EJERCICIOS PARA RESOLVER DE FISICOQUIMICA

EJERCICIOS PARA RESOLVER DE FISICOQUIMICA

1. Un mol de gas de Van der Waals a 27 °C se expande isotérmica y reversiblemente desde 10 hasta 30 L. Calcular el trabajo producido:

a = 5. 49 L2atm/ mol,       b = 0.064 L/ mol.

2. A partir del valor de Cp, para el oxígeno calcular Q, W, ∆U y ∆H para el cambio de estado:

1. p = constante, 100°C a 300°C.
2. V = constante, 100°C a 300°C.

Cp = 6.0954  +  3.2533x 10-3T  -  10.171x 10-7 T2

3. Un mol de un gas ideal a 27°C y 10 atm de presión, se expande adiabáticamente hasta una presión constante opositora de 1 atm. Calcular la temperatura final, Q, W, ∆U y ∆H para los dos casos, en que Cv = (3/2)R y  Cv = (5/2)R

4. Tres moles de un gas ideal se expanden de T, p1, V1  a T, p2,  V2 en dos etapas:

Especificamos que el punto P’, V’ está sobre la isoterma a la temperatura T.

1. Formular la expresión para el trabajo producido en esta expansión en términos de T, p1, p2 y P’.
2. ¿Para qué valor de P’ tiene el trabajo un valor máximo en esta expansión en dos etapas? ¿Cuál es el valor máximo del trabajo producido?

5. A 27 oC una mezcla de gases en un campo gravitacional ejerce una presión total de 14.7 PSI y consta de 0.600 de fracción mol de N2, el resto es CO2.

a) Calcúlense las presiones parciales de N2 y CO2, la presión total y la fracción mol de N2 en la mezcla a una altura de 70 Km.

b) Calcúlese el número de moles de N2 a una altura entre 0 y 70 Km. en una columna cuya área de sección transversal es de 5 m2.

6. Un mol de un gas ideal, inicialmente a 35°C, se expande:

1. Isotérmicamente y reversiblemente desde 40 a 60 L/ mol, e
2. Isotérmicamente e irreversiblemente contra una presión de oposición cero (expansión de Joule) desde 40 a 60 L/ mol. Calcular ∆U, Q y W para (a) y (b).

7. Una rueda de un automóvil contiene aire a una presión total de 320 kPa y 20°C. Se retira la válvula y se permite que el aire se expanda adiabáticamente contra una presión externa constante de 100 kPa hasta que la presión dentro y fuera de la rueda es la misma.  La capacidad calorífica molar del aire es Cv,m = 5/2 R.  El aire puede considerarse como un gas ideal. Calcúlense la temperatura final del gas en la rueda, Q, W, ΔU y ΔH.

8. Un mol de un gas ideal experimenta una compresión adiabática en una sola etapa con una presión de oposición constante igual a 1,00 MPa.  Inicialmente, el gas se encuentra a 27 °C y 0,100 MPa de presión.  La presión final es 1,00 MPa.  Calcúlese la temperatura final del gas, Q, W, ΔU y ΔH.  Hágase esto para dos casos:

Caso  1.   Gas monoatómico, Cv,m = 3/2 R.

Caso  2.   Gas diatómico,  Cv,m = 5/2 R.

9. a) Tres moles de un gas ideal a 27°C con un Cv = 3/2R experimentan una expansión isotérmica reversible desde 20 dm3 hasta 60 dm3. Calcúlese. Q, W, ΔU y  ΔH. b) Calcúlense Q, W, ΔU y  ΔH si el mismo gas a 27°C tiene una compresión isotérmica reversible de 60 dm3 hasta 20 dm3.

10. Un sistema contiene un gas cuya capacidad calorífica molar a presión constante es 5R/2, y y sigue la ecuación de estado: PV= n (RT+BP), con B=82 cm3mol-1. Determinar:

a) el coeficiente de expansión térmica y el factor de compresibilidad isoterma del sistema;

b) su coeficiente de Joule-Thomson;

c) la temperatura final del gas cuando un mol de este sufre una expansión adiabática estrangulada desde 500K y 50 atm hasta una presión final de 1 atm

d) ΔH, W en el caso anterior.

11. Derive expresiones generales para los cambios en H correspondientes a los cambios de estado p1,T1→p2,T2 para un gas cuya ecuación de estado es:

                                      [pic 1]     Con b y c constantes.

12. Un mol de un gas ideal está encerrado a una presión constante Pop = p = 2 atm. La temperatura varía desde 100ºC hasta 25ºC.

a) Cual es el valor de W?

b) Si Cv,m = 3 cal/K mol, calcular Q, ΔU y ΔH.

13. Si un gas ideal se somete a una expansión politrópica reversible, se cumple que pVn = C, donde C y n son constantes y n > 1.

a) Calcular el trabajo para esta expansión, si un mol de gas se expande de V1 a V2 y si T = 300ºC, T2 = 200ºC y n = 2.

b) Si Cv,m = 5 cal/K mol, calcular Q, ΔU y ΔH.

14. a) El coeficiente de expansión térmica del agua líquida es 2.1 x 10-4 K y la densidad es 1 g/cm3. Si se calientan 200 cm3 de agua, de 25ºC a 50ºC bajo presión constante de 1 atm, calcular el W.

b) Si Cp,m = 18 cal/K mol, calcular Q y ΔH.

15. Una muestra que consiste en 1,00 mol de Ar es expandida en forma isotérmica a 0ºC desde 22,4 L hasta 44,8 L (a) reversiblemente, (b) en contra de una expresión externa igual a la presión final del gas y (c) libremente (en contra de una expresión externa cero). Para los tres procesos calcule Q, W, ΔU y ΔH.

16. En la compresión isotérmica reversible de 52,0 mmol de un gas perfecto a 260 K, el volumen del gas es reducido a un tercio de su valor inicial, Calcule w para este proceso.

17. El valor de Cp,m para una muestra de gas perfecto se encuentra que varía con la temperatura de acuerdo a la siguiente expresión Cp,m /(JK-1) = 20,17 + 0,3665 (T/K). Calcule q, w, ΔU, ΔH para un mol de cuando la temperatura es elevada de 25°C a 200°C. (a) a p constante, (b) a volumen constante.

18. Considere un gas perfecto contenido en un cilindro y separado en dos secciones A y B, por un pistón que se mueve sin fricción. La sección B está en contacto con un baño de agua que lo mantiene a temperatura constante. Inicialmente TA = TB = 300 K, VA = VB = 2,00 L y nA = nB = 2,00 moles. Se suministra calor a la sección A y el pistón se mueve hacia la derecha reversiblemente hasta que el volumen final de la sección B es 1,00 L. Calcule (a) el trabajo hecho por el gas en la sección A, (b) ΔU para el gas en la sección B, (c) Q para el gas en B, (d) ΔU para el gas en la sección A y (e) Q para el gas en A. Suponga CV,m = 20,0 J K-1 mol-1.

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