) Alcohol Petróleo Plomo (sólido)
Calor específico(kcal/kg.grado) 1,00, 0,50, 0,50, 0.031
2) Se extrae un cubo de hielo del freezer, a una temperatura de -18ºC. Sabiendo que la masa del cubo es de 30 g y que la
presión se mantiene constante e igual a 1atm, calcular:
a)cantidad de calor que hay que entregarle al cubo de hielo para que llegue a la temperatura de
0ºC). b) cantidad de calor que hay que entregarle al cubo que se encuentra a la temperatura de fusión para fundirlo
totalmente. c) Dibujar la curva de calentamiento en forma cualitativa.
d) Calcular la cantidad de agua líquida a 80ºC que se debe poner en contacto con el cubo de hielo para que todo el
sistema quede en 10ºC. Suponer que no hay pérdidas con el medio.
Datos: CpH2O(s)=0,5 cal/g ºC , ΔHfusión=79,5 cal/g CpH2O(l)=1 cal/g ºC
3) Una pava contiene agua a 20ºC y se la coloca sobre el mechero de gas encendido. Suponer que la potencia calorífica del
mechero es constante y que durante toda la experiencia la presión se mantiene constante e igual a la normal. Se observa
que el agua alcanza su temperatura de ebullición en 10 minutos y que 67,5min después ha pasado totalmente al estado
vapor, siendo la temperatura del vapor de 100ºC. Calcular el calor de vaporización del agua.
4) Un gas ideal se encuentra a 25oC encerrado en un cilindro sin roce. Inicialmente el gas ocupa un volumen de 1.00 l y
está sometido a una presión externa de 10atm. calcular el trabajo realizado por el sistema cuando:
a)Se expande contra el vacío
b)Se expande contra una presión exterior de 1.00atm
c) Se expande en 2 etapas: Primero contra Pext=5atm, segundo Pext=1atm
d) Cual será el trabajo máximo que pueda realizar el sistema (proceso reversible)
5) Un kilogramo de N2 se encuentra a 1atm de presión y ocupa 1 m3. Evoluciona hasta alcanzar un volumen de 2 m3 y una
presión de 2atm. En el diagrama siguiente se muestran diferentes evoluciones entre estos dos estados del sistema.
Calcular Q, W, H y U para cada una de las evoluciones.
Datos: Cv= 20,92 J.(mol.K)-1 Cp= 29,29 J.(mol.K)-1
6) a) En un cilindro cerrado con un pistón móvil, se colocan 320 g de oxígeno que evolucionan a presión de oposición
constante de 5atm, desde 25 a 200ºC. Calcular Q, W, H y U para el sistema.
b) Partiendo del mismo estado inicial calcular para la evolución a volumen constante, entre 25 y 200ºC, Q, W, H y U.
c) Dibujar las evoluciones de a) y b) en un diagrama presión vs. volumen y sobre el mismo las isotermas de 25 y
200ºC.
Datos:
Cpoxígeno= 7,11 cal/mol.grado
Cp-Cv= R= 1,99 cal/mol.grado
7) Se tiene un mol de agua en estado gaseoso a 110ºC y 1 atm de presión y se la lleva a 25ºC y 1 atm. a) Calcular W, Q, U
y H. b) Indicar la transformación en el diagrama de fases.
Datos:
Cp, H2O(g)= 0,17 cal/g.grado
Cp, H2O(l)= 1 cal/g.grado
8) Un mol de helio se expande desde 22.4l a 0oC al doble de su volumen inicial a 0oC.
a) Calcular W si la transformación se lleva a cabo: i)contra una presión externa constante igual a la presión final del gas.
ii)en expansión libre (Pexterna=0).
b) calcular W,Q,DH y DU en un proceso isocoro desde el estado final hasta la presión inicial.
c) Representar los dos procesos indicado en un único diagrama P-V, indicando las isotermas correspondientes.
Cp=(5/2)R; Cp=Cv+R;l.atm=101J;1cal=4.18J;R=0.082 l.atm (mol.grado)-1.
