Compilación: M.C. Yenissei Hernández Castañeda Hernández Castañeda (
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Se recomienda responder adecuadamente las siguientes preguntas antes de resolver los ejercicios propuestos.
1.- ¿Qué es la entalpía?
2.- ¿Cuál es la diferencia entre calor sensible y calor latente?
3.- La capacidad calorífica se utiliza para calcular el calor: a) sensible; b) latente
4.- El calor de fusión se utiliza para calcular calor: a) sensible; b) latente
5.- ¿Qué diferencia existe entre reacciones exotérmicas y endotérmicas?
6.- ¿Es posible que el calor de reacción tenga un valor d e cero? ¿Por qué?
7.- Explique con sus propias palabras que es el calor normal de reacción
8.- Escriba la ecuación que permite calcular el calor normal de reacción a partir de calores normales de formación:
9.- Escriba la ecuación que permite calcular el calor normal de reacción a partir de calores normales de combustión:
10.- ¿De qué habla la ley de Hess?
Conteste correctamente, en forma ordenada y clara. Para aclarar cualquier duda, diríjase con su instructor.
Termofísica 1.- Se enfría agua a 400 kPa y 500 K hasta 200 kPa y 400 K. ¿Cuál es el cambio de entalpía? Use las tablas de vapor. (Himmelblau)
19,013 J/kg
2- ¿Cuál es el cambio de entalpía que ocurre cuando se calientan 5 lb de agua desde hielo a 32°F hasta vapor a 250°F y 1 atm?. Utilice las tablas de vapor. (Himmelblau)
6567 BTU
3.- Se calienta 1 gmol de aire de 400°C a 1000°C. Calcule el cambio de entalpía integrando la ecuación de la capacidad calorífica. También calcule el cambio de energía interna.
H = 19,580 J; U = 14,600 J (Himmelblau
*4.- Calcule el cambio de entalpía (en J/kgmol) que tiene lugar al incrementar la temperatura de 1 kgmol de la siguiente mezcla gaseosa desde 50°C hasta 550°C. (Himmelblau
CH4
80
C2H6
20
*5.- ¿Cuál es el cambio de entalpía de 10 lb de CO2 cuando se calienta de 140°F a 300°F a 1 atm? Aplique la ecuación de la capacidad calorífica del CO2. (Himmelblau
6.- Utilice las tablas de vapor para calcular el cambio de entalpía (en joules) de 2 kgmol de vapor cuando se calienta de 400 K y 100 kPa a 900 K y 100 kPa. (Himmelblau
3.709 X10 7 J
*7.- Una libra mol de un gas tiene la siguiente composición: 20% He, 20% CH4,40% CO2, 20% N2 se calienta de 100°F a 300°F a una presión constante de 1 atm. Encuentre H y U para el proceso. (Himmelblau.
*8.- Un kilogramo mol de NO se calienta a presión constante de 10°C a 600°C. ¿Cuál es el cambio de entalpía? (Himmelblau.
*9.- Calcule el cambio de entalpia en J/kgmol para 2 kg de CO2 que se enfría de 80°C y 2700 kPa a 0°C y 200 kPa. (Himmelblau.
10.- a) ¿Cuántas calorías se requieren para calentar 100 g de cobre (Cp = 0.093 cal/g.K) desde 10°C hasta 100°C?; b) Se agrega la misma cantidad de calor que en a) a 100 g de alumino (Cp = 0.217 cal/g.K) a 10°C. ¿Cuál se calienta más, el cobre o el aluminio?
