U.M.S.A Facultad de Ingeniería
Aux : Univ. Ruben Kapa Ticona Materia : FISICOQUÍMICA
PRÁCTICA # 3
1. Cuál es la diferencia de entropía entre un mol de nitrógeno en condiciones normales y un mol de nitrógeno que está a 200 ºC, cuando el volumen molar es de 50 litros. El nitrógeno es un gas diatómico y se comporta en forma ideal. 2. Para el CHCl3 (g), el C p
3
7
2
7, 05 05 35, 60 60 10 T 216, 9 10 T (cal/mol grado). Si suponemos que el
gas es ideal, calcular la variación de entropía cuando 247 gramos de este gas se llevan desde un volumen de 100 litros a 500 K a otro de 70 litros a 700 K. 3. Calcular el cambio de entropía que experimentan dos moles de un gas ideal al calentarse desde una presión inicial de 5 atm a una final de 10 atm, con la variación de temperatura de 50 ºC a 100 ºC. En este gas, Cp = 9,88 calorías mol -1grado-1. 4. El lado izquierdo de la figura aislado (contiene 10 litros de aire a 6 bares de presión y 20 ºC) está separada del lado derecho (que esta vacío y tiene un volumen de 10 litros) mediante u diafragma. El diafragma se rompe y el aire se expande por completo. Determinar la variación de entropía para este proceso. Diafragma
P = 6 bar; V = 10 L; T = 20 ºC
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Aislante
P = 0 bar; V = 10 L;
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5. Una muestra de argón está contenido en un pistón (de radio igual a 4 cm) con un embolo deslizable. Si el volumen inicial a 25 ºC y 2 atm es de 500 cm 3. Calcular el cambio c ambio de entropía cuando el gas se expande a lo largo de 10 cm del pistón y simultáneamente se calienta en 75 ºC. 6. Una muestra de argón (gas monoatómico) está contenido en un pistón (de radio igual a 4 cm) con un embolo deslizable. Si el volumen inicial a 25 ºC y 2 atm es de 500 cm 3. Calcular el cambio de entropía cuando el gas se expande a l largo de 10 cm del pistón y simultáneamente se calienta en 75 ºC. 7. Si se pudiese separar formado por 23,3 % peso de oxígeno y 76,7 % peso de nitrógeno, a 1 atm de presión, en sus componentes puros, cada uno a 1 atm de presión y a la misma temperatura. ¿Cuál sería el cambio entrópico por mol de aire descompuesto? Suponer comportamiento ideal. 8. En un recipiente aislado se mezclan 200 g de hielo a 0 ºC y 1000 g de mercurio a 90 ºC, calcule el estado del sistema cuando se alcance el equilibrio y el cambio de entropía. Calor de fusión del hielo 334400 J/Kg. Calor especifico del agua 4180 J/Kg-K. calor especifico del mercurio 0,140 J/g-K. 9. 4000 g de Hg a 100 ºC se añaden a 100 g de hielo a – – 20 ºC contenidos en un calorímetro, cuyo equivalente en agua es despreciable. Calcular la variación de entropía: a) Del Hg. b) Del agua y del calorímetro. c) De todo el sistema.
= 1 ⁄ º ; ℎ = 0,5 ⁄ ; = 3,346 × 10− ⁄ ; ∆() = 80 ⁄ , el mercurio es líquido en todo el rango de temperatura. 10. En un calorímetro de constante despreciable se ponen en contacto 0,441 lb de hielo a – 4 – 4 ºF con 0,1 Kg de vapor de agua a 672 R ¿Cuál será la variación de entropía de este fenómeno en unidades del sistema internacional?
= 0,07 ,07143 ⁄ º; ℎ = 0,5 ⁄ ; = 0,027381 ⁄ ; ∆ () = 540 ⁄ ; ∆() = 80 ⁄ 11. En un recipiente adiabática, de capacidad calorimétrica despreciable, que contiene 100 g de hielo a – 30 ºC se deja caer una gota de oro que está a 1727 ºC (se puede suponer que la gota es de forma esférica y de radio igual a 5 mm), si la densidad relativa del oro a esta temperatura es 18. Determinar: a) La temperatura de equilibrio. b) Las condiciones de equilibrio. equilibrio. c) La variación de entropía.
