Termodinamoca primera ley

Guía de Problemas – Diagramas de Fase y Termoquímica

1. Se utilizan 2 kcal para calentar 600 gr de una sustancia desconocida de 15º C a 40º C. Calcular el calor específico de la sustancia.

2. Un trozo de cadmio de 50 gr tiene una temperatura de 20º C. Si se agregan 400 cal al cadmio, calcular su temperatura final.

3. A un vaso aislante del calor (de plumavit) que contiene 200 cm3 de café a la temperatura de 95º C, se le agregan 40 cm3 de leche que se encuentra a temperatura ambiente. Calcular la temperatura de equilibrio que alcanza la mezcla. (Suponer calor específico de los líquidos igual al del agua y considere un día de primavera).

4. Al desayunar, usted vierte 50 cm3 de leche refrigerada en su taza que contiene 150 cm3 de café recién preparado con agua hirviendo. Calcular la temperatura de equilibrio alcanza esta apetitosa mezcla. (Desprecie la capacidad calórica de la taza).

5. Se enfría un bloque de 40 gr de hielo hasta -50º C. Luego se agrega a 500 gr de agua en un calorímetro de 75 gr de cobre a una temperatura de 25º C. Calcular la temperatura final de la mezcla. Si no se funde todo el hielo, calcular cuánto hielo queda?.

6. En un recipiente aislado se mezclan 150 g de hielo a 0º C y 600 g de agua a 18º C. Calcular: a) la temperatura final del sistema, b) la cantidad de hielo queda cuando el sistema alcanza el equilibrio.

7. Un recipiente de aluminio de 300g contiene 200g de agua a 10º C. Si se vierten 100 g más de agua, pero a 100º C, calcular la temperatura final de equilibrio del sistema.

8. Un calorímetro de 50 g de cobre contiene 250 g de agua a 20º C. Calcular la cantidad de vapor que se debe condensar en el agua para que la temperatura del agua llegue a 50º C.

9. Un calorímetro de aluminio con una masa 100 gr contiene 250 gr de agua. Están en equilibrio térmico a 10º C. Se colocan dos bloques de metal en el agua. Uno es 50 gr de cobre a 80º C. El otro una muestra de masa de 70 gr a una temperatura de 100º C. Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20º C. Deducir de que material se trata la muestra.

10. Un envase plumavit contiene 200 g de mercurio a 0º C. Se le agregan 50 g de alcohol etílico a 50º C y 100 g de agua a 100º C. a) Calcular la temperatura final de la mezcla. b) calcular el calor ganado o perdido por el mercurio, alcohol y agua. Desprecie la capacidad térmica del plumavit.

11. Un cubo de hielo de 20 g a 0º C se calienta hasta que 15 g se han convertido en agua a 100º C y el resto en vapor. Calcular el calor necesario para este proceso.

12. Un trozo de cobre de 1 kg y a 20º C se sumerge en un recipiente con nitrógeno líquido hirviendo a 77K. Calcular la cantidad de nitrógeno que se evapora hasta el momento en que el cobre alcanza los 77K. Suponga que el recipiente está aislado térmicamente. R: 941 kg.

13 Un calorímetro de aluminio con masa de 100 gr. contiene 250 gr. de agua. El calorímetro y el agua están en equilibrio térmico a 10°C. Dos bloques metálicos se ponen en el agua. Uno es una pieza de cobre de 50 gr. a 80°C. El otro bloque tiene una masa de 70 gr. y está originalmente a una temperatura de 100°C. Todo el sistema se estabiliza a una temperatura final de 20°C. Determine el calor específico de la muestra desconocida

14. ¿Cuánta energía se requiere para cambiar un cubo de hielo de 40 gr. de hielo a -10°C a vapor a 110°C?

15. Un calorímetro de cobre de 50 gr. contiene 250 gr. de agua a 20°C. ¿Cuánto vapor debe condensarse en el agua si la temperatura final del sistema debe llegar a 50°C?

16. Una bala de plomo de 3 gr. a 30°C es disparada a una rapidez de 240 m/s en un gran bloque de hielo a 0°C, en el que queda incrustada. ¿Qué cantidad de hielo se derrite?

17. Un gas está a una presión de 1.5 atm y a un volumen de 4 m3. Calcular el trabajo realizado por el gas cuando: a) se expande a una presión constante hasta el doble de su volumen inicial y b) se comprime a presión constante hasta un cuarto de su volumen inicial.

18. Un trozo de metal de 50 g que se encuentra a 200º C se sumerge en un envase que contiene 0.4 kg de agua inicialmente a 20º C. Si la temperatura final de equilibrio del sistema mezclado es 22.4º C, calcular: a) el calor específico del material, b) el calor ganado por el agua. Despreciar la transferencia de calor al envase y al medio ambiente. cA=4186 J/kgºC, mm = 50g, Tim = 200ºC, mA = 400g, TiA = 20ºC, Tfm=22.4ºC =TfA

19. Un mol de un gas ideal se expande contra un pistón que soporta un presión de 0.2 atm. Si la presión inicial del gas es de 10 atm y la presión final es de 0.4 atm, manteniéndose la temperatura constante  a 0ºC, calcule:

1. El trabajo, (en calorías), realizado por el gas durante la expansión.
2. El cambio en la energía interna del gas.
3. El calor transferido en el cambio.

20. Tres moles de un gas ideal a 27°C se expanden isotérmica y reversiblemente desde 20 hasta 60 litros. Calcular W, Q, ∆U y ∆H

21. Un mol de un gas ideal se expande reversiblemente a partir de una presión inicial de 10.0 atm hasta una presión final de 0.4 atm, manteniéndose la temperatura constante en 273 K, determine:

1. El cambio en la energía interna del gas.
2. El trabajo hecho por el gas al expandirse.
3. El calor transferido durante el proceso

22. Una muestra de 2 moles de helio inicialmente a 300 K y 0.4 atm se comprime de manera isotérmica a 1.2 atm. Observando que el helio se comporta como gas ideal, encuentre (a) el volumen final del gas, (b) el trabajo realizado sobre el gas, y (c) la energía transferida por calor.

23. Se quema carbono (C) con aire seco. El análisis volumétrico  de los productos  es de 10.06%  de CO2,      0.42% CO, 10.69% de O2 y 78.83% de N2. Determine:  a) La relación aire-combustible b) El porcentaje del teórico usado.

24. Se quema metano (CH4)  con aire seco. El análisis  de los productos en base seca es de 5.20% de  CO2, 0.33% de CO, 11.24% de O2 y  83.23% de N2. Determine a) La relación  aire-combustible b) El porcentaje usado del aire teórico.

25. Se quema alcohol metílico (CH3OH) con 100% de exceso  de aire. Durante la combustión  60% del carbono en el combustible forma CO2 y 40% es convertido a CO. Escriba la ecuación  balanceada de reación y determine  la relación aire-combustible

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