UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA SUSTITUTOTIO PRIMER PARCIAL DE TERMODINAMICA METALURGICA. 1. Calcule Calcule el trabajo trabajo de expansió expansión n cuando cuando se descompon descomponee electrolít electrolíticamen icamente te 1 mol de agua a 25°C y 1 atmosfera de presión. 2. Un gas ideal ideal sufre sufre una expansió expansión n isotérmica isotérmica revers reversible, ible, desde desde un volumen volumen inicial inicial V 1 hasta un volumen final 12V 1, haciendo un trabajo de 20930 joules. La presión inicial fue de 38000 mmHg. Calcular: a) El Valor de V 1 b) La temperatura del proceso si se trato de 5 moles de gas. 3. Un mol de un gas gas monoatómic monoatómico o ideal, ideal, experimenta experimenta los los pasos revers reversibles ibles mostra mostrados dos en la fig: a) calcule los valores de los volúmenes y temperaturas absolutas en los puntos1, 2 y 3. PV 44.8 3 C B 22.4
1
2 A
2
4
P atm
4. En el mismo mismo problema problema anterio anterior, r, sabiendo sabiendo que que el proceso proceso A es isotérmi isotérmico, co, el B es isobáric isobárico o y el C es isocorico, calcule los valores de ∆E, q y w. 5. Calcule Calcule ∆H ∆H para para el cambio cambio de estado estado siguien siguiente: te: CH CH 4(g, 1 atm, 27°C) → CH4(g. 1 atm, 427°C)
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA SUSTITUTORIO SEGUNDO SEGUNDO PARCIAL DE TERMODINAMICA TERMODINAMICA METALURGICA. METALURGICA. 1. Un gas de helio helio se calient calientaa de 200 a 400°C, 400°C, a la presión consta constante nte de 1 atm. atm. Si la entropía entropía absoluta S 1 del helio a 200°C es de 32.3 32.3 cal/mol-grado, calcule la entropía entropía absoluta final S 2.
2. Usando las tablas de entalpias de formación y de entropías, calcular ∆G° a 25°C para la reacción : CO 2 + H2 → CO + H2O. 3. Las capacidades molares del Al a diferentes temperaturas son: t °C -258 -240.6 -237.9 -190 -184.7 -136 -38 +58 Cp 0.03 0.25 .032 2.36 2.57 4.10 5.34 5.78 cal/gmol Calcule la entropía estándar del Al a 25°C de acuerdo a la tercera ley de la termodinámica y a la ecuación de Debye. 4. Contando con los siguientes datos, determine que metal tiene la mayor probabilidad de oxidarse por vapor de agua a 827°C y 1 atm de presión. NiO /s) + H2(g) → Ni(s) + H2O(g)
∆G° = -550-1018T cal
Cr2O3(s) + H2(g) → Cr(s) + H2O(g)
∆G° = 30.25-7.33T cal
5. Escriba la ecuacion de Nerts y diga cual es su utilidad.
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA PRIMER PARCIAL DE TERMODINAMICA METALURGICA. 1. Un cierto gas expande su volumen de 2.0 litros a 6.0 litros a temperatura constante. Calcule el trabajo realizado por el gas si la expansión ocurre a) contra el vacio y b) contra una presión constante de 1.2 atmosferas. 2. El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro, es de 462 J. durante este proceso hay una transferencia de calor de 535.808 calorías del gas hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía para este proceso. 3. Calcule la entalpia estándar de formación del acetileno (C 2H2) a partir de sus elementos C(grafito) + H2(g) → C2H2(g) Las ecuaciones para cada paso y los cambios de entalpia correspondientes son: Cgrafito + O2(g) → CO2(g) H2(g) + O2(g) → H2O(l) C2H2(g) + O2(g) → CO2(g) + H2O(l) 4. Un mol de gas ideal diatomico puede evolucionar desde el estado 1 (p 1 = 4 atm, V1 = 10 L) hasta el estado 2 (p 2 = 1 atm, V2 = 20 L) siguiendo las dos posibles transformaciones reversibles indicadas en el diagrama pV de la figura. Determinar los calores intercambiados en los procesos (a) y (b).
5. Calcular la variación de la entropía estándar para la reacción Cr 2O3(s) + Cr (s) → Cr (s) + CO(g)
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA SEGUNDO PARCIAL DE TERMODINAMICA METALURGICA. 1. Calcular el ∆G para la compresión isotérmica reversible de una mol de gas ideal a 27°C y 1 atmosfera de presión, hasta una presión final de 10 atm. 2. Determine la energía libre de Gibbs a 25°C para la reacción de combustión de 1 mol de monóxido de carbono e indique si es o no espontaneo Datos: ∆ H f 0 → CO2 ( g ) = −393.5 kJ/mol ∆H 0f → CO( g ) = −110.5 KJ/mol
S 0 → CO2 ( g ) = 213.6 S ° → CO( g ) = 197.9 S ° → O2( g ) = 205.0
3.
.
4.
