Ejercicios de Aplicación Química
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AÑO DE LA DIVESIFICACION PRODUCTIVA Y DEL FORTALESIMIENTO DE LA EDUCACION”
ESCUELA PROFECIONAL: INGENIERIA QUIMICA INDUSTRIAL
TEMA:
CÁTEDRA : QUIMIVA II
PRESENTADO A : Ing. MENDOZA SANCHES ,Juana Maria
ESTUDIANTES : VELARDE HUINCHO, Danhia Ayme
SEMESTRE : II
EJERCICIOS DE APLICACIÓN QUÍMICA
U N I V E R S I D A D N A C I O N A L
D E L C E N T R O D E L P E R Ú
FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA
EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA
HUANCAYO-PERÚ
2015
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EJERCICIOS DE TERMODINAMICA
01. Cierto gas sufre una expansión por lo que varia su volumen de 1.8 x 104 a 4.7 x 10-4 m3 pero mantiene una precion constante de 3.05 x 105 Pa .si lo anterior fue consecuencia de haber suministrado 30Cal calcular:DATOS:Q=30 CalPr=3.05 x 105 Vi=1.8 x 10-4 m3 Vf= 4.7 x 10-4 m3
SOLUCION:
a) Trabajo desarrollado por el sistema
1Cal=4.2 J
Q=30Cal(4.2J1Cal
) =126 J
1 Pa= N/ m2
Tr=Pr(Vf – Vi)
Tr= (3.05 x 105 N/ m2 )x( 4.7 x 10-4 m3 - 1.8 x 10-4 m3 )
Tr= (3.05 x 105 N/ m2 ) x 2.9 x 10-4 m3
Tr=86.45 N/ m
Tr= 88.45J
b) La variación de la energía interna que experimento
DE= Q –TrDE=126J – 88.45JDE=37.55J
02. Un mol de un gas ideal realiza 3000J de trabajo sobre su entorno cuando se expande de manera isotérmica a una precion final 1.00 atril y volumen 250L.a) determine el volumen inicial W= -n x R x T x Ln(Vf/Vi)W= -Pf x Vf x Ln(Vf/Vi)Vi= Vf x exp( W/(PF x Vf)Vi= (0.0250) x exp(-3000/0.0250 x (1.013 x 105 ))Vi=0.00765 m3
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b) determine la temperatura de gas T=(P x V)/n x R
T=(1.013 x 103 Pa x 0.0250)/(1.00 mol x 8.314J/Kmol) T= 305 K Kelvin
305 K
Celsius
305-273 32°C
03. Como fluido de trabajo 0.50 moles de un gas ideal y opera entre las temperaturas 253 K y 300 K. Los volúmenes máximo y mínimo del ciclo son 40 litros y 20 litros respectivamente. Suponga que todas las etapas de este ciclo son reversibles. Dato: R= 8,314 kJ/(K⋅kmol).
A)Determine las coordenadas volumen específico, presión y temperatura
de todos los puntos notables del ciclo.
B)Sabiendo que el coeficiente adiabático del gas es 1.4, calcule el calor
y el trabajo asociado a cada etapa del ciclo y determine su eficiencia.
C)Calcule el índice politrópicode un proceso termodinámico que una
directamente el punto de mayor presión con el punto de menor presión
de este ciclo.
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04. Un gas ideal de coeficiente adiabático γ= 1.4 con un volumen específico inicial de 0.008 m3/mol se somete a un calentamiento isocórico que hace variar su presión entre 2.65 bar y 4.20 bar. Seguidamente el gas se expande adiabáticamente hasta un volumen adecuado, y por último se somete a una compresión isoterma hasta que recupera su volumen específico inicial. Se pide:
A) Dibuje esquemáticamente en forma cualitativa los procesos sufridos por este gas en un diagrama p–v.
B) Determine presión, volumen y temperatura del punto común del proceso adiabático y del proceso isotermo sufrido por el gas. Dato: R= 8,314 J/(K⋅mol)
C) Determine el rendimiento del ciclo termodinámico que ha descrito el gas.1A) Dibuje esquemáticamente en forma cualitativa los procesos sufridos por este gas en un diagrama p–v.
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Apartado B)
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EJERCICIOS DE LA ECUACION DE GIBSS
01. Los calores molares de función y vaporización del benceno son 10.9KJ/mol y 31KJ/mol respectivamente. calcule cambios de entropía para las transacciones de solido- líquido y líquido – vapor para el benceno. A 1atm de presión, el benceno se funde a 5.5°c y hierve a 80.1°c.