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[ ] º
[º]
∆ [ ]
[ ] º
[º]
∆ [ ]
[ ] º
Agua
0,5
0
1,44
1
100
9,72
0,55
Oro
0,02873
1063
3,05
0,03553
2950
82
12. 3500 g de mercurio a 100 ºC se añaden a hielo que está a 0 ºC en el interior de un calorímetro. La masa del hielo es de 80 g y el equivalente en agua del calorímetro es de 20 g. calcular la variación de entropía: a) Del Mercurio. b) Del agua y el calorímetro. ca lorímetro. c) De todo el sistema. Los calores específicos del mercurio, hielo y agua líquida, respectivamente son: 0,14 J/g – K; – K; 0,5 Cal/g – Cal/g – K K y 1 cal/g – cal/g – K. ∆Hfusion = 80 Cal/g. 13. Un trozo de hielo de forma esférica (r = 2,5 cm y peso específico = 0.825) que está a – – 30 ºC, se coloca en medio de una sauna seco que está a 15 ºC. calcular la variación total de entropía de este fenómeno. una sauna seca es una habitación relativamente grande que se mantiene caliente a una determinada temperatura, en este caso a 15 ºC.
= 1 ⁄ º ; ℎ = 9 ⁄ ; ∆ = 540 ⁄ ; ∆) = 80 ⁄ 14. En un calorímetro de constante despreciable, se ponen en contacto 0.5 Kg de vapor de agua a 200 ºC con 3 Kg de hielo que está a – 30 – 30 ºC. Determinar: Determinar: a) La temperatura de equilibrio. b) Las condiciones de equilibrio. equilibrio. c) La variación de entropía de todo el sistema.
= 1 ⁄ º ; ℎ = 0,5 ⁄ ; = 0,48 ⁄ ; ∆ = 540 ⁄ ; ∆) = 80 ⁄ hielo. Es este un 15. 1800 gramos de agua sobre enfriada a – 25 – 25 C y 1 atm de presión se convierte en hielo. fenómeno espontaneo, reversible o forzado? Demostrarlo mediante cálculos. Cphielo= 9 cal/mol grado, Cp agua= 18 cal/mol grado
Hvaporización =
Hfusión=
1440 cal/mol,
9720 cal/mol
16. 1,8 Kg de agua sub enfriada a – – 13 ºF y 14,7 PSI de presión se convierte en hielo. ¿es este un fenómeno espontaneo, reversible o forzado? Demostrar mediante cálculos. 17. Un cubo de hielo de 3,5 cm de lado de densidad igual a 0,84 g/cc y que está a – 20 ºC, se coloca en medio de un sauna seco que está a 20 ºC. Calcular la variación total de entropía de este fenómeno.
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Un sauna seco es una habitación relativamente grande que se mantiene caliente a una determinada temperatura, en este caso a 20 ºC. Cphielo = 9 cal/mol grado, Cp liq = 1 cal /gramo /gramo grado, Hfusion = 80 cal/g,
Hvap =
540 cal/g
18. Determinar la variación de entropía para el siguiente proceso irreversible. Pb(liq, 500 k)
→
Pb(Sol, 500 k)
= 7,75 0,74 × 10− [−º ]
T f = 600 K
∆ = 1150
= 5,63 2,33 × 10− [−º ]
19. Determine la variación total de entropía cuando se evaporan 495 g de agua líquida súpercaliente que está a 120 ºC, este fenómeno se puede representar por la ecuación:
H 2Ol ,120ºC
Agua
H2 O g ,120ºC
[ ] º
[º]
∆ [ ]
[ ] º
[º]
∆ [ ]
[ ] º
0,5
0
1,44
1
100
9,72
0,55
20. Un recipiente cilíndrico de paredes rígidas y adiabáticas se halla dividido en dos partes por medio de un tabique adiabático adiabático y fijo. El recinto de la izquierda contiene 2 moles de argón a 1 atm y 300 K y el de la derecha 3 moles de oxígeno de 0,5 atm y 350 K. Se supone que tanto los gases por separado como mezclados se comportan idealmente. Determine: a) La temperatura, presión final y la variación de entropía. Si, se sustituye el tabique que separa los dos gases por otro diámetro y móvil y el sistema evoluciona hasta alcanzar el equilibrio. b) La temperatura, presión final y la variación de entropía. Si, se parte de un estado inicial, se suprime el tabique, los gases se mezclan hasta conseguir un nuevo estado de equilibrio. equilibrio. Si: = 2,5 ; ó = 1,5 21. 1 m 3 de hidrogeno, se calienta desde 298 K y 1 atm, hasta 400 K; reversiblemente y a presión constante. Considerando al hidrogeno como gas ideal, calcular: a) El calor absorbido por el gas b) La variación de la energía interna c) El trabajo realizado por el gas d) La variación de entropía e) El valor de la entropía absoluta Datos: Sº = 31,26 cal/mol-K; Cp = 6,9 cal/mol - K
