TALLER FISICOQUIMICA PARCIAL I En los grupos de trabajo, entregar en hojas cuadriculadas, el 09 de Abril de 2015. Datos útiles: Ecuaciones generales.
Factores de Conversión
dw=-PdV
dq p=mCpdT
dU=dq+dw
=
H≡U+PV
G≡H-TS G≡H-TS
R = 82.06 (cm 3.atm/mol.K) 0.0082 (L.atm/mol.K) (L.atm/mol.K) 8.314 (J/mol.K) 1.987 (cal/mol.K)
A≡U-TS A≡U-TS
= = = − ∆ = = −
1 atm = 760 torr Para Gas Perfecto PV=nRT
=
= 0
=
Cp – C – Cv = R
1. Calcule q, w, ∆U, y ∆H (en Joule) para el proceso de fusión de 2 moles de hielo a 0°C y 1 atm. Datos: 79.7 y 539.4 cal/g corresponde a los calores latentes de fusión y vaporización del agua en los puntos normales de fusión y ebullición, respectivamente. Cp=1cal/g.k para el agua líquida ρ = 0.917g/cm 3 para el hielo a 0°C y 1 atm ρ = 1g/cm 3 y 0.958g/cm 3 para el líquida a 0°C y 100°C 2. Un mol de un gas perfecto perfecto (C p=8 cal/mol.K) a 610 K de temperatura inicial, experimenta el el proceso isotérmico isotérmico descrito descrito en el gráfico. Calcule q, w, ∆U, y ∆H para dicho proceso.
3. 45g de un metal que se encuentra a 70°C se adicionaron a 24g de H”O a 10°C en un recipiente adiabático, la mezcla se dejó que alcanzara el equilibro y midió una temperatura final de 20°C. ¿Según el experimento anterior, cuál será el calor específico (en cal/g°C) del metal? 4. Para cada una de las siguientes preguntas justifique su respuesta, a. b. c. d. e.
En un proceso a V=cte, ¿a qué es igual el trabajo? En un proceso a V=cte, ¿a qué es igual el calor? En un proceso a adiabático, ¿a qué es igual el calor? En un proceso a adiabático, ¿a qué es igual el trabajo? Para una transformación a V=cte, ¿Cómo calcula ∆U?
5. La capacidad calorífica molar del oxígeno a presión constante para temperaturas en el intervalo comprendido entre 300 y 400K y para bajas o moderadas presiones, se puede aproximar como C p=a+bT, donde a=6.15 cal/(mol.K) y b=0.00310 cal/(mol.K 2). Calcule q, w, ∆U, y ∆H (en cal) cuando 2 moles de O2 se calientan reversiblemente de 27 a 127°C a una presión constante de 1 atm. Suponga que el gas se comporta como un gas perfecto. 6. Una máquina térmica basada en el ciclo de Carnot efectúa un trabajo de 3kJ por ciclo y tiene un rendimiento del 50%. Calcule q (fuente T>>), q(fuente T>>), w, y ∆S para un ciclo. 7. Para la reacción C 6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O inicialmente se colocan en un recipiente 10mol de C 6H12O6 y 40mol de O 2. Transcurrido un determinado tiempo t, han reaccionado 24mol de O 2. Calcule ε y los mol de cada una de las especies presentes en el tiempo t. 8. Calcule ∆H y ∆S, si 1mol de una sustancia a 50°C y 2atm de presión sufren una transformación cuyo estado final es 90°C y 52atm. Asuma que los siguientes parámetros son independientes de la Temperatura y de la Presión. Cp=18cal/(mol.K);
=3*10-4/K;
̅=18.1 cm /mol 3
Recuerde: La entropía y la entalpía son funciones de T y P exclusivamente, y
) = ; (
) =−; (
( ) = ;
( ) =−
9. Calcule ∆A y ∆G cuando 2.5mol de un gas perfecto con C v=1.5R varia de 30L y 400K a 60L y 400K. 10. Calcule ∆G correspondiente a la conversión de 21.6g de hielo a -10°C y 1atm a agua superenfriada a -10°C y 1atm. Los valores medidos de C p del hielo y el agua superenfriada en el intervalo de 0°C a -10°C son 0.5 y 1.01 cal/(g.°C), respectivamente. El calor latente de fusión del agua a 0°C y 1atm es 1434.6 cal/mol.
