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• Juan Jose Clavijo

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CAPITULO 4: BALANCES DE MATERIA: 1. La gravedad específica del agua es 1.0000 a 4.0°C. Una corriente de agua a 4°C tiene velocidad de flujo másico de 255 g/s. ¿Cuál es su velocidad de flujo volumétrico? Si la temperatura de la corriente se eleva a 75°C, ¿cambia la velocidad del flujo másico? ¿Cómo esperaría que vanara la velocidad de flujo volumétrico? ¿Cómo calcularía la velocidad de flujo volumétrico a 75°C sin medirla? R.- 255 cm3/s. Si T aumenta, la velocidad de flujo másico permanece constante pero la velocidad de flujo volumétrico aumenta poco. Buscaría la densidad del agua líquida a 75°C y la dividiría entre 200 g/s. 2.

La equivalencia de presiones 14.696 lbf/𝒊𝒏𝟐 ⇔ 760 mm Hg no está completa. Debe

formularse como 14.6% Ibf/𝒊𝒏𝟐 ⇔ 760 mm Hg a 0°C ¿Por qué es necesario, desde el punto de vista técnico, indicar la temperatura? ¿Por qué no constituye un error grave el hecho de omitir la temperatura? R.- Ph =ρgh y ρHg varia con la temperatura. La diferencia seria mínima.

3. Suponga que se mezclan m1 (g) del líquido A de densidad 𝝆𝟏 (g/𝒄𝒎𝟑 ), 𝒎𝟐 (g) del líquido 𝑨𝟐 de densidad 𝝆𝟐 …, y 𝒎𝒏 (g) del liquido 𝑨𝒏 de densidad p„. Suponiendo aditividad de volumen, demuestre que la densidad de la mezcla se obtiene mediante la ecuación 5.1-1.

4.- ¿Qué es una ecuación de estado? ¿Cuál es la ecuación de estado de los gases ideales? ¿En qué condiciones (temperaturas y presiones altas o bajas) proporciona estimaciones más exactas la ecuación de los gases ideales? R.- Una relación entre la presión absoluta, el volumen específico y la temperatura absoluta de una sustancia. PV=RT. Alta T, baja

5.- Dos cilindros de gas tienen volúmenes idénticos y contienen gases a la misma temperatura y presión. El cilindro A contiene hidrógeno y el B contiene dióxido de carbono. Suponiendo que los gases tienen comportamiento ideal, diga cuáles de las siguientes variables diferirán para los dos gases: (a) número de gramos-mol. (b) número de moléculas, (c) masas, (d) volumen molar especifico (Lmol). (c) Densidades de masa (g-L)? Indique cuál de cada una de las cantidades que difieren será mayor y por cuánto. (Suponga que se comportan como gases ideales. R.- (c), (e). La masa y la densidad de masa del C02 son mayores, cada una por un factor de (P𝑀𝐶𝑂2 /P𝑀𝐻2 ) = 22.

6.-Por una tubería fluyen 100 gramos de etileno (C2H4) por hora a 1.2 atm y 70°C y 100 g h de buteno (C4H8) fluyen por una segunda tubería a las mismas temperatura y presión. ¿Cuáles de las siguientes cantidades difieren para los dos gases: (a) velocidad de flujo volumétrico, (b) volumen molar especifico (L mol). (c) Densidad másica (g L)? Para cada una de las cantidades que difieren, ¿cuál es mayor y por cuánto? (Suponga que se comportan como gases ideales. R.- (a) y (c) ̇ 𝑛𝑅𝑇 𝑃 Donde E denota al etileno y B al buteno. 𝑃𝑀𝐵 = 2𝑃𝑀𝐸 = 𝑉𝐸 = 2𝑉̈𝐵 𝑉 = 𝑅𝑇𝑃, 𝑞𝑢𝑒 𝑒𝑠 𝑒𝑙 𝑚𝑖𝑠𝑚𝑜 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝐵 𝑦 𝐸. Densidad de masa: (𝑃𝑀)𝑃 𝜌 = 𝑚̇⁄ ̇ = → 𝜌𝐵 = 2𝜌𝐸 𝑉 𝑅𝑇 𝑉̇ =

7.- Un gas se almacena a T=200 K y P=20 atm. Indique si la ecuación de estado de los gases ideales proporcionaría una estimación del volumen específico del gas.𝑽̇ (L/mol), con diferencia de 1% respecto al valor verdadero R. - RT/P= [0.08206𝐿 ∗ 𝑎𝑡𝑚/(𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾)](200 K)/ (20 atm) = 0.8206 L/mol,=, 𝜌𝑏 16.- Si el isopropanol a 550 K y 1 atm se comprime en forma isotérmica hasta 100 atm, ¿se formará un condensado? ¿Qué termino usaría para referirse al fluido en su estado inicial? ¿Y en su estado final? R.- Gas. Fluido supercrítico.

