Taller 1
Taller 1
Taller 1
DEPARTAMENTO DE QUIMICA
Semestre Agosto-Diciembre 2017
I TALLER DE FISICOQUIMICA
Universidad
del Valle
Ley Cero:
1. Una olla con agua fra se calienta en una estufa y cuando el agua hierve, se
coloca un huevo en el agua para cocerlo. Describa lo que sucede en trminos
de la ley cero.
2. utilice los valores adecuados de R para convertir L-atm en J.
E V
Cv= -
V T T E
7. Aplique la ley de los gases ideales para demostrar la regla cclica de las
derivadas parciales.
Gases no ideales
8. Considere una muestra de 1.0 moles de CO2 que se encuentra a una P= 4
atm y ocupa un volumen de 9L. Prediga la T de esta muestra de gas mediante la
ley de gases ideales y la ley de van der Waals. (Para el CO 2, los parmetros de
van der Waals a= 3.592 atmL2/mol2, b= 0.04267L/mol)
Trabajo y Calor
9. Calcular el trabajo necesario para elevar una masa de 1 Kg a una altura de 1
m sobre la superficie (a) de la tierra, donde g = 9.8 m s-2, b) de la luna, donde g
= 1.6 m s-2.
W= pdv ; W= - f ( z )dz
10. Calcule el W que lleva a cabo una persona que ejerce una fuerza de 40 N
(Newtons) para desplazar una caja en 25 m. A) Si la fuerza es paralela al
o
desplazamiento b) si se orienta a 45 con relacin al desplazamiento.
11. Calcular la capacidad trmica de un material si se requieren 288J de energa
para calentar 50.5 g del material para elevar la T desde 298 hasta 330K. Qu
unidades se utilizan?
12. Una pieza de 7.5 g de Fe a 100oC, se arroja sobre 25 g de agua a 22oC.
Suponiendo que el calor que pierde el Fe es igual al que gana el agua,
determinar la T final del sistema Fe-H2O. La capacidad trmica del H2O es
4.18J/gK y del Fe es 0.45 J/gK.
13. En la compresin isotrmica reversible de 52.0 mmoles de un gas ideal a
260 K, se reduce el volumen del gas a un tercio de su valor inicial. Calcular w,
w' y q para este proceso.
14. Una reaccin qumica se lleva a cabo en un recipiente de seccin
transversal 100 cm2 equipado com una tapa suelta. Durante la reaccin, la tapa
se levanta 10 cm contra la presin externa de 1 atm. Cunto trabajo efecta la
reaccin sobre el mundo exterior?
15. Utilizando el mismo sistema del problema anterior, calcular el trabajo
efectuado cuando la presin de la atmsfera es reemplazada por una masa de 5
Kg que acta hacia abajo sobre el pistn vertical. Cul es el trabajo efectuado
cuando la misma masa se encuentra sobre un pistn de seccin transversal 200
cm2 y se mueve la misma distancia?
16. En un recipiente de 100 cm3 mantenido a temperatura ambiente, se evapora
un terrn de 5 g de dixido de carbono slido. Calcular el trabajo efectuado
cuando el sistema (considerado como un gas ideal) se expande a 1 atm de
presin (a) isotrmicamente contra una presin de 1 atm, (b) isotrmica y
reversiblemente.
17. Un hombre promedio pesa aprox. 70 Kg. y produce cerca de 10460 KJ de
calor al da. a) suponer que el hombre se encuentra en un sistema aislado y que
su capacidad calorfica es de 4.18 J / g. K. Si su temperatura fuera de 37 oC en
determinado momento, cul sera su temperatura 24 horas despus?. b) De
hecho el hombre es un sistema abierto y el principal mecanismo para mantener
constante su T es la evaporacin del agua. Si la entalpa de evaporacin del
agua a 37oC es 43.4 KJ/mol, qu cantidad de agua debe evaporarse al da para
que la temperatura de la persona se mantenga constante?.
18. La capacidad calorfica del agua en el intervalo 25 -100 oC es Cp,m= 75.48 J
K-1 mol-1. Cuanto calor debe suministrarse a 1 kg de agua, inicialmente a 25 oC,
para llevarlo a su punto de ebullicin a la presin atmosfrica?
19. Una muestra de 2 moles de argn, en un cilindro de 5.0 cm2 de rea
transversal, a una presin de 5.0 atm, se expande adiabticamente contra una
presin externa de 1.0 atm. Durante la expansin, empuja al pistn 1 m. Si la
temperatura inicial es de 300.0 K, cul es la temperatura final del gas?
26. Dos moles de gas ideal diatmico, recorre el siguiente ciclo compuesto de
las etapas A, B y C. Rellenar los espacios vacos en las tablas. Suponer
reversibilidad en A, B y C.
E, cal
2730 3
1 2
0
27. Un mol de gas monoatmico ideal con Cv= (3/2)R, experimenta un proceso
reversible en el cual su volumen se duplica. El gas absorbe 1 KJ de calor. La
presin inicial es de 1 bar y la temperatura inicial es de 300K, el cambio de
entalpa es 1.5KJ. a) Calcular la T y P final b) Calcular U y el W para el
proceso.
28. Una tira de magnesio de 15 g de masa se deja caer a un vaso de precipitado
que contiene cido clorhdrico diluido. Qu trabajo efectu sobre la atmsfera de
o
las cercanas (1 atm de presin, 25 C) la reaccin realizada?
29. La capacidad calorfica del helio a presin constante es 20.79 J K -1 mol-1
Calcular el calor requerido para elevar en 10 K la temperatura de una muestra
de 1 mol a 25 oC, (a) cuando est en un recipiente de volumen constante a una
presin de 10 atm y (b) cuando est en un recipiente acondicionado con un
pistn para mantener una presin externa constante de 10 atm . Cunto trabajo
se efecta en cada caso?
30. Dos litros de He a 25 oC y P1= 5 atm, se expanden isotrmica y
reversiblemente hasta la P2= 1 atm. Suponiendo idealidad del gas encontrar Q,
U, W y H en la expansin.
31. 5 g de O2 a 20 oC se comprimen adiabtica y reversiblemente desde 9 hasta
3 litros. Calcular la temperatura final y el trabajo hecho sobre el gas. Cul es el
valor de U y H en este proceso (considerar al O2 como gas ideal).
32. Calcule la presin final cuando 3 moles de He a 300 K y 1 atm de presin se
expanden reversiblemente hasta un volumen final de 1500 litros cuando la
expansin es (a) isotrmica, (b) adiabtica. Encontrar U para (a) y(b). He es un
gas ideal.
33. Una cafetera que contiene 1 Kg de agua hirviendo se calienta hasta que se
completa la evaporacin. Calcular (a) w, (b) q, (c) U, (d) H para el proceso.
[Hvap, m(373 K) = 40.6 kJ mol-1, considerar para H2O(g) un comportamiento
ideal.]
34. Una muestra de argn a 1.0 atm de presin y 25 oC, se expande reversible y
3 3
adiabticamente desde 0.50 dm a 1.00 dm . Calcular su temperatura final, el
trabajo efectuado durante la expansin y el cambio en la energia interna.
35. Utilizando los mismos datos del ejercicio anterior calcular la presin final del
gas y el cambio de entalpa durante la expansin.
36. Se mantienen 65 g de xenn en un recipiente a 2 atm. Posteriormente, se le
permite expandir adiabticamente, (a) reversiblemente hasta 1 atm y (b) contra
1 atm de presin. Si la temperatura inicial es de 298 K, cul ser la temperatura
final en cada caso?
37. Una muestra de 1 mol de un fluorocarburo se expandi reversible y
adiabticamente al doble de su volumen. En la expansin, la temperatura baj
desde 298.15 K hasta 248.44 K. Suponiendo un comportamiento ideal para el
gas, calcular el valor de CV,m.
38. Una bomba calorimtrica elev su temperatura en 1.617 K al pasar una
corriente de 3.20 A durante 27 s, procedente de una fuente de 12 V. Cul es su
capacidad calorfica?
39. Utilizando el mismo calormetro del problema anterior, al oxidar 0.3212 g de
glucosa a 25 oC en condiciones de volumen constante, la temperatura se elev
7.793 K. Cul es (a) la entalpa molar estndar de la combustin de la glucosa,
(b) U de la combustin
Entalpas de Reacciones Qumicas
40. Calcule los cambios de entalpa que se producen en las reacciones
siguientes:
(a) C2H2(g) + H2(g) = C2H4(g)
(b) 2H2S(g) + SO2(g) = 3S(s) + 2H2O(g)
2NH3(g) + 3/2O2(g) = 3H2O+ N2(g)
41. Dadas las siguientes ecuaciones termoqumicas:
(a) 4NH3(g) + 3O2(g) 2N2(g) + 6H2O(l); H1= -1531 KJ
(b) N2O(g) + H2(g) N2(g) + H2O(l); H2= -367.4 KJ
(c) H2(g) + 1/2O2(g) H2O(l); H3= -285.9 KJ
Hallar el valor de H para la reaccin
2NH3(g) + 3N2O(g) 4N2(g) + 3H2O(l)
42. Dadas las ecuaciones termodinmicas:
(a) 2NF3(g) + 2NO(g) N2F4(g) +2ONF(g); H1= -82.9 KJ
(b) NO(g) + 1/2F2(g) ONF(g) ; H2= -156.9 KJ
(c) Cu(s) + F2(g) CuF2(s); H3= -531.0 KJ
Calcular el valor de H para la reaccin
2NF3(g) + Cu(s) N2F4(g) + CuF2(s)
Ciclo de Carnot
43. Considere las siguientes cantidades para un ciclo de tipo Carnot
Paso 1: q= +850 J, W= -850J; Paso 2: q= 0, W= -115 J ; Paso 3: q= -623 J, W=:
623 J; Paso 4: q= o, W= 150 J. Calcular la eficiencia del ciclo.
Entropia
44. Calcular el cambio de entropa cuando 25 kJ de calor se transfieren
reversible e isotrmicamente a un sistema (a) a 0 oC y (b) a 100 oC.
45. Una muestra de Al(s) de masa 1.75 Kg, se enfria a presin constante desde
300 K a 265 K. Cunto calor debe extraerse de la muestra? Calcular el cambio
de entropa para el proceso.
46. Se expanden isotrmicamente 25 g de CH4(g) a 250 K desde 18.5 atm a 2.5
atm. Calcular el cambio de entropa para el proceso suponiendo un
comportamiento ideal del gas.
47. Se comprime en forma isotrmica una muestra de un gas ideal que
inicialmente ocupa un volumen de 15.0 dm 3 a 250 K y 1 atm. A qu volumen
debe comprimirse el gas para lograr un descenso de 5.0 J K -1 en su entropa?
48. La cantidad de calor requerida para vaporizar un mol de CHCl 3(l) a 334.88 K
(su punto de ebullicin normal) es 29.4 K J mol -1. Calcular la entropa molar de
vaporizacin a 334.88 K.
49. Se dice que los organismos vivos violan la II ley porque crecen y maduran
creando estructuras altamente ordenadas. Es esto verdad? Explicar.
50. El calor molar de vaporizacin del Ar en el punto normal de ebullicin
(87.3K) es 1.56 Kcal/mol a) Calcule S cuando se vaporiza un mol de Ar a
87.3K y 1 atm. b) Calcule S cuando se condensan 5 g. de Ar(g) a 87.3 y 1 atm.
51. Calcule S cuando 1.00 mol de vapor de agua inicialmente a 200 0C y 1.00
bar efecta un proceso cclico con Q= -145 J.
52. Calcule S en la mezcla de 10.0 g de He a 120 0C y 1.50 bar con 10g. de O2
a 1200C y 1.50 bar.
53. La capacidad calorfica del oro slido est dada por la expresin
Cp= 25.69 7.32x10 T + 4.58x10 T J/molK
-4 -6 2
cal mol-1K-1
68. - Tres moles moles de un gas ideal se expanden libremente a 300K desde
un volumen de 100 a otro de 1000 litros. Cuales son los valores de G y A?.
Dependencia de G de la T
74. - Suponiendo que se pueden despreciar las interacciones atractivas entre las
partculas de los gases, encontrar la expresin para la fugacidad de un gas de
van der Waals en funcin de la presin y estimar su valor para el NH 3 a 12.00
atm. y 298.15 K.
Avance de la Rx
83. - Una solucin acuosa contiene 20 g. de glucosa por litro. Suponiendo que la
solucin es ideal. Calcular la presin osmtica a 250C.
86. - La presin de vapor del agua a 110 0C es 1074.6 torr. Calcule la presin de
vapor a esta temperatura de una disolucin al 3% en peso de sacarosa
(C12H22O11) en agua. Indique cualquier aproximacin que haya necesidad.