11. En un recipiente de 1055cm 3 se hizo vacío, y a continuación se introdujeron 0.01031mol de NO y 0.0044mol de Br 2. Bajo estas condiciones se estableció el equilibrio 2NO(g) + Br 2(g) 2NOBr(g) a la temperatura de 323.7K y se midió una presión final de 231.2torr. Calcule Kp° y ∆G° a 323.7K, suponiendo comportamiento de gas ideal. 12. Un estudiante estaba analizando la reacción en fase gaseosa N 2O4(g)2NO2(g). El estudiante encontró que la entalpía normal de esta reacción es independiente de la temperatura. Además, determinó la constante de equilibrio a dos temperaturas, a 25°C obtuvo que K p°(298K)=0.144 y a la segunda temperatura obtuvo que Kp°=0.321 a) Desafortunadamente, como habrán notado, el estudiante no escribió en sus notas el valor de la segunda temperatura, cuál es ese valor? b) Cuál es el valor del cambio de entropía de la reacción a 298K? 13. Si consideramos que C p° no varía con la temperatura, calcule ∆H°(500K) y ∆S°(500K) para la siguiente reacción: 2H2S(g) + 3O2(g) 2H2O(g) + 2SO 2(g) 14. El calor normal de combustión del butano gaseoso C 4H10 es a 25°C es 2878.6kJ/mol. C4H10(g) + 6.5O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(l) a) Determine los valores de formación del butano gaseoso a 298K, ∆H° f y ∆U° f. b) Explique si el proceso de formación del butano es endotérmico exotérmico. 15. La cinética de la reacción OCl- + I- OI- + ClFue estudiada en medio acuoso alcalino, y los resultados obtenidos para la velocidad de desaparición de I - fueron los siguientes: [T] inicial, M 2 x 10 -3 4 x 10 -3 2 x 10 -3 4 x 10 -3
[OCl-] inicial, M 1.5 x 10 -3 1.5 x 10 -3 3 x 10 -3 3 x 10 -3
[OH -] inicial, M 1 1 2 1
Velocidad inicial, m/s 1.8 x 10 -4 3.6 x 10 -4 1.8 x 10 -4 7.2 x 10 -4
a) Determine el orden de la reacción, la constante cinética y escriba la ecuación de velocidad. b) Encuentre la ley de velocidad para el siguiente mecanismo propuesto y decida si éste es consistente con la ley de velocidad experimental. Etapa 1:
OCl- + H2O HOCI + OH-
( k1) ^ (k-1)
Etapa 2:
HOCl + I - HOI + Cl- (lenta)
( k2)
Etapa 3:
OH - + HOI
( k3) ^ (k-3)
H2O + Ol-
16. Para la reacción: A + B Productos, se encontró la siguiente relación lineal cuando la concentración de [A]>>[B]: Ln[B]=-3.76 – 6.25x10-4t Donde [B] representa la concentración molar de B y t es el tiempo en segundos. a) Encuentre el orden parcial con respecto al sustrato B. Justifique su respuesta. b) Calcule la constante de velocidad de la reacción, si la concentración inicial del reactivo A es 1.25M y suponiendo que el orden parcial con respecto al sustrato A es dos. 17. Una mezcla de 22mol de H 2S y 11mol de CH 4 se introdujeron en un recipiente vacio con un catalizador de Pt. a 700°C y 762torr de presión se estableció el siguiente equilibrio: 2H2S(g) + CH4(g) 4H2(g) + CS2(g) Al analizar la mezcla en equilibrio, se encontraron 1.4mol de CS 2, calcule ∆G° para esta reacción a 700°C. 18. Calcule ∆H(J) si 1mol de agua a 35°C y 2atm de presión sufre una transformación cuyo estado final es 65°C y 62atm. Asuma que los siguientes parámetros son independientes de la Temperatura y de la presión. Cp=18cal/(mol.K);
=3*10-4/K;
̅=18.1 cm /mol 3
Recuerde: La entropía y la entalpía son funciones de T y P exclusivamente, y
) = ; (
) =−; (
( ) = ;
( ) =−
19. 1mol de un gas perfecto cuyo C p=2R sufre el proceso descrito en la figura. Calcule q, w, y ∆U en cada etapa y en el proceso total.
Recuerde: lo importante es el procedimiento para hallar los valores, un valor sin procedimiento o sin explicación, no se tendrá en cuenta. q(J)
w(J)
∆U(J)
Etapa a) Etapa b) Etapa c) Total 20. La hemoglobina (Hb) toma el oxígeno que se ocupa en el metabolismo y forma oxihemoglobina (HbO 2) de acuerdo con la siguiente ecuación simplificada: Hb + O2 HbO2 Donde la constante de velocidad es igual a 2.1 x 10 6 M-1 s -1 a 37°C. Considerando que para un adulto promedio las concentraciones iniciales de Hb y de O 2 en la sangre pulmonar son de 8 x 10 -6 M y 1.5 x 10 -6 M, respectivamente: a) Calcule la velocidad inicial de formación de la HbO 2. b) ¿Cuál será la razón de concentración entre Hb y O 2 después de transcurrido 1 segundo de metabolismo? c) Si la energía de activación para esta reacción es de 33.7 kJ/mol, calcule el valor de la constante de velocidad a 45°C.