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22. Se conserva un termostato a una temperatura de 96,9 °C. La temperatura del aire en el cuarto es de
26,9 °C. Durante cierto tiempo, 1000 cal de calor se transmitieron a través del aislamiento del termostato al cuarto. a) ¿Cuál es el cambio de entropía del material del termostato? b) ¿Cuál es el cambio de entropía del aire en el cuarto? ¿Es el proceso reversible? 23. Un bulbo de 1 litro de capacidad que contiene nitrógeno nitrógeno a 1 atm de presión y a 25 ºC, está conectado
a otro bulbo de 3 litro que contiene bióxido de carbono a 2 atm de presión por medio de un tubo con una espita. Se abre ésta y los gases se mezclan hasta que se alcanza el equilibrio. Suponiendo que ambos gases son iguales, ¿Cuál es el cambio de entropía para este cambio espontáneo? 24. Deduzca la expresión para el cambio de entropía de un gas que obedece la ecuación de van der Waals y que se expande de un volumen V1 A V2 a temperatura constante. -4
-1
25. Para agua líquida a 25 ºC, α = 2.0 x10 grad , se puede tomar la densidad como un gramo/cc. Se
comprime isotérmicamente un mol de agua a 25 ºC desde 1 atm hasta 1000 atm, Calcular ΔS. a) Suponiendo que el agua es incompresible, esto es β = 0. b) Suponiendo que q ue β = 4.53 x10 -5 atm-1. 26. Considere la expresión:
dS
Cp T
dT V dP
Supóngase que para el agua β = 4.53 x 10 -5 atm-1, V = 18 cc /mol Cp= 18 calorías/ K- mol y α=2.0 x10-4 grad-1, calcular la disminución de temperatura que ocurre si el agua a 25 ºC y 1000 atm de presión es llevada reversible y adiabáticamente a 1 atm de presión 27. El ciclo de una maquina térmica equivale a un ciclo de Carnot reversible en el que la temperatura del refrigerante es de 27 ºC, s rendimiento es del 60 % y el calor que se cede al foco frio es de 2392,34 calorías/minuto. Calcular la temperatura de la caldera (fuente caliente o manantial) y la potencia (J/s) de la maquina térmica. 28. Una máquina de Carnot recibe un tercio de su calor de una fuente que se encuentra a 800 K y los otros dos tercios del calor provienen de una fuente que se encuentra a 400 K; descarga una parte del calor a un sumidero (refrigerante) que está a 200 K. Determinar la eficiencia máxima de esta máquina de Carnot. 29. Una máquina de Carnot recibe la mitad de su calor de una fuente que se encuentra a 1000 K y la otra
mitad del calor proviene de una fuente que se encuentra a 500 K; descarga una parte del calor a un sumidero (refrigerante) que está a 300 K. Determinar la eficiencia máxima de esta máquina de calor. 30. Un gran depósito de calor a 100 ºC cede calor a una máquina de Carnot que descarga calor a un
deposito frio que consiste en 1000 Kg de agua a 0 ºC. el proceso continúa mientras el agua fría (0 ºC)
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se calienta y finalmente termina a 100 ºC. calcular la cantidad máxima de trabajo obtenido y el rendimiento. 31. Teóricamente, A qué altura puede levantar un galón de gasolina a un automóvil que pesa 2800 libras contra la fuerza de gravedad, si se supone que la temperatura del cilindro es de 2200 K y la temperatura que se desperdicia es de 1200 K (Densidad de la gasolina = 0,80 g/cm 3; 1 lb = 0,2642 gal. Calor de combustión de la gasolina = 11200 cal/ g) 32. Un refrigerador es acondicionado a un motor de ¼ de Hp (1Hp= 10.688 Kcal/min). Si el interior de la
caja debe estar a – – 20 ºC, encontrar de una temperatura exterior máxima de 35 ºC ¿Cuál es la máxima perdida de calor en la caja (cal/min que se puede tolerar si el motor funciona continuamente? Supóngase que el coeficiente de rendimiento es el 75 % del valor para una maquina reversible.
“La fecha de entrega de esta practica para ambos casos es el dia del TERCER TERCER parci al de la materia”
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