Escuela Ingeniera Qumica Pontificia Universidad Catlica de Valparaso

General Cruz #34, Casilla 4059, Valparaso, Fono: 56.32.2274181, FAX: 56.32.2273807, E-Mail: alvaro.aracena@ucv.cl

GUA DE EJERCICIOS N1 TERMOQUMICA Y APLICACIONES EN METALURGIA

Profesor : Alvaro Aracena, Dr. Eng. Ayudante : Gonzalo Puebla, Estudiante ICME Fecha : 06 de Marzo de 2014

1. Calcule el calor estndar de formacin del slido PbO desde Pb lquido y O2 gaseoso a 527C. El punto de fusin del plomo es 327C y el calor especfico a presin constante del Pb es de 7.75-0.7410-3 T cal/grado/mol.

2. El Fe2O3, PbO y Cu2O presentes en una tostacin a muerte de minerales de estao reaccionan de acuerdo con las siguientes ecuaciones, durante la lixiviacin con 1.11 M HCl a 25C.

Fe2O3 + 6HCl (50 H2O) = 2FeCl3 (150 H2O) + 3H2O PbO + 2HCl (50 H2O) = PbCl2 (100 H2O) + H2O

Cu2O + 2HCl (50 H2O) = 2CuCl (50 H2O) + H2O

Calcule el calor del proceso de lixiviacin a 25C por kg de mineral, asumiendo que el SiO2 y SnO2 presentes en el mineral no afectan durante la lixiviacin.

Dado lo siguiente: i) Composicin de la tostacin a muerte del mineral de estao es 10% Fe2O3, 5% PbO, 5% Cu2O, 15% SiO2 y el resto SnO2 ii) Los calores estndar de formacin del Fe2O3, Cu2O, PbO, FeCl3 (150 H2O), CuCl (50 H2O), PbCl2 (100 H2O), H2O, HCl (50 H2O) a 25C son -196.3, -40.0, -52.4, -92.0, -30.9, -83.2, -68.32 y -17.4 kcal/mol, respectivamente.

3. La transformacin de fase en hierro puro puede ser presentado como:

1033K 1183K 1673K 1812K -Fe(s) -Fe(s) -Fe(s) -Fe Fe

Calcule la entropa estndar del hierro puro a 1627C si esta entropa estndar a 25C es 6.50 cal/grado/mol.

Datos: Cp,-Fe(s) = 4.18 + 5.9210-3 T cal/grado/mol

Cp, -Fe(s) = 9.0 cal/grado/mol Cp, -Fe(s) = 1.84 + 4.6610-3 T cal/grado/mol Cp, -Fe(s) = 10.50 cal/grado/mol

Cp, Fe(s) = 10.0 cal/grado/mol -Fe(s) -Fe(s) ; H1033=2761.4 J/mol -Fe(s) -Fe(s) ; H1183=899.6 J/mol

-Fe(s) -Fe ; H1673=690.4 J/mol -Fe Fe ; H1812=15355 J/mol

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4. Pequeas gotas de Au son solidificadas por una cantidad mxima de aproximadamente 230C. Cual es el cambio entrpico asociado con la solidificacin isotrmica de 1 g-atmico de tal oro solidificado? Cul es el cambio antrpico de los alrededores si se asume un remanente a la misma temperatura como la del oro solidificado? Tambin calcule el cambio de entropa total.

Dado:

Cp, Au(s) = 5.0 cal/grado/mol Cp, Au(l) = 7.0 cal/grado/mol

Pto. Fusin Au = 1063C Calor de fusin del Au, Hf = 3050 cal/mol

5. Calcule el cambio de energa libre estndar de formacin de la reaccin siguiente a 527C:

Pb(l) + 1/2O2 = PbO(s)

Datos:

H298, PbO(s) = -2192420 J/K/mol S298, PbO(s) = 67.78 J/K/mol S298, Pb(s) = 64.85 J/K/mol S298, O2(g) = 205.09 J/K/mol

Cp, PbO(s) = 44.35 + 16.7410-3 T J/K/mol Cp, Pb(s) ; 23.55 + 9.7510-3 T J/K/mol Cp, Pb(l) ; 32.43 3.0910-3 T J/K/mol

Cp, O2(g) ; 29.96 + 4.18410-3 T 1.67105 T-2 J/K/mol

6. Determine cul de los siguientes metales pueden ser producidos por la reduccin del sulfuro metlico con el xido metlico a 1000C y 1 atm de presin.

