Guía nº3 Fisicoquímica I Químico Industrial

Profesor: Milton Aravena N.

1- ¿Cuál es la eficiencia máxima posible de una máquina térmica conectada a una reserva de agua hirviendo bajo presión a 125°C y una reserva fría a 25°C?

2- Considere una máquina de vapor que usa focos a 800 y 0°C:a) Calcule el máximo rendimiento posible.b) Si Qc es 1000J halle el máximo valor del trabajo y el mínimo valor de Qf.

3- El helio líquido ebulle a unos 4°K y el hidrógeno líquido a unos 20°K. Determine la eficiencia de una máquina reversible que opera entre dos reservas a estas temperaturas.

4- Si queremos la misma eficiencia del ejercicio anterior para una reserva fría a temperatura ambiente. ¿cuál debe ser la temperatura de la reserva caliente?

5- Una máquina térmica basada en el ciclo de Carnot efectúa un trabajo de 2,5KJ por ciclo y tiene un rendimiento de 45%. Calcule Qc y Qf para un ciclo.

6- A la temperatura de ebullición 35°C, el calor de vaporización del MoF6 es 25,1KJ/mol. Calcule ∆S de vaporización.

7- El calor molar de vaporización del Ar en el punto normal de ebullición (87,3°K) es 1,56Kcal/mol:a) Calcule ∆S cuando se vaporiza 1 mol de Ar a 87,3°K y 1 atm.b) Calcule ∆S cuando se condensan 5,00g de Ar líquido a 87,3°K y 1 atm.

8-a) A la temperatura de transición 95,4°C, el calor de transición de S rómbico a

mono cíclico es de 0,38KJ/mol. Determine la entropía (S) de transición.b) En la temperatura de fusión, 119°C, el calor de fusión del S mono cíclico es

de 1,23KJ/mol. Calcule la entropía (S) de fusión.c) Determine ∆S del proceso que convierte el S rómbico en S fundido (Cp

Azufre 730 J/KgK )

9-a) ¿cuál es la variación de entropía (S) si 1mol de agua se calienta a presión

constante desde 0°C hasta 100°C, Cp= 75,291J/molK.b) La temperatura de fusión es 0°C y el calor de fusión es 6,0095KJ/mol. La

temperatura de ebullición es 100°C y el calor de vaporización es 40,6563KJ/mol. Calcule ∆S para la transformación desde hielo a 0°C y 1atm a vapor a 100°C y 1atm.

10- Un mol de gas ideal se expande isotérmicamente hasta duplicar su volumen inicial:a) Calcule ∆Sb) Calcule ∆S si se duplicara isotérmicamente el volumen de 5 moles de un gas

ideal.

11- Un mol de gas ideal a 25°C y 1atm, se transforma a 40°C y 0,5atm. En la transformación se producen300J de trabajo. Si Cv= 3/2 R, calcule Q, ∆U, ∆H y ∆S.

12- Halle ∆S cuando 2 moles de O2 se calientan de 27 a 127°C a una P constante de 1atm Cp= 3,5R.

13- Determine el aumento de entropía de nitrógeno gaseoso cuando se calienta desde 27°C hasta 1227°C a 1atm de presión Cp= 6,449 + 1,417T – 0,0807T2.

14- Vapor de Hg a 357°C y 1atm de presión se calienta hasta 550°C y se incrementa su presión hasta 5atm. Calcule el cambio de entropía (S) considerando el vapor como gas ideal.

15- Calcule el cambio de entropía (S) del sistema, de los alrededores y del universo para la transición a 368°K de un mol de azufre mono cíclico a rómbicos si ∆H=-96,01cal/mol. Suponga que los alrededores están en un baño de agua/hielo a 0°C.

16- En un vaso dewar se agrega 20,0g de hielo a -5°C a 30g de agua a 25°C ¿Cuál es el estado final del sistema? Calcule ∆S para la transformación.Datos: Cp(agua):4,18J/gK ; Cp(hielo): 2,09J/gK

17- Calcule el cambio de entropía en cada caso del problema anterior.

18- Señale si Q, W, U y S son cero, positivos o negativos en cada etapa de un ciclo de Carnot.

19- Clasifique los siguientes procesos como reversibles o irreversibles:a) Congelación del agua a 0°C y 1atmb) Congelación de agua superenfriada a -10°C y 1atm.c) Combustión de carbón en oxígeno para dar CO2 a 800°k y 1atm.d) Rodar una pelota sobre el suelo con fricción.e) Expansión adiabática de un gas en el vació.f) Aumento infinitamente lento de la presión con un pistón sin rozamiento de una mezcla en equilibrio N2, H2 y NH3 con el consiguiente desplazamiento del equilibrio.