a) 840 cal; b) el cobre Rosenberg, Química
11.- Cuando se quema 1 kg de carbón de antracita se desprende aproximadamente 7300 kcal. ¿Qué cantidad de carbón se requiere para calentar 4 kg de agua desde la temperatura ambiente (20°C) hasta la temperatura de ebullición (a 1 atm de presión) suponiendo que todo el calor se aprovecha? Rosenberg, Química
44 gramos
12.- Un evaporador está fabricado de acero y pesa 900 kg. El evaporador contiene 400 kg de agua. Suponiendo que el 70% del calor se proporciona al evaporador y al agua, ¿qué cantidad de calor se necesita para aumentar la temperatura del conjunto de 10°C a 100°C? La capacidad calorífica específica del acero es 0.11 kcal/kg.K Rosenberg, Química
64,000 kcal
13.- Se quemaron exactamente 3 g de carbono hasta CO2 en un calorímetro de cobre. La masa del calorímetro es 1500 g y la masa del agua en el calorímetro es 2000 g. La temperatura inicial era de 20°C y la temperatura final de 31.3°C. Calcule el poder calorífico del carbono en joules por gramo. La capacidad calorífica específica del cobre es 0.389 J/g.K 4
3.37 x10 J/g Rosenberg, Química
14.- Calcule la temperatura resultante cuando se mezclan 150 g de hielo a 0°C con 300 g de agua a 50°C. Rosenberg, Química
6.7°C
15.- ¿Cuánto calor se desprende cuando se condensan y enfrían hasta 20°C, 20 g de vapor saturado a 100°C? Rosenberg, Química.
51.9 kJ
16.- ¿Cuánto calor se requiere para convertir 40 g de hielo a -10°C en vapor saturado a 120°C?
29.4 kcal
17.- La conversión de desechos sólidos a gases inofensivos se puede llevar a cabo en incineradores en una forma ambientalmente aceptable. Sin embargo, los gases de combustión calientes se deben enfriar o diluir con aire. Un estudio económico posible indica que el desecho municipal sólido se puede quemar hasta un gas de la siguiente composición (en base seca):
CO2
9.2% vol
CO
1.5%
O2
7.3%
N2
82.0%
¿Cuál es la diferencia de entalpía de este gas entre el fondo y la parte superior de la chimenea si la temperatura en el fondo de ésta es 550°F y la temperatura en la parte superior es 200°F?. Ignore el vapor de agua en el gas. Puede omitir cualquier efecto de energía que resulte del mezclado de los componentes gaseosos, ya que son gases ideales. (Himmelblau)
-2616 BTU/lbmol de gas
18.- ¿Qué cantidad de calor se necesita para convertir 20 g de hielo a -10°C en agua líquida a 50°C? El calor específico del hielo es de 2.1 J/g-°C; el calor específico del agua líquida es 4.18 J/g-°C. El calor de fusión del agua es de 335 J/g. (Química de Garzón )
2701 cal
19.- ¿Qué cantidad de calor se necesita para hervir 50 gramos de agua saturada a 1 atm de presión? (Química de Garzón )
2.70 kcal (112.86 kJ)
20.- ¿Cuál será la cantidad de calor desprendida cuando 10 g de vapor de agua a 100°C se condensan y se enfrían a 30°C? (Química de Garzón )
25.516 kJ
21.- Se saca un bloque de hielo de 100 g de un refrigerador a -10°C, se coloca en un vaso, se deja fundir y finalmente se calienta hasta ebullición para convertirlo en vapor a una temperatura de 100°C y 1 atm de presión. ¿Qué cantidad de calor han absorbido los 100 g de agua? (Química
303.3 kJ (arzón)
22.- Si se suministran 6401.5 J (1530 cal) a 45 ml de agua a 14°C, ¿cuál será la temperatura final?
48°C (Química de Garzón ) 23.- Una kilocaloría de calor eleva la temperatura de 200 g de fierro en 46.7°C. Calcule el calor específico del hierro. (Química de Garzón )
0.107 cal/g-°C
24.- ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar 50 g de cobre desde 20°C hasta 70°C? El calor específico del cobre es 0.389 J/g-°C. (Química de Garzón )
972.5 J
25.- La combustión de 2 gramos de antracita libera 61,086 J. ¿Qué cantidad de este carbón se necesita para calentar 10 litros de agua desde la temperatura ambiente (20°C) hasta el punto de ebullición (a la presión de 1 atm), suponiendo que el proceso es 100% eficiente. La densidad del agua a 20°C puede considerarse de 1 g/ml. (Química de Garzón )
110 g
26.- Determine la temperatura final cuando 50 g de hielo a 0°C se mezclan con 100 g de agua a 50°C. (Química de Garzón )
6.7°C
27.- ¿Cuántas calorías se necesitan para vaporizar 100 g de agua a 100°C y presión atmosférica normal? (Química de Garzón )
54 kcal
28.- Se calentó una muestra de 25 g de una aleación hasta 100°C y se sumergió en un matraz con 90 g de agua a 25.32°C. La temperatura del agua aumentó hasta un valor final de 27.18°C. Despreciando las pérdidas caloríficas hacia el ambiente y la capacidad calorífica del matraz en sí, ¿cuál es el calor específico de la aleación? (Rosenberg)
0.092 cal/g-K
*29.- Calcule la cantidad de calor que se necesita para calentar 100 m3 de aire, medidos en condiciones normales, desde 25°C hasta 500°C. Exprese su resultado en kcal.