CAPITULO 7: ENERGIA Y BALANCES DE ENERGIA AUTOEVALUACION l. ¿Qué formas de energía puede poseer un sistema? ¿En qué formas se puede transferir energía hacia y desde un sistema cerrado? R.- Las formas de energía son energía cinética, energía potencial y energía interna. 2.- ¿Por qué carece de significado hablar del calor que posee un sistema? R.-El calor se define como una forma de energía en tránsito, es decir que estará presente solo por un tiempo determinado. 3.-Suponga que la energía inicial de un sistema (interna + cinética + potencial) es E¡ la energía final es Er, y que una cantidad Q de energía se transfiere de los alrededores al sistema como calor y otra cantidad W pasa del sistema a los alrededores como trabajo. Según la primera ley de la termodinámica, ¿cómo deben estar relacionadas E¡ Er, Q y W? R.- La energía final es igual a la energía inicial más el aporte de calor y trabajo del sistema. Ef=Ei +Q+W

AUTOEVALUACIÓN Un gas fluye por una tubería larga de diámetro constante. La salida de la tubería está más arriba que la entrada y la presión del gas de la salida es menor que la de la entrada. La temperatura del gas es constante en toda la tubería y el sistema está en estado estacionario. l. ¿Cómo se compara la velocidad de flujo másico en la entrada y la salida? ¿Y las densidades? ¿Y las velocidades de flujo volumétrico? (Suponga comportamiento de gas ideal.) R.-flujo másico de entrada es igual al flujo másico de salida, la densidad de entrada es mayor a la de salida y el flujo volumétrico de salida es mayor al de la entrada.

2. Diga si el cambio de energía potencial del gas de la entrada a la salida es positivo, negativo o cero. ¿Qué hay del cambio de energía cinética R.- Como la salida de la tubería se encuentra más elevada que la entrada entonces la energía potencial es mayor a la salida y la energía cinética final también es mayor porque hubo incremento de velocidad.

AUTOEVALUACIÓN l. ¿Qué significan los términos sistema cerrado y sistema abierto? ¿Qué es un proceso

adiabático? Sistema cerrado.- la mas no atraviesa los límites del sistema. Sistema abierto.- la masa atraviesa los límites del sistema. Sistema adiabático.- el calor no atraviesa los límites del sistema. 2.-Si se agregan 250 J a un sistema en forma de calor, ¿cuál será el valor de Q en la ecuación de balance de energía? Si se realizan 250 J de trabajo sobre el sistema, ¿cuál es el valor de W? R.-Si el calor se agrega al sistema calor es positivo Q=250j Si el sistema efectúa trabajo el trabajo es negativo W=-250j 3.-Si un sistema cerrado tiene una energía interna de 100 kcal al comenzar un proceso y 50 kcal al finalizar, ¿cuál es el valor de∆ U? R.-∆U=Uf-Ui=50Kcal-100Kcal=-50Kcal 4.-¿Bajo qué circunstancias se podría considerar que U es independiente de la presión para una sustancia pura? R.-Si la sustancia es un sólido o un líquido o un gas bajo condiciones cercanas a las ideales resulta razonable despreciar la independencia de U con la presión.

AUTOEVALUACIÓN Un líquido incompresible fluye por una tubería horizontal recta. La fricción del fluido en el interior de la tu- bería provoca que se u-ansfiera una pequeña cantidad de calor del flu ido; para compensar, debe real izarse trabajo de flujo sobre el fluido para desplazarlo a través del sistema (de modo que Wn es menor que cero).

1.- ¿Cómo se relacionan V entrada y V salida donde V es la velocidad de flujo volumétrico del líquido? (Recuerde que el fluido es incompresible.)

R.-W=Pent. *Vent. –Psal.*Vsal Por la ecuación de continuidad para un fluido incompresible Vent=Psal 2.-¿Cómo deben relacionarse las presiones P entrada y P salida? ¿ (P entrada > P salida, P entrada = P salida 0 ..P entrada

Psal.

AUTOEVALUACIÓN La energía interna específica de cierto fluido es 200 cal/g. l. ¿Cuál es la energía interna de 30 g de este fluido? R.-600 2.-Si el fluido sale de un sistema a velocidad de flujo de 5 g/min, ¿a qué velocidad transportará energía interna fuera del sistema? R.-16.66 cal/s 3.-¿Qué necesitaría saber para calcular la entalpía específica de este fluido? R.-Se necesitaría la presión.

