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5. Un matraz de 1,00 L lleno de metano a una presión de 10,0 kPa se conecta a un matraz de 3,00 L con hidrógeno a una presión de 20,0 kPa; ambos matraces están a la misma temperatura. a. Después de que los gases se mezcle n, ¿cuál es la presión total del sistema? Respuesta: 17.5 kPa b. ¿Cuál es la fracción molar de cada componente en la mezcla? Respuesta: X Respuesta: X H2 H2= 0.857, X CH4 CH4= 0.143 6. Considere el sistema compuesto mostrado en la siguiente figura que se mantiene a 298 K. Suponiendo el comportamiento del gas ideal, calcular la presión total y la presión parcial de cada componente si se quitan las barreras que separan los compartimentos. Suponga despreciable el volumen de las barreras.
Respuesta: P Respuesta: P T =1.92 bar. P He P Ne He =0.501 bar, Ne =1.25 bar, P Xe =0.165 bar 7. Un globo lleno con 10.50 L de Ar a 18.0°C y 1 atm asciende en la atmósfera a una altura en que la presión es de 248 Torr y la temperatura es de -30.5°C. ¿Cuál es el volumen final del globo? Respuesta: 26.8 L. 8. Un cilindro de gas comprimido contiene 1.50 × 103 g de N2 gas a una presión de 2.00 × 107 Pa y una temperatura de 17.1°C. ¿Qué volumen de g as se ha liberado a la atmósfera si la presión final en el cilindro es de 1.80 × 105 Pa? Suponga comportamiento ideal y que la temperatura permanece inalterada.
Respuesta: 1.26 x10 3 L. = y V i i=10.0 = L se calienta a volumen constante hasta P=10.0 9. Un gas ideal descrito por T i i=300 300 K, Pi=1.00 bar y 10.0 L se bar. Entonces sufre una expansión isotérmica reversible hasta Pi =1.00 =1.00 bar . A continuación se le hace retornar al estado original extrayendo el calor a presión constante. Describa este proceso cíclico en un diagrama P-V y P-V y calcule w , para cada etapa y para el e l proceso total. 3 3 3 Respuesta: w 1-2 1-2= 0, w 2-3 2-3 = -23.0 x 10 J, w 3-1 3-1= 9.00 x 10 J, w ciclo ciclo= -14.0 x 10 J
10. El N2 líquido tiene una densidad de 875.4 kg m 3 en su punto de ebullición normal. ¿Qué volumen tendrá un globo a 18.5°C y a una presión de 1.00 atm si se inyectan 2.00 × 10 3 L de N2 líquido? Respuesta: 1.50 L. −
−
11. Un recipiente rígido de volumen 0.500 m 3 conteniendo H2 a 20.5°C y a una presión de 611 × 103 Pa se conecta a un segundo recipiente r ígido de volumen 0.750 m3 conteniendo Ar a 31.2°C a una pre sión de
UNIVERSIDAD DE AMÉRICA Fisicoquímica Taller primer corte 433 × 103 Pa. Se abre una válvula que los separa y ambos se enfrían a una temperatura de 14.5°C. ¿Cuál es la presión final en los recipientes? Respuesta: 4.84x105 Pa
12. Una muestra de gas de 1,00 L a 1,00 atm de presión y 298 K, se expande isotérmica y reversiblemente a 10,0 L. Después se calienta a 500 K, se comprime a 1,00 L y entonces se enfría a 25 °C. ¿Cuál es el valor de ΔU para el proceso total? Respuesta: ΔU ciclo ciclo = 0 13. En la expansión adiabática de 1 mol de un gas ideal desde una temperatura inicial de 25.0°C, e l trabajo efectuado contra el medio es 1200 J. Si C V,m V,m = 3/2R, calcule q, w, ΔU y ΔH. Respuesta: w= ΔU -1200 J , q= 0, ΔH = -2000 J. 14. Calcule q, w, ΔU y ΔH, si 1.00 mol de un gas ideal con C V, V, m = 3/2R sufre una expansión adiabática reversible 3 desde un volumen inicial V i i = = 5.25 m hasta un volumen final V f = = 25.5 m3. La temperatura inicial es 300 K. Respuesta: w= ΔU= -2.43 x10 3 J , q= 0, ΔH = -4.05 x10 3 J. 15. Evalúe ΔU en Joules, para 1.00mol de oxígeno molecular, que pasa de -20.0°C a 37.0°C a volumen constante, en los siguientes casos. a. Se trata de un gas ideal con C V,m V,m=20.78 J/mol·K Respuesta: ΔU = 1184 J -3 b. Se trata de un gas real con un valor determinado experimentalmente de C V,m V,m= 21,6 + 4.18x10 T – 1.67x10-5 T 2 Respuesta: ΔU = 1176.8 J 16. Un cilindro se llena con 0,0400 de un gas ideal, se expande reversiblemente de 50,0 mL a 375 mL a una temperatura constante de 37,0 °C. Conforme lo hace, absorbe 208 J de energía en forma de calor. Calcule q, w , ΔU y ΔH para el proceso. Respuesta: w=-208 J , q=208 J, ΔU = 0, ΔH = 0. 