*30.- En algunos refrigeradores comerciales se emplea amoniaco en los serpentines de refrigeración. Hallar la cantidad de amoniaco líquido en su punto de ebullición que debe evaporarse para enfriar y congelar 5 kg de agua inicialmente a 20°C.
31.- La combustión de 5 gramos de coque aumentó la temperatura de 1 kg de agua desde 10°C hasta 47°C. Calcule el poder calorífico del coque en kcal/g. Rosenberg, Química
7.4 kcal/g
Termoquímica
1.- ¿Cuál es el calor de formación estándar de HCl (g)? (Himmelblau)
-92,312 J/gmol
2.- La ecuación termoquímica del calor de combustión del acetileno, C2H2, es la siguiente:
C2H2(g)
+
5/2 O2(g)
=
2CO2(g)
+
H2O(l)
¿Cuál es el calor liberado de quemar 6.0 gramos de acetileno medidos en condiciones normales?
71.8 Kcal
3.- Suponiendo que la combustión del etileno gaseoso (C2H4) a partir de una relación estequiométrica de oxígeno molecular, tiene una eficiencia térmica del 70%, ¿cuántos kilogramos de agua a 20°C se pueden convertir a vapor a 100°C al quemar un metro cúbico de etileno gaseoso medido en condiciones normales. (Rosenberg)
17 kg
4- Dados los siguientes datos termoquímicos:
Fe2O3(s)
+
CO(g)
=
2FeO(s)
+
CO2(g)
H = -2.93 kJ
Fe(s)
+
CO2(g)
=
FeO(s)
+
CO(g)
H = +11.29 kJ
Usar la ley de Hess para encontrar la entalpía de la siguiente reacción:
Fe2O3(s)
-25.52 kJ
+
3CO(g)
=
2Fe(s)
+
3CO2(g)
5.- Suponiendo que el 50% del calor es utilizable, ¿cuántos kg de agua a 15°C pueden calentarse hasta 95°C al quemar 200 litros de metano medidos en condiciones normales? El calor de combustión del metano es 891 kJ/mol. Rosenberg, Quími
11.9 kg
6.- El calor de combustión del etano gaseoso, es 1561 kJ/mol. Suponiendo que el 60% del calor es utilizable, ¿cuántos litros de etano medidos en condiciones normales se deben quemar para obtener el calor suficiente para convertir 50 kg de agua a 10°C en vapor saturado a 100°C?
3150 litros Rosenberg, Quím.
7.- El calor liberado durante la combustión total de 1 mol de metano gaseoso hasta dióxido de carbono (g) y agua (l) es 890 kJ. Determine la entalpía de formación de 1 mol de metano gaseoso. Rosenberg, Quím.
-75 kJ
8.- El calor desprendido durante la combustión hasta CO2 (g) y H2O (l) de 1 mol de C2H6 es 1559.8 kJ y de 1 mol de C2H4 es 1410.8 kJ. Calcule H para la reacción siguiente: Rosenberg, Quími C2H4 + H2 (g)
→
C2H6
-136.8 kJ
9.- La ecuación termoquímica para la formación del H2O (g) es:
H2 (g)
+
½ O2 (g)
=
H2O (g)
Con H = -241.84 kJ. Calcule el calor que se desprenderá al reaccionar 1 g de hidrógeno. (119.25
kJ Rosenberg)
10.- Calcular la entalpía de descomposición del CaCO3 en CaO y CO2. Utilice las entalpías de formación. Discuta el signo de la entalpía de reacción. (Rosenberg)
+177.9 kJ/mol
11.- Calcule la entalpía estándar de reacción para la disociación gaseosa del PCl5(g) en PCl3(g) y Cl2(g). Rosenberg
32.9 kJ
12.- La combustión del butano, C4H10, libera energía según la ecuación termoquímica:
2C4H10(g)
+
13 O2(g)
=
8CO2(g)
+
10H2O(g)
Con H = -5690.2 kJ. ¿Cuánto calor se liberará por combustión de 5.8 g de butano?