DG0 = 0DG0 =0=DH - TDSDS = DH/Ta) El cambio de entropía para fundir 1 mol de benceno a 5.5°C
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DSfus = HT
DS = (10.9KJ/mol)(1000J/KJ)(5.5+273)KDS = 39.1 J/Kmol
b) El cambio de entropía para hervir una mol de benceno a 80.1°C
DSvap =DH/TDSvap = (31.1 KJ/mol)(1000J/KJ)(80.1 + 273)KDSvap = 87.8J/Kmol
02. Quemamos 25 g de octano a volumen constante desprendiéndose 1200 kJ. ¿Cuál será DU y DH en la combustión de 3 moles de octano a 25 ºC?
M(C8H18) = 114 g/mol
25 g 3·114 g¾¾¾ = ¾¾¾ Þ Q = 16416 kJ 1200 kJ Q
DU = QV = –16416 kJ
Combustión: C8H18 (l) + 25/2 O2(g) ® 8 CO2(g) + 9 H2O(l)
Dn = 8 – 25/2 = –4,5 mol de gases por cada mol de octano. Como se queman 3 moles de octano, Dn = 3·(–4,5 mol) = –13,5 mol
DH = DU + Dn·R·T = –16416 kJ –13,5 mol·8,31 J·mol·K–1 ·298 K
DH = –16449 kJ
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03. Calcule la DG° para el siguiente proceso a 25°c
BaF2(s)Ba2+ + 2F- Kps=1.7 x 10-6
DG° = - R x T x Ln(Kp)
DG° = - (8.314KJ/mol)x (298K) x Ln(1.7 x 10 -6 )
DG° = - -32.91 KJ/mol
04. La constante de equilibri (Kp)para la reacción H2(g) +CO2(g) H2O(g) + CO(g)
es de 4.4 a 2000K.a) calcule DG° para le reacción
DG° = - R x T x Ln(Kp)DG° = -(8.314J/mol K)(2000K)Ln(4.4)DG° = - 2,464 x 104 J/molDG° = -24.6 KJ/mol
b) calcule DG para la reacción cuando las presiones parciales son P H2=0.25atm , P CO2 =0.78 atm , PH2O=0.76 atm y PCO=1.20 atm
DG =DG0 + R x T x Ln(Qp)
DG0 = -24.6 KJ/mol
Donde Qp:Qp = (PH2O x PCO)
(PH2 x PCO2 )
Qp = (0.66 atm x 1.20 atm)
(0.25 atm x 0.78 atm)
Qp = 4.062
DG =DG0 +R x T x Ln(Qp)
DG =(-24.6 KJ/mol) + (8.314J7molK) x (Ln(4.062)
DG =(-24.6 KJ/mol) + (2.331 x 104 J/mol)
DG = - 1.33KJ/mol
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05. a)Calcule DG° y Kp para la siguiente reacción en equilibrio a 25°c . los valores deD G°f son 0 para el Cl2 , -286KJ/mol para el PCl3 y -325KJ/mol para PCl5
PCl5PCl3 +Cl2b)calcule DG para la reacción si las precionesparciales de la mescla inicial son P PCl5 =0.0029 atm ,P PCl3 =0.27 atm y P Cl2=0.40 atm
a) SOLUCION DG°reac =DG°f [PCl3(g)] + DG°f [Cl2(g)] – [DG°f [PCl5(g)] DG°reac = (1) x (-286KJ/mol) + (1) x (0) – (1) x (-325 KJ/mol DG°reac = 39 KJ/mol
Kp=e−G° /RT
Kp=e(−3.9 x 1000J
mol)/(8.314 J 7 Kmol)(298K )
Kp=e−16
Kp=1 x 10-7
b) SOLUCION
DG =DG0 + R x T x Ln (Qp)
Qp= (P PCl2 x P Cl2 ) (P PCl2)Qp=0.27 atm x 0.40 atm) / 0.0029atmQp=37
DG =DG0 + R x T x Ln (Qp)DG =(39 x 103 )+ (8.314 J/Kmol)(298K)(Ln(37)DG =48KJ/mol
06. Calcula el calor de formación a presión constante del CH3–COOH (l) (ácido acético) si conoces que los calores de combustión del C (s), H2 (g) y CH3–COOH) (l) son respectivamente –393,13, –285,9 y –870,7 kJ/mol.