17. Un mol de etano, C2H6, se quema con un exceso de oxígeno a presión constante y a 600 °C. ¿Cuál es el valor de ΔU del proceso? (Buscar en las tablas t ablas la entalpía de combustión del etano) Respuesta: ΔU = -1561 kJ 18. Calculo de ΔU° , a partir de ΔH° : Para la urea CO(NH2)2 (s), la entalpía estándar de formación ΔH° a 298 K es -333,51 kJ/mol. Calcule el cambio estándar de energía interna ΔU° a la misma temperatura. La reacción de formación es:
Respuesta: ΔU° = -324.8 kJ/mol, ΔH° = -333.5 kJ/mol 19. A partir de las e ntalpías de reacción:
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Calcule el ΔHreacción para la reacción del etileno con F2:
20. De acuerdo a los siguientes datos:
Utilice la ley de Hess para calcular el ΔH de de la reacción: a 85 °C para la siguiente reacción utilizando la Ley de Kirchhoff: 21. Calcule el ΔH° a
(grafito)) + 2 Cl2(g CO(g) + TiCl4(l 22. Considere la reacción TiO2(s 2(s) + 2 C (grafito 2(g) → 2 CO(g 4(l ) para el que ΔH° reacción,298 reacción,298 K = 280 kJ -1. mol Dados los siguientes datos a 25°C,
Calcule ΔH° reacción para el TiCl4 (l (l ) a 25°C, reacción a 135.8°C, el punto de ebullición del TiCl4, y (b) calcular ΔH° f para Suponga que las capacidades caloríficas son independientes de la temperatura
Respuesta= ΔH° reacción )= -73.0 kJ/mol, ΔH° f (TiCl4)= -804 kJ/mol. reacción (409.0 K )= 23. Calcule la entalpía estándar de formación del FeS2(s) a 300 °C a partir de los siguientes datos a 25°C, suponga que las capacidades caloríficas son independientes de la temperatura.
UNIVERSIDAD DE AMÉRICA Fisicoquímica Taller primer corte Respuesta= ΔH° f (FeS2(s) a 300 °C)= 180.0 kJ/mol. 24. Calcule ΔU y ΔH, para la transformación de 1 mol de gas ideal desde 27.0 °C y 1.00 atm, hasta 327 °C y 17.0 atm, si la capacidad calorífica del sistema depende de la temperatura, mediante el polinomio:
Respuesta= ΔU= 60.5x10 3 J, ΔH = 63.0x10 3 J 25. Calcule q, w , ΔU y ΔH, si 1.00 mol de una gas ideal con C V,m V,m=3/2 R sufre una expansión adiabática reversible 3 desde un volumen inicial de 5.25 m hasta un volumen final de 25.5 m 3. La temperatura inicial es de 300 300 K . 3 3 Respuesta: ΔU=w=-2.43 x 10 J , q=0 J, ΔH = -4.05 x 10 J
26. Calcule ΔH° reacción reacción y ΔU° reacción reacción a 298 K para las siguientes reacciones:
a. b. c. d. e. f.
ΔH° reacción reacción =
-1815.0 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = -1817.5 kJ/mol ΔH° reacción reacción = -116.2 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = -113.7 kJ/mol ΔH° reacción reacción = 62.6 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = 52.7 kJ/mol ΔH° reacción reacción = -111.6 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = -111.6 kJ/mol ΔH° reacción reacción = 205.9 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = 200.9 kJ/mol ΔH° reacción reacción = -172.8 kJ/mol, ΔU° reacción reacción = -167.8 kJ/mol
27. Un mol de gas ideal con C V,m V,m=3/2 R sufre las transformaciones descritas en la siguiente lista desde un estado inicial descrito por T=300 K y P=1.00 bar . Calcule q, w , ΔU, ΔH y ΔS para cada proceso. a. El gas se calienta a 450 K a una presión externa constante de 1.00 bar. Respuesta: w=-1.25 x10 3 J , ΔH=q=3.12 x10 3 J, ΔU = 1.87 x10 3 , ΔS = 8.43 J/K. b. El gas se calienta a 450 K a volumen constante. Respuesta: w= 0 , ΔH=3.12 x10 3 J, ΔU= q = 1.87 x10 3 , ΔS = 5.06 J/K. c. El gas sufre una expansión isotérmica reversible a 300 K, hasta que la presión es la mitad de su valor inicial. Respuesta: w=-1.73 x10 3 J , q=1.73 x10 3 J , ΔH= ΔU = 0, ΔS = 5.76 J/K.