9)Un mol de gas ideal evoluciona según la recta P(atm) = V(L) / 20, desde V= 40L hasta T=500K. A
partir de ese punto, recorre una isoterma hasta la presión de 4 atm..
a) Dibujar toda la evolución en un diagrama P vs. V ; Calcular la temperatura final del gas
b) Calcular Q, W, ΔU y ΔH para la evolución completa.
El calor desprendido en el proceso anterior se utiliza para calentar, a la presión constante de 1atm, 3,52 Kg de
agua sólida a –20ºC. La transferencia de calor tiene una pérdida estimada en 30%.
c) Determinar la temperatura final del agua sabiendo que ésta se encuentra en estado líquido al final del calentamiento.
d) Dibujar la curva de calentamiento (T vs. Q) del agua, detallando las distintas etapas del proceso.
Datos: cagua(s) = 0,024 L.atm / K.Kg, ΔHºfus = 398,93 L.atm / Kg, cagua(l) = 0,041L.atm / K.Kg,
R = 0,082 L atm / mol K, cv (medio) del gas = 1,95 Latm / mol grado
10) Indique si las siguientes reacciones producen un aumento o una disminución de la entropía del
sistema:
a ) CO2 ( s ) → CO2 ( g )
b) CaO ( s ) + CO2 ( g ) → CaCO3 ( s )
11) Considere la transformación de agua liquida a vapor a una presion de 1 atm. a) ¿Este proceso es
endotérmico o exotérmico? b) ¿En que intervalo de temperatura es espontáneo? c) ¿En que intervalo
de temperatura no es espontáneo? d) ¿A que temperatura están en equilibrio las dos fases?
12) ¿Cómo cambia la entropía del sistema al ocurrir lo siguiente: a) un sólido se funde, b) un líquido se
vaporiza, c) un sólido se disuelve en agua, d) un gas se licua. Fundamente su respuesta
13) El punto de ebullición normal del metanol es de 64,7oC y su entalpía normal de vaporización es
ΔHvap=71,8kJ/mol. a) Cuando el metanol hierve en su punto normal de ebullición ¿aumente o
disminuye su entropía?, b) calcule el valor de ΔS cuando se vaporiza 1 mol de metanol a 64,7oC
14) Con respecto a cualquier proceso que se lleva a cabo a P y T consatnates ¿Qué significa que
ΔG=0?, b) En cierto proceso ΔG es grande y negativo ¿Significa esto que el proceso se lleva a cabo
necesariamente con rapidez?
15) Cierta reacción química tiene ΔHo= -19,5 kJ y ΔSo= -85,5 J/K a) ¿esta reacción es exotérmica o
endotérmica ? b) Esta reacción provoca un aumento o una disminución del orden del sistema ?c)
calcule ΔG de la reacción a 298 K d) Es espontánea la reacción a 298 K?
16) Una muestra de gas nitrogeno con un volumen de 20,0L a 5 atm se calienta desde 20oC hasta 400oC
a) ¿Cuál es el cambio de entropía del nitrogeno si la evolucion se realiza a volumen constante.?
b) ¿Cuál es el cambio de entropía del nitrogeno si la evolucion se realiza a presion constante.?
c) ¿Cuál de los estados finales presenta mayor desorden y por que?
d) Cv=3/2R, Cp=5/2 R
17) Cual es el cambio en la entropía de 1 mol de nitrogeno cuando se expande en forma isotermica de 22,0 L a
44,0L?
18) Calcular el cambio de entropía que experimenta el agua cuando se la calienta
a) desde 25oC a 110oC a la presión de 1 atm.
b) desde -10oC a 25oC a la presión de 1 atm.
c) ¿¿Qué indican los valores obtenidos ?
Respuestas : Problema 10: a) aumenta, b) disminuye. 11 a) endotérmico, b) a 100oC o más, c) debajo
de 100oC, c) a 100oC. 12 ΔS aumenta en a) b) c) y disminuye en d). 13 ΔS aumenta, b) =213J/K, 14 a
y b= no
15 a) exotérmica, b) ΔS es negativo, disminuye el desorden, c)DG = -9.9 kJ, d) si todos los reactivos y
productos están en estado estandar es espontánea a esa temperatura