284.51 kJ Rosenberg
13.- Calcular la entalpía estándar de combustión del alcohol etílico, C2H5OH. Analice el signo de entalpía de reacción. Rosenberg
-1367.3 kJ
14.- El calor desarrollado en la combustión del metanol, CH3OH, a 25°C medido en una bomba calorimétrica es de 726.63 kJ/mol. Calcular la entalpía molar de formación del metanol.
-238.77 kJ/mol Rosenberg
15.- Calcular el calor desarrollado en la oxidación del BaSO3 (s), dado que para el BaSO3(s) el 0
H f 1182.4
-282.8 kJ
kJ mol
0
y que para el BaSO4 (s) el H f 1465.2
kJ mol
. Rosenberg
16.- Calcular la entalpía de reacción para:
CO (g)
+
½ O2(g)
0
Si se sabe que para el CO2(g) el H f 393.7
kJ mol
=
CO2(g)
0
y que para el CO el H f 110.5
kJ mol
-283.2 kJ Rosenberg
17.- Calcule la entalpía de descomposición de 1 mol de KClO3 (s) en KCl (s) y O2 (g).
-44.8 kJ Rosenberg
18.- En la producción comercial de agua gaseosa se utiliza la reacción
C (s)
+
H2O2(g)
=
H2(g)
+
CO(g)
El calor requerido para esta reacción endotérmica puede obtenerse agregando una cantidad limitada de aire y quemando parte del carbono hasta dióxido de carbono. ¿Cuántos gramos de carbono deben quemarse hasta CO2 para obtener el calor suficiente para la conversión mediante agua gaseosa de 100 g de carbono? Desprecie las pérdidas caloríficas hacia el entorno.
33.4 g Rosenberg
*19.- La combustión completa de gasolina (suponga que es octano puro, C8H18, = 700 kg/m3) produce agua y bióxido de carbono. Si quemo un galón de gasolina en mi coche y dejo que los gases de escape se enfríen lo suficiente para que toda el agua se condense, ¿cuántos galones de agua líquida produciré para atascar y anegar el convertidor catalítico de mi mofle? (Levenspiel)
20.- Dados los datos en la tabla, determinar: (Himmelblau)
0
a) H f del FeO (s) 0
b) H f de Fe2O3(s)
+
→
2H+
H2O(l)
+
Fe+2
0
H R
Fe(s)
+
→
2H+
H2(g)
2Fe(s)
+
3/2O2
2FeO(s)
+
½ O2
→
→
+
Fe+2
-86,200
Fe2O3(s)
-822,200
Fe2O3(s)
-284,000
a) -64,300 cal/gmol FeO; b) -24,617 cal/gmol FeO
*21.- Aplicando la ley de Hess, calcule el calor normal de reacción para: 4N2 (g)
+
8H2(g)
→
4N2H4 (l)
Si se sabe que:
1)
2 NH3 (g)
+
3 N2O (g)
→
4 N2 (g)
+
3 H2O (l)
H R 1010kJ
2)
N2O (g)
+
3 H2 (g)
→
N2H4 (l)
+
H2O (l)
H R 317kJ
3)
H2 (g)
+
½ O2 (g)
→
H2O (l)
4)
2 NH3 (g)
+
½ O2 (g)
→
N2H4 (l)
H R 285kJ
+
H2O (l)
H R 143kJ
*22.- Aplicando la ley de Hess, calcule el calor normal de reacción para la formación del SO2 (g) a partir de S (s) y O2 (g)
CS2 (l)
+
3O2 (g)
→
CO2 (g)
+
2SO2 (g)
Si se sabe que:
1)
2)
3)
C (s)
C (s)
S(s)
+
+
+
2S(s)
O2 (g)
O2 (g)
⇌
⇌
⇌
CS2 (l)
CO2 (g)
SO2 (g)
H R 21
H R 94
H R 71
kcal mol kcal mol kcal mol
