Fisico Quimica i Ing. Coca

INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I

Resolver los siguientes problemas:

1. Indique, justificando, cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles son extensivas:

PROPIEDADES INTENCIVAS: En el caso de las propiedades intensivas, estas no dependen de la cantidad de materia en una sustancia o cuerpo. Permite las sustancias, este no depende de la cantidad de sustancias o del tamaño de la cantidad de sustancias del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inalterable al sub-dividir el sistema inicial en varias sub-sistemas.

PROPIEDADES EXTENCIVAS: Son aquellas que si dependen de la cantidad de materia en una sustancia. Por ejemplo cuando hablamos del volumen de un cuerpo veremos que este varía dependiendo si tiene más o menos masa

a) concentración (kg mol/cm3) propiedad intensiva

b) flujo (mol/h) propiedad extensivac) velocidad (kg./seg) propiedad extensivad) volumen específico (pie3/lbm) Propiedad extensivae) entalpía específica (J/kg.)

Propiedad intensiva f) elevación (m) propiedad extensivag) fracción molar (mol/mol)

Propiedad intensiva

h) velocidad de transferencia de calor

(kcal/hr) propiedad extensiva

2. Los pedazos de desechos de polietileno, que tienen la fórmula química (C2H4)n, y que suelen ser bolsas, tubos de plástico, botellas y envases de comida, se trituran y se queman totalmente con una cantidad estequiometria de aire (ver figura). De esta forma, la ecuación que representa esta reacción, haciendo n = 1 (sin pérdida de generalidad), es

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

FISICOQUIMICA I

1


(a) ¿Qué volumen de aire que entre un poco por arriba de la presión atmosférica,digamos a P = 103 000 Pa y 25°C, se necesita para quemar 3 kg de desechos?

P=103000 PaT=25 °CT=C+273° KT=25+273 ° KT=298 ° K

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

N=3

28=0.107mol 0.107 0.321 0.214 0.214

100% 0.32121% X= 0.067

PV=nRT

V=nRTP

V=(0.067mol)(8.314

Pa∗m3

mol° k)(298° k )

103000PaV=0.0016m3=1.6 Lt

(b) ¿Qué volumen de gas de chimenea (gas de salida) a 227°C y 0.9 atm sale delquemador por cada 3 kg de desechos quemados?

SOLUCION:

P=0,9atmT=227 ° CT=227+273 ° K=500 ° K

C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

PV=nRT

V=nRTP

V=(0.428mol)(0.082

atm∗Lmol ° k

)(500° k )

0.9atmV=19.497<¿

FISICOQUIMICA I

2


3. Dos recipientes de vidrio están unidos por un tubo de volumen despreciable. Uno de ellos tiene un volumen cuatro veces mayor que el otro. En el interior de ambos recipientes hay aire que puede considerarse como un gas ideal a una presión de 1000 torr y una temperatura de 0ºC. ¿A qué presión se encontraría el aire si el recipiente pequeño se mantiene a 0ºC, mientras el grande se calienta hasta 50ºC?

Solución:

- Para el recipiente pequeño - =RTn

Donde T1= 0°C =273KP1*V1=R*T1*n1

- Para el recipiente grande

Donde T2= 50°C =323KP2*V2=R*T2*n2

La presión es la misma porque están conectados por un tubo P=P1=P2 V2=4V1

Hallamos el número de moles totales

nt= n1 + n2 = P∗V 1

R∗T 1

+ P∗4V 1

R∗T 2

= P∗V 1

R *(

1T1

+ 4T2

) ……….

(1)

- Para ambos recipientes

P0 =1000 torr n=P0∗V 0

R∗T 0

= P0∗5V 1

R∗T 0 ………. (2)

V0 = 5V1

Igualamos (1) y (2)

P0∗5V 1

R∗T 0 =

P∗V 1

R *(

1T1

+ 4T2

)

P= 5*P0

T 0

*(1T1

+ 4T2

)-1

P=5 * 1000torr

273 K *(1

273K +

4323K

)-1

P= 1141.3 torr

FISICOQUIMICA I

V2 = 4V1

V1

3


4. Deseamos vender oxígeno en pequeños cilindros (0,5 ft3) con un contenido de 1,0 lb

de oxígeno puro. Si los cilindros pueden estar expuestos a una temperatura máxima

de 120°F, calcule la presión para la que deben diseñarse, suponiendo una ley de

comportamiento de gas ideal. El fabricante de los cilindros estará en Singapur, por lo

que, por favor, dé su respuesta en pascales.

P.V=nRT

*n= wPM

Aire =n mol

n=453.59gr32gr .mol

n=28.35

*T=120°F

T=120° F−32

1.8+273.03

T=322.03K

*Convirtiendo pie3

1 → 0.014158425m3

0.5 → VV=0.014158425 m3

P.V=nRT

P=

28.35mol∗8.314472[ Pa∗m3

mol∗K ]∗322.03 K

0.01415842m3

P= 5361287.855Pa

FISICOQUIMICA I

4


5. Un matraz de 11 litros contiene 20 g de neón y un peso desconocido de

hidrógeno. La densidad del gas se encuentra que es 0,002 g/cm3 a 0°C.