La
J ° Kxmol J
° Kxmol J
° Kxmol
A 6193.54 metros de altura , el agua pura hierve a sólo 75 ºC (note que al suceder esto el té caliente será tibio y débil). ¿Cuál será la presión atmosférica? Si (∆Hv agua = 11340 cal/mol). capacidad molar a presión constante de la plata, en el rango de temperaturas entre -258°C y 27°C se establece en la siguiente tabla:
t °C -258 -253 -243 -223 -203 -183 -123 -23 27 Cp:cal/gradox 0.16 0.40 1.14 2.78 3.90 4.56 5.48 5.90 6.10 mol Calcule la entropía estándar de la plata a 25°C de acuerdo a la tercera ley de la termodinámica, admitiendo que la capacidad calorífica molar a temperaturas por debajo de -258 sigue la ecuación de de Debye 5. Enuncie la tercera ley de la termodinámica y cuál es la aplicación más importante de la misma.
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1.
ΛG = nRTLn
P 2 P 1
⇒ ∆G = 1mol x 1.99
cal
10 atm x300° Kx ln mol x °K 1 atm
∆G = 1373.1 cal 2. ∆G 0 = ∆ H 0 − T ∆S 0 0 0 ∆ H 0 = ∑∆ H productos − ∑∆ H reactivos
∆ H 0 = ∆ H 0 CO 2 − ( ∆ H 0 CO + ∆ H 0 = −393 .5 − ( −110 .5 +
1 2
∆ H 0 O 2 )
1 KJ x0) = −283 .0 2 mol
0 0 ∆S 0 = ∑S productos − ∑S reactivos
∆S 0 = 213.6 − (197 .9 +
1 J x 205) = −86.8 2 ° Kxmol
− ∆G 0 = −283 .0 − 298( −86.8 x10 3 )
∆G 0 = −2.57 x10 5
J mol
0
Al ser ∆G 0 la combustion del CO es un proceso espontaneo en condiciones normales.
3.Como es un equilibrio líquido - vapor del agua, aplicar la ecuación de Clausius -Clapeyron:
La temperatura de ebullición normal del agua es de 100 ºC a 1 atm: P1 = 1 atm; T 1 = 100 ºC = 373 K. P2 = ?; T2 = 75 ºC = 348 K. R = 2 cal/mol K Despejar P2 de la ecuación de Clausius - Clapeyron:
Hv
ln P2
1 T2
R
1 T1
ln P1
11340 1 2 348
1 373
ln(1)
ln P2 = -1.09 P2 = 0.33 atm 0 298
S
= Cp (15° K ) + 3
4. S 298 = 0
298
1 1
3
S
∫ T
dT
15 298
(0.16) +
= 0.053 +
Cp
∫ T
dT
15 298
0 298
Cp
Cp
∫ T
dT
15
La integral de esta ecuación puede ser calculada por medición del area bajo la curva de Cp vs lnT; entre los valores del lnT que corresponden a T = 15K y T = 298°K tal como se muestra en la figura.
Usando la regla de los trapecios en la figura el area rayada da el valor de 10.195 cal/gradoxmol Sustituyendo en la última ecuación se tiene 0 = 0.053 + 10.195 = 10.248cal / gradoxmol . S 298 5. La entropía de un sólido puro, perfecto y cristalino en el cero absoluto es cero; y su aplicación más importante es en la determinación del valor absoluto de la entropía.
UNIVERSIDAD NACIONAL SAN LUIS GONZAGA DE ICA FACULTAD DE INGENIERIA DE MINAS Y METALURGICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA PRIMER PARCIAL DE TERMODINAMICA METALURGICA. 1. Calcule el W producido cuando 1 gr de hielo se funde y forma 1 gr de agua a 0°C y 1 bar de presión. Considere que la densidad del hielo es 0.090 gr/cc. 2. Supóngase que una mol de oxigeno a 25°C y presión atmosférica está encerrado en un cilindro equipado con un pistón de libre movimiento. Se calienta muy lentamente hasta 50°C y se expande contra la presión constante de la atmosfera. a) Calcule los volúmenes inicial y final del sistema. b) Calcule es trabajo en calorías. 3. Calcule la variación de la entalpia de formación de la reacción:
a partir de :
1 2
N 2 ( g ) + O2 ( g ) → NO2 ( g )
N 2( g ) + O2( g ) → NO( g ) NO( g ) + O2 ( g ) → NO2 ( g )
4. Una determinada cantidad de gas ocupa un volumen de 10 litros a 10 bar y 100 °K. calcular: (1) El Volumen final del sistema. (2) El trabajo efectuado por el sistema. (3) El calor que entra o sale del sistema (4) Los cambios en la energía y entalpia en el sistema, si este estuviera sometido a: (a) Una expansión isotérmica reversible a 1 atm. (b) Una expansión adiabática reversible a 1 atm. Dato: la capacidad calorífica molar del gas es C V = 1.5R. 5. Calcular el calor de formación estándar del litargirio en estado sólido, a partir de plomo liquido y oxigeno gaseoso a 800 °K. El punto de fusión del plomo es 600°K y su calor latente de fusión 1.15 Kcal/mol. La capacidad calorífica molar a presión constante del plomo liquido es 7.75 – 0.74x10 -3T cal/grado x mol.
