Principios de la termodinámica

EJERCICIOS

Grupo 1: Primer principio de la termodinámica - Proceso isotérmico, isobárico e isocórico.

Pregunta 1.1:

Consideremos un gas ideal dentro de la cámara de un pistón, donde el volumen inicial es 5 litros y la presión inicial es de 12 atm. Supongamos que el pistón se eleva  (expansión) y alcanza un volumen final de 7.5 litros, oponiéndose a una presión externa constante de 2.5 atm. Dato: considere 1 atm*L = 101.3 J.

1. Calcule el trabajo durante el proceso (J).
2. Suponiendo que la temperatura es constante; calcule la presión final del gas (atm).

Respuesta:

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Fuente: Físico-Química (2010). David W. Ball. Edit. Cengage Learning.  

Pregunta 1.4:

Una muestra de gas ideal de 3 litros a 6 atm de presión y 100°C, se comprime isotérmica y reversiblemente hasta un volumen de 0.05 litros. Después se calienta a 1500 K, se expande hasta 3 litros y entonces se enfría finalmente hasta 373K. ¿Cuál es el valor del cambio de energía interna para todo el proceso (Joule)?

Respuesta: el cambio de energía interna para el proceso total es cero (0) ya que las condiciones inicial y final del sistema son las mismas, por lo que tiene el mismo valor absoluto de energía interna (cualquiera que sea).

Fuente: Físico-Química (2010). David W. Ball. Edit. Cengage Learning.  

Grupo 2: Primer principio de la termodinámica - Proceso adiabático.

Pregunta 2.1:

Consideremos la expansión adiabática reversible de 0.09 moles de argón (Ar), inicialmente a 15°C desde 1.5 L a 3.2 L. Las capacidades caloríficas molares a volumen y presión constante son 12.48 J/(mol*K) y 20.79 J/(mol*K); respectivamente. Calcule la temperatura final del gas (K) y el trabajo realizado (J). Dato: considere R = 8.314 J/(mol*K).

Respuesta:

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Pregunta 2.4:

Cinco moles de gas argón (Ar) con Cv = 1.5R es independiente de la temperatura y se expande reversiblemente de 45.8 L y 450 K a 120.5 L. Calcule la presión (atm) y temperatura (K) finales si el proceso es adiabático. Dato: considere Cp = 2.5R y R = 0.082 atm*L/(mol*K).

Respuesta:

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Fuente: Principios de fisicoquímica (2014). Ira, Levine. Edit. McGRAW-HILL.

Fuente: Principios de fisicoquímica (2014). Ira, Levine. Edit. McGRAW-HILL.

Grupo 3: Termoquímica a presión y/o volumen constante.

Pregunta 3.1:

La combustión de 3.02 g de glucosa sólida (C6H12O6) a 25°C en una bomba calorimétrica adiabática con una capacidad calorífica de 7600 J/K da un aumento de temperatura de 5.6°C. Encuentre el calor de reacción por mol de glucosa sólida (kJ/mol). Dato: considere el peso molecular de la glucosa sólida = 180 uma.

Respuesta:

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Fuente: Principios de fisicoquímica (2014). Ira, Levine. Edit. McGRAW-HILL.

Pregunta 3.4:

Cuando 0.857 g de ciclopentano sufren una combustión completa en una bomba calorimétrica, la diferencia de temperatura del baño de agua interno es 3.6°C. Para el ciclopentano, el calor molar de reacción es -3100 kJ/mol. Dado este resultado, ¿cuál es el valor del calor molar de reacción para la combustión del ciclohexano (kJ/mol) si la diferencia de temperatura registrada es 2.15°C cuando 0.95 g de ciclohexano sufren una combustión completa en el mismo calorímetro? La masa de agua en el baño interno es 1650 g y la capacidad calorífica molar del agua es 75 J/(mol*K). Dato: considere los pesos moleculares del ciclopentano y ciclohexano como; 70 uma y 84 uma; respectivamente.

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