Calcular el peso molecular medio y el número de gramos de hidrógeno

presentes, y también la presión

SOLUCION:V=11LW=20gr

D=0,002gr

cm3

Gas De Salida M (g/mol) W (g) n (mol) Y1

Ne 20 20 0,990,991.99

=0.497

H 2 2 2 1.01

1,99=0,50

n total : 1.99 Y1=0,997

PESO MOLECULAR PROMEDIO:M=∑ yi∗MiM=(0,497∗20 )+(0,50∗2)M=9,94+1M=10,94HALLANDO LA PRESION:PV=nRT

P=nRTV

P=(1,99mol)(0,082

atm Lmol ° k

)(273 ° k)

11LP=4,05atm

FISICOQUIMICA I

5


6. El gas acetileno se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, según la

siguiente reacción:

CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca (OH)2 Se pueden conseguir con una libra de carburo en una lámpara de acetileno que quema 2 pies3 de gas por hora.

1pie3 equivale a 1 libra de gas por eso se menciona libras por pie cubicoPor lo tanto utilizando la regla de tres simple obtendremos: Si en 1 hora se quema 2 pies cívicos de gas de acetileno (quiere decir que tenemos 2 libras de acetileno) entonces teniendo 1 libra de carburo de calcio obtendremos una libra de acetileno eso quiere decir que si en una hora se quema 2 libras de acetileno entonces una libra se quemara en tan solo 30 minutos.

7. A nivel del mar y a 350 K se infla un globo con vapor de agua. Se produce el

ascenso del globo hasta una altura en que explota debido a algún fenómeno

físico. Determinar, ¿cuál es ese factor? La temperatura se asume invariable

debido a la rapidez del fenómeno. Masa del vapor: 36 g. Diámetro máximo del

globo: 4m.

P= 1 atmT=350K rm=36 gr

n=mPM

= 36 gr

18gr /mol=2 mol

PM (H2O)=18 gr /mol

r=2m (radio) V= 43π r3

- Calculamos el volumen del globo

V= 43π (2m)3

= 113.1 m3 =1131*105 cm3

- Calculamos la presión

PV=RTn

P=RTnV

=82.06

cm3∗atmmol∗K

∗350 K∗2mol

1131∗105 cm3

P=5.08*10-4atm

Respuesta: cuando la presión disminuye se da que el globo llega a explotar.

FISICOQUIMICA I

6


8. La temperatura de una habitación en una mañana de invierno es de 10ºC.

Después de encender la estufa su temperatura se eleva hasta 20ºC, Si el

volumen de la habitación es de 50 m3 y la presión en ella es de 97 kPa.

¿Cuánto habrá variado la masa de aire en esa habitación?

Trabajando con 10°C P.V= T=10°+273K=283K

97KPa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3

mol∗K¿ *283K

97*1000Pa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3

mol∗K¿ *283K

485000Pa=n*8.314472 [Pa∗¿mol∗K

¿ *283K nRT

2061.202mol=n

n=wPM

PM=29 29*n=W29*2061.202mol=W1

W1=59.77kg

Trabajando con 20°C P.V=nRT T=20°+273K=293K

97KPa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3

mol∗K¿ *293K

97*1000Pa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3

mol∗K¿ *23K

485000Pa=n*8.314472 [Pa∗¿mol∗K

¿ *293K

485000=n*2436.141990.85mol=n

n=wPM

PM=29 29*n=W29*1990.85mol =W1

W2=57.734Kg

Sacando la diferencia de Masa (W) ∆W=59.77kg-57.734Kg∆W =2.036Kg

FISICOQUIMICA I

7

H2O


9. En un cilindro metálico (material poco susceptible a la dilatación) se tiene 50

l de agua, con un nivel equivalente al borde superior del cilindro, a la presión

atmosférica y a temperatura ambiente. En estación de verano la temperatura

se incrementa entre la mañana y la tarde en 10ºC, se desea saber si se pierde

líquido o no, y en ambos casos justifique cuantitativamente su respuesta. (

= 1,7 * 10-4 K-1)

V=50 LP=1atm

T=25 °C=298 ° K

∝=1,7∗10−4K−1

∝= 1V ( dvdt )P

PV=nRT

V=nRTP

( dvdt )P=∝50

dvdt

=8,5∗10−3

∫50

V

dV=∫25

35

8,5∗10−3dT

(V−50 )=8,5∗10−3(35−25)V−50=0,085V=50,085

10. Deducir la ecuación de estado para un fluido cuyos coeficientes térmicos

están dados por:

FISICOQUIMICA I

8


α= 1T [1− b

V ] y κ= 1P [1− b

V ]

α= 1T [1− b

V ] y κ= 1P [1− b

V ]Coeficiente de expansión térmica

α= 1V ( ∂Y∂T )

P

Coeficiente de comprobavilidad isotermica

K= 1V ( ∂V∂P )

T

Si despreciamos la variación de α y la presion

( ∂ P∂T )

V ( ∂T∂V )

P( ∂V∂ P )= -1

Despejando:

( ∂ P∂T )

V

= −1

( ∂T∂V )P( ∂V∂P )

T

=

1V ( ∂V∂T )

P

1V ( ∂V∂ P )

K

Entonces queda:

( ∂V∂P )T

= αK

K∂ P=α ∂T

FISICOQUIMICA I

9


INTEGRANTES

FISICOQUIMICA I

1 CONDOR MORALES, Doris

2 TANG ANCIETA, LI

3 NIETO HUARAC, Eduardo

4 ESQUIVEL SIFUENTES, BETSAVELL

10

Fisico Quimica i Ing. Coca

Documents

Transcript of Fisico Quimica i Ing. Coca