AUTOEVALUACIÓN ¿Cómo simplificaría la ecuación 7.4-15 en cada uno de los siguientes casos? l. No hay partes móviles en el sistema. R.-Si no hay partes móviles en el sistema entonces no se efectua trabajo W=0 2.-El sistema y sus alrededores están a la misma temperatura. R.-Como la temperatura es constante entonces el calor es igual Q=0 3.-Las velocidades lineales de todas las corrientes son las mismas. R.-Si la velocidad de salida es igual a la de entrada entonces ∆E=Ecf-Ecf=0 4.-Todas las corrientes entran y salen del proceso a una misma altura. R.- Si la altura es la misma entonces la entalpia potencial final es igual a la inicial ∆Ep=Epf-Epi=0

AUTOEVALUACIÓN 1.-¿Qué es una propiedad de estado?

cal

R.- es una magnitud física macroscópica que caracteriza el estado de un sistema en equilibrio, y no de la forma en que el sistema llegó a dicho estado. 2.-La entalpía de un vapor A en relación con A líquido a OºC y l atm es 5000 J/kg a OºC y l atm, y 7500 J/kg a 30°C y I atm. (a) ¿Qué valor tiene H para A (1) a OºC y I atm? R.-Dado que n puede conocerse H en forma absoluta, por conveniencia podemos establecer un valor de Hₒ=0 para un estado de referencia de OºC. (b) ¿Cuál es el valor aproximado de H para A (v) a OºC y 5 atm? R.-El valor de H varia con respecto a la temperatura por tanto 1 atm o 5tam H será 5000j/kg. (c)¿Cuál es el valor de para el proceso A (v, 30°C, 1 atm) -+ A (v, OºC, l atm)? R= 1500 J/Kg ¿Depende la respuesta del estado de referencia empleado para generar la tabla de entalpias? ¿Por qué no? R.- no ¿Por qué no? Porque el ejercicio proporciona todos los datos para determinar el incremento de entalpias.

AUTOEVALUACIÓN l. ¿En qué condiciones es aplicable el balance de energía mecánica, ecuación 7.7-2? ¿Cuál es la importancia física del término de pérdida por fricción, F, en esta ecuación? R.-Fluido incomprensible, transferencia de calor despreciable y ausencia de cambios de energía debido a otros factores por la fricción. 2.-¿En qué condiciones es aplicable la ecuación de Bernoulli , ecuación 7.7-3? R.-Para un proceso inviscido, es decir que no existe perdida por fricción (F=0), entonces es aplicable la ∆P

∆v

𝑔

ecuación de Bernoulli 𝑃 + 2𝑔𝑐 + 𝑔𝑐∆z=0

CAPITULO 8: BALANCES EN PROCESOS NO REACTIVOS AUTOEVALUACIÓN

Suponga que el vapor de agua a 300ºC y 5 bar se elige como un estado de referencia donde

fI se

define como cero. En relación con este estado, ¿cuál es la entalpía específica del agua líquida a 75°C y I bar? ¿Cuál es la energía interna específica del agua líquida a 75ºC y I bar? (Use la tabla B.7.)

AUTOEVALUACIÓN Construya una trayectoria de proceso para cada uno de los siguientes casos, la cual conste de pasos se- cuenciales de los cinco tipos mencionados en la sección anterior. (Se da una solución ilustrativa para el primer proceso.)

l. El nitrógeno a 20ºC y 200 mm Hg se calienta y se comprime a 140°C y 40 ann. (Una

solución de un número infinüo de posibi lidades: calentarlo a 200 mm Hg desde 20°C a 140°C, y después comprimirlo isotérmicamente de 200 mm Hg a 40 atm.) 2. El vapor de ciclohexano a I 80ºC y 5 aun se enfría y condensa aciclohexano líquido a 25ºC y 5 atm. El cambio de entalpía para la condensación del ciclohexano a 80.7ºC y 1 aun es conocido. 3. Agua a 30ºC y l atm y NaOH a 25ºC y 1 atm se mezclan para formar una solución acuosa de NaOH a 50ºC y 1 atm. Se conoce el cambio de entalpía para la solución del NaOH en agua a 25°C y L atm. 4. Se mezclan 02 a l 70ºC y I atm y CH4 a 25ºC y 1 ann y se dejan reaccionar en su totalidad pa- ra formar C02 y H20 a 300ºC y I atrn. Se conoce el cambio de entalpia para la reacción que ocurre a 25ºC y 1 atm.