Guía nº4 Fisicoquímica I Químico Industrial

Profesor: Milton Aravena N.

1- La densidad del agua es 0,9998g/mL y la densidad del hielo es 0,9170g/mL. Si ∆Hfus= 6,009KJ/mol a 25°Cy 1atm ¿a qué presión fundirá el hielo a -1°C?

2- La presión de sublimación del CO2 es 1008,9torr a -75°C y de 438,6torr a -85°C. Calcule ∆H de sublimación y el punto normal de sublimación.

3- El naftaleno tiene una presión de sublimación de 0,0109torr a 25,6°C y 0,0537torr a 21°C. Calcule el calor de sublimación y la presión de sublimación en un closet cerrado a 78°F. El closet mide 8,3m x 0,9m x 2,2m.

4- La presión de vapor de agua a 25°C es 23,7torr. Calcule ∆G del proceso. H2O(líquida) H2O(gas) suponiendo comportamiento ideal. Calcule ∆G en cada caso y total.

5- Calcule el calor de vaporización y el punto de ebullición normal de Hg a partir de los siguientes datos:

T°C 300 320 340 350 352 354 356P torr 246,8 376,3 577,9 672,9 697,8 723,7 750,4

6- Determine el calor de vaporización a 25°C de agua para los siguientes datos de

presión de vapor:T°C 20 21 22 23 24 25 26 27 29

P mmHg

17,53

18,65 19,38 21,07 22,40 23,80 25,20 26,70 30,00

7- En la transición S(rómbico) S(mono cíclico) S>0. La temperatura de la transición aunmenta con la presión. ¿Cuál es más denso, Srom. o Smono?.

8- El calor de vaporización del agua es 40670J/mol en el punto normal de ebullición. La presión barométrica en una ciudad es de 620torr:a) ¿Cuál es el punto de ebullición del agua en esa ciudad?b) ¿Cuál sería con una p=3atm?

9- Calcule ∆S en la mezcla de 10g de He a 120°C y 1,5bar con 10g de O2 a 120°C y 1,5bar.

10- Calcule la entropía de mezcla de 3 moles de H2 con un mol de N2

11- Calcule ∆G, ∆S y ∆A del universo para cada proceso:a) Fusión reversible de 36g de hielo a 0°C y 1atm (Cp= 79,7cal/g)b) Vaporización reversible de 39g de benceno en su punto de ebullición normal

(80,1°C y 1atm).

12- Calcule ∆G cuando 1mol de vapor de agua inicialmente a 200°C experimenta un proceso cíclico para el que W= 145.

13- Calcule ∆G para el cambio de estado de un gas ideal desde 28,5L; 400°K hasta 42,0L; 400°K.

14- La energía de Gibbs estándar del NH3 a 25°C es -16,5KJ/mol. Calcule el valor de la energía molar de Gibbs. (∆µ).

15- Considere 2 gases puros A y B cada uno a 25°C y 1atm. Calcule ∆G de mezcla para:a) Mezcla de 10 moles de A y 10 moles de Bb) Mezcla de 10 moles de A y 20 moles de B

16- Para el O3 a 25°C, ∆Gf°= 163,2KJ/mol. Calcule la K de equilibrio para la reacción 3 O2(gas) ↔ 2 O3(gas)

17- A 800°K se mezclan 2 moles de NO con 1mol de O2. La reacción

2NO(gas) + O2(gas) ↔ 2NO2(gas) llega al equilibrio con la presión total de 1atm. En el equilibrio hay presentes 0,71mol de O2.a) Calcule la K de equilibriob) Calcule ∆G a 800°K

18- Calcule ∆G para la expansión de isotérmica de un gas ideal desde 2atm hasta 50atm.

19- Calcule ∆A para la expansión de isotérmica de 1mol de gas ideal desde 10L hasta 40L.

20- La densidad del diamante es 3,52g/cc y la del grafito es 2,25g/cc. La energía de Gibbs de formación del diamante a partir del grafito es 2,9KJ/mol. ¿Qué presión debe aplicarse para que diamante y grafito se encuentren en equilibrio?

21- Un mol de gas ideal se encuentra inicialmente a 300°K y 1atm. Cv=3/2R. Calcule ∆H y ∆S si:a) El gas se calienta a 400°K a V=cte.b) El gas se calienta a 400°K a P=cte= 1atm.c) El gas se expande isotérmicamente y reversiblemente hasta que la presión

disminuye a 0,5atm.

22- Indique si ∆A y ∆G son cero, positivos o negativos:a) Fusión reversible del benceno sólido a 1atm en el punto de fusión normal.b) Fusión reversible del hielo a 1atm y 0°C.

23- Indique cual es la diferencia entre Kp y Qp para una reacción en fase gaseosa.