Datos:

Cu2S + Cu2O = 6Cu + SO2 ; G = 28530 + 14.06T logT 70.43T cal PbS + 2PbO = 3Pb + SO2 ; G = 98440 + 16.1T logT 121.14T cal Ni3S2 + 4NiO = 7Ni + 2SO2 ; G = 139800 98.59T cal

7. La presin de vapor del titanio lquido a 2227C es 1.503 mm Hg. El calor de vaporizacin al punto de ebullicin normal del titanio es 104 kcal/mol. Calcule este punto de ebullicin normal.

8. El punto de fusin del galio se encuentra a los 30C a 1 atm. Las densidades del galio slido y lquido son 5.885 y 6.08 g/cm3, respectivamente. El calor de fusin del galio es 18.5 cal/g. Calcule el cambio en el punto de fusin del galio para un aumento de la presin de 1 atm.

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9. Calcule la constante de equilibrio y la presin parcial en equilibrio del oxgeno para la reaccin:

ZrO2 = Zr + O2 ; G = 259940 + 4.33 T logT 59.12 T cal

a 1727C. Tambin, prediga la posibilidad de descomposicin de un crisol de zirconio puro bajo un vaco de 10-5 mm Hg a aquella temperatura.

10. Calcule la constante de equilibrio para la reaccin:

NiO(s) + H2(g) = Ni(s) + H2O(g)

a 750C desde los siguientes datos:

Ni(s) + 1/2O2(g) = NiO(s); G = -58450 + 23.55 T cal H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g); G = -58900 + 13.1 T cal

La hoja de nquel podra ser tostado a 750C en una atmsfera que contiene 95% H2O y 5% H2 por un volumen sin oxidante?

11. Una mezcla de gases de la siguiente composicin por volumen (CO:30%, CO2:10%, H2:10%, y N2:50%) es ingresada a un horno de tratamiento a alta temperatura (927C). Calcule la composicin en equilibrio de la mezcla gaseosa, asumiendo que la presin total en el horno es de 1 atm. Asuma que todos lo gases tienen un comportamiento ideal. Utilice los siguientes datos:

C(s) + 1/2O2(g) = CO(g) ; G = -26700 - 21.0 T cal C(s) + O2(g) = CO2(g) ; G = -94200 - 0.2 T cal H2(g) + 1/2O2(g) = H2O(g) ; G = -58900 + 13.0 T cal

12. Para la extraccin de algunos metales se puede utilizar procesos de volatilizacin a la forma de cloruros, por lo que son de inters sus reacciones de cloracin.

Calcule el cambio de entalpa estndar de la siguiente reaccin a 1100 C:

Cu(l) +1/2 Cl2(g) = CuCl(l) Datos: H298, CuCl(s)= -32000 (cal/mol) Hfusin, Cu = 3100 (cal/mol) ; Tf,Cu = 1083 C Hfusin, CuCl = 2450 (cal/mol); Tf,CuCl = 430 C Hevaporizacin, CuCl = 47545 (cal/mol), Te,CuCl = 1690 C Cp,Cu(s) = 5.41+1.5x10-3T (cal/molK) Cp,Cu(l) = 7.5 (cal/molK) Cp,CuCl(s) = 5.87+19.2x10-3T (cal/molK) Cp,CuCl(l) = 15.8 (cal/molK) Cp,CuCl(g) = 9.05 (cal/molK) Cp,Cl2(g) = 8.82+0.06x10-3T-0.68x105T-2