AUTOEVALUACIÓN l. ¿Cuál de las siguientes suposiciones parece razonable para cada proceso

isotérmico descrito a continuación? (i) fl. Ú "' O, t:Ji"' O; (ii) fl. Ú "' O, fl.ÍI (i) ni (ii). (a) H20 (!,1 atm) ...... H20 (1, 1200 atm), T= 25ºC (b) N 2 (g, 1 atm) ...... N 2 (g, 1.2 atm), T = 25ºC (e) N 2 (g, 1 atm) ...... N2 (g, 200 atm), T = 25ºC

2. Considere el proceso C2H6 (g, 25ºC, l atm) -+ C2H6 (g, 25ºC, 30 ann)

#:

O; (iii) ni

¿Cómo usaría las gráficas de compresibilidad para detenninar si es razonable despreciar fl.H en este proceso?

AUTOEVALUACIÓN l. Por definición, ¿qué significan C,, y Cp? 2. Suponga que la fórmula

se emplea para calcular el cambio de entalpía específico para un cambio de temperatura y pre- sión experimentado por (a) un gas ideal, (b) un gas muy alejado del comportamiento ideal, y (c) un líquido. ¿Para cuál de ellos es exacta esta fórmula y para cuál es probable que produzca un error significativo? Si Cp para un gas ideal es 0.5 cal/(g·ºC) (es decir, una constante), ¿qué cambio de entalpía entalpía en calorías corresponde a un cambio de IOºC a 30ºC experimentado por cinco gramos del gas?

AUTOEVALUACIÓN l. La capacidad calorífica de una especie es 28.5 J/(mol·K). Recordando que la unidad de tempe- ratura en el

denominador se refiere a un intervalo de temperatura , ¿cuál es la capacidad calorí- fica de esa especie en J/(mol·ºC)? 2. La constante de los gases, R, es aproximadamente igual a 2 cal/(mol·K). Si CP para un vapor es 7 cal/(mol·ºC), estime Cv para éste. Si CP para un líquido es 7 cal/(mol·ºC), estime Cu para el mismo.

3. Emplee la tabla 8.8 o B.9 para calcular las siguientes cantidades:

(a) La entalpia específica (kJ/mol) del N2 a lOOOºC en relación con N2 a 300ºC. (b) tHí(kJ/mol) para el proceso COi(g, 800°C, 1 atm) -+ C02(g, 300ºC, l atm). (e) Li.H(Btu/h) para 100 lb-mol de 02/h que se enfrían de 500ºF y 1.5 atm a 200ºF y 0.75

atm.

AUTOEVALUACIÓN

l. Estime la capacidad caJorifica del carbonato de calcio sólido (CaC03) uti lizando la regla de Kopp y la tabla

B.1O.

2. Dos kilogramos de n-hexano l íquido [Cp = 2.5 kJ/(kg·ºC)] se mezclan con I kg de ciclohexano líquido [Cp = l.8 kJ/(kg·ºC)] y se calientan de 20ºC a 30ºC. Use la regla para mezclas líquidas (regla 1) dada en esta sección para demostrar que t:;.H =- 68 kJ para este proceso. ¿Qué valor tie- ne Mf(kJ/kg mezcla)? 3.Una solución acuosa al 0.100% por peso de cloruro de sodio se calienta de 25ºC a 50ºC. Utilice la regla para soluciones (regla 2) dada en la presente sección para estimar t.Íí(callg) para este proceso. Cp para el agua es 1 cal/(g·ºC). 4.La capacidad calorífica del agua liquida es I cal/(g·ºC), y la del etanol es 0.54 cal/(g·ºC). Esti- me la capacidad calorífica de una mezcla que contiene 50% de etanol y 50% de agua por masa.

AUTOEVALUACIÓN l. Si le dan tm valor de calor de vaporización de lOOºC y I atm, ¿confiaría en usarlo para estimar el cambio de entalpía para una vaporización a I OOºC y 2 atm? ¿Y a 200ºC y I atm? 2. Las entalpías de un líquido puro y su vapor a 75ºC y l atm SOll 100 J/mol y 1000 J/mol, en for- ma respectiva, ambas medidas en relación con el líquido a OºC. (a) ¿Cuál es la entalpía de líquido a OºC? (b) ¿Cuál es el calor de vaporización a 75ºC? (e) Suponga que cuenta con datos de la capacidad calorífica del líquido y su vapor. ¿Qué tra- yectoria seguiría para calcular el cambio de entalpía asociado con 100 mol del vapor a 400ºC que se enfrían y condensan para formar un líquido a 25ºC? 3. El calor de fusión del cloruro de cinc a 556 K es t:.Íím = 5500 cal/mol, y el calor de vaporiza- ción de esta sustancia a l 000 K es !:.Hv = 28,710 cal/mol. Estime !:.Ún,(556 K) y t:.Üv( 1000 K) para el ZnC12. [Digamos R = 2 cal/(mol ·K).]

¿Cómo estimaría Mv para un hjdrