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

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

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.

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.

Apartado B)

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

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

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

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

(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

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.

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