UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA E.A.P – E.A.P – INGENIERÍA INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL CURSO: FISICOQUÍMICA TAREA N°02 PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA – TERMODINÁMICA – TERMOQUIMICA TERMOQUIMICA Desarrollar los siguientes problemas y presentarlo en grupos de 5 alumnos. PROBLEMA 1: Una máquina de vapor trabaja entre la temperatura de la caldera de 250°C y la de un condensador de 50°C y desarrolla una potencia de 10 Watts. Si se conoce que el rendimiento es del 30% respecto del correspondiente a una máquina térmica térmica ideal que opera entre las mismas temperaturas, hallar la cantidad de calor que se debe comunicar a la caldera en la unidad de tiempo.
PROBLEMA 2 Un gas ideal diatómico se encuentra inicialmente a una temperatura T1= 350 K, una presión p1 = 105 Pa y ocupa un volumen V1 =0.5 m3. El gas se expande adiabáticamente hasta ocupar un volumen V2 = 1.5 m3. Posteriormente se comprime isotérmicamente hasta que su volumen es V1 y finalmente vuelve a su estado inicial mediante una transformación isocora. Si las transformaciones son reversibles. Determine lo siguiente: a) b)
Dibuje el ciclo p-V y determine el número de moles del gas, la presión y la temperatura después de la expansión adiabática. Determine la variación de la energía interna, el trabajo y el calor en cada transformación.
PROBLEMA 3 Una máquina térmica trabaja con 3 moles de un gas monoatómico, describiendo el ciclo reversible ABCD de la figura. Sabiendo que VC = 2 VB: a) Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en cada vértice. b) Deducir las expresiones del trabajo en cada etapa d el ciclo. c) Calcular de forma directa en cada etapa del ciclo (siempre que sea posible), el trabajo, el calor y la variación de energía interna. d) El rendimiento del ciclo. R = 0,082 atm l/mol K = 8,314 J/mol K; 1cal = 4,186 J; 1atm = 1,013 105Pa, Cv = 3R/2
PROBLEMA 4 En el ciclo de la figura que describe un gas ideal monoatómico a) Calcular el valor de las variables termodinámicas desconocidas en los vértices A, B, C y D. b) Hallar de forma directa el trabajo en cada etapa.
c) El calor, la variación de energía interna y la variación de entropía en cada etapa del ciclo. (Expresar los resultados en Joules). d) Hallar el rendimiento del ciclo.
PROBLEMA 5 La entalpía de combustión de un compuesto orgánico de fórmula C6H12O2 es –2540 kJ/mol Sabiendo que la entalpía estándar de formación estándar del CO2 es –394 kJ/mol y del agua es –242 kJ/mol. Calcular: La entalpía de formación del compuesto orgánico. El volumen de oxígeno medido a 722 mmHg y 37ºC, que consumirá al quemar 58 g. del compuesto. DATOS: masas atómicas H = 1; C = 12 y O = 16
PROBLEMA 6 La entalpía de combustión del ácido benzoico suele usarse como patrón para calibrar las bombas calorimétricas a volumen constante; con exactitud, se ha determinado que su valor es -3226.7 kJ/mol-1 (a) Cuando se oxidaron 0.9862 g de ácido benzoico, la temperatura aumentó de 22 °C hasta 25°C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro? (b) En un experimento aparte, se oxidaron 0.4654 g de ∞-D glucosa (C6H12O6) en el mismo calorímetro, y la temperatura aumentó de 21°C a 21.7 °C. Calcule la entalpía de combustión de la glucosa, el valor de ∆Ur en la combustión y la entalpía molar de formación de la glucosa.
PROBLEMA 7 A partir de los siguientes calores de combustión. 3
CH3OH (l) + O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (l) 2
C( grafito) + O2 (g) → CO2(g)
∆Hr = - 726.4 kJmol-1
∆Hr = - 393.5 kJmol-1
1
H2 (g) + O2 (g) → H2O (l) ∆Hr = - 285.8 kJmol-1 2
Determine la entalpía de formación de metanol (CH3OH) a partir de sus elementos: 1
C(grafito) + 2 H2 (g) + O2 (g) → CH3OH(l) 2
PROBLEMA 8 Un mol de gas ideal se calienta lentamente a una presión constante de 2,0 atm desde 20 a 300 K. Suponiendo que Cp = 5/2R, calcular q, w, ΔE y ΔH.
PROBLEMA 9 Determinar la variación de energía interna para el proceso de combustión de 1 mol de propano a 25ºC y 1 atm, si la variación de entalpía, en estas condiciones, es de -2.219,8 kJ.
PROBLEMA 10 Calcule la entalpía de neutralización del ácido cianhídrico con hidróxido de sodio. HCN (ac) + NaOH (ac) → _NaCN (ac) + H2O(l) Las entalpias de formación en kJ/mol, son como siguen: H2O(l): -286; NaCN(ac): 89; NaOH(ac): 469; HCN (ac): 105.
PROBLEMA 11 Calcule el valor de ΔH a 400K para la reacción: CO(g) + ½ O2(g) → CO2 (g) Datos: Entalpías de formación, ΔHºf, en kJ/mol; CO(g) = -110,53; CO2(g) = -393,51. Capacidades calóricas molares a presión constante, Cp, en J/mol K; CO(g) = 29,14; O2(g) = 29,36 ; CO2(g)= 37,11.