(1) C (s) + O2 (g) ® CO2 (g) ; DH = –393.13 kJ
(2) H2 (g) + ½ O2 (g) ® H2O (l) ; DH = –285,9 kJ
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(3) CH3–COOH (l) + 2 O2 (g) ® 2 CO2 (g) + 2 H2O (l);
DH = –870,7 kJ
La reacción de formación:
2 C(s) + 2 H2(g) + O2(g) ® CH3–COOH(l) puede considerarse como:
2 x (1) + 2x(2) – (3)
DH = 2·(–393.13 kJ) + 2·(–285,9 kJ) – (–870,7 kJ)
DHf = –487,36 kJ/mol
07. Indica si la reacción de combustión del acetileno es espontánea a 25 ºC. Datos: DGf
0 [C2H2(g)] = 209,9 kJ/mol: DGf0 [O2(g)] = 0 kJ/mol;
DGf0 [CO2(g)] = -394,4 kJ/mol; DGf
0 [H2O(l)] = –237,2 kJ/mol.
C2H2(g) + 5/2 O2(g) ® 2 CO2(g) + H2O(l)
DG0 = S np DGf0 (productos) – S nr DGf
0 (reactivos)
DG0 =2 · (–394,4 kJ) + (–273,2 kJ) – 209,9 kJ = –1271,9 kJ
DG comb0 (acetileno) = –1271,9 kJ/mol
08.
Determine la energía libre de Gibbs a 25ºC para la reacción de combustión de1 mol de monóxido de carbono, e indique si es o no un proceso espontáneo.
CO(g) + ½ O2(g) ® CO2(g)
Hallando su entalpia
DH = S np·DHf(prod) – S nr·DHf(react) = –393,5 kJ – (–110,5 kJ) = –283 kJ
DH0 f (kJ·mol–1 ) S0 (J·mol–1 ·K–1 )CO2(g) –393,5 213,6
CO(g) –110,5 197,9O2(g) 205,0
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Hallando su entropia
DS0 = S n p· S0 productos – S nr· S0 reactivos
DS0 = 213, 6 J/K–1 – (197,9 J·K–1 + ½ (205,0 J·K–1 ) = –86,8 J·K–1
Hallando la energía libre
DG = DH – T· DS ; 0 = –283 kJ – 298 K·(–86,8 J·K–1 ) = –257,1 kJ,
Luego se trata de una reacción espontánea.
09. Determina la variación de entropía en la reacción: H2 (g) + ½ O2 (g) DH2O (l). Datos: S0 [H2(g)] = 130,7 J/molK; S0 [O2(g)] = 204,8 J/molK; S0 [H2O(l)] = 69,8 J/molK.
H2 (g) + ½ O2 (g) ® H2O (l)
DS0 = S np· S0 (productos) – S nr · S0 (reactivos)
DS0 =69,8 J/K –(130,7 J/K + ½ · 204,8 J/K) = –163,3 J/K
DS0 (agua líquida) = –163,3 J· mol–1 ·K–1 .
10. Calcular la temperatura de equilibrio (DG0 = 0) para la reacción: 2 SO3 Á 2 SO2 (g) + O2 (g): Datos: DH0 f (kJ/mol): SO3: –395,8; SO2: –296,4; S0 (J/mol·K): SO3 (g): 256,2; SO2 (g): 248,5; O2 (g): 204,8. (pasctr)
2 SO3 Á 2 SO2 (g) + O2 (g)
DH = S np·DHf(prod) – S nr·DHf(react) = 2·(–296,4 kJ) – 2·(–395,8 kJ) = 198,8 kJ;
DS0 = S np· S0 productos – S nr· S0 reactivos =
DS0 = 2·248,5 J·K–1 + 204,8 J·K–1 – (2·256,2 J·K–1 ) = 189,4 J·K–1
DG = DH – T· DS ; 0 = 198800 J – T· 189,4 J·K–1 Þ K
11. La consante de equilbrio Kp para la reacción CO(g) + Cl2COCl2(g) es de 5.62 x 1035 a 25°c . calcule D°GF para COCl2(g) a 25°C.
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D G°= -R x T x Ln(Kp)
DG°= - (8,314J/K mol ) x (298K) x Ln(5.62 x 1035 ) DG°= -2,04 x 105 J/ mol DG°= -204 KJ/mol
DG°¿∑❑
❑
n .DG°f(Productos) −∑❑
❑
n .DG°f(Reactivos)
-204 KJ/mol = (1) DG°f [COCl2(g)]- [1.1373 KJ/mol + 1.(0) ]
DG°f [COCl2(g)] = -341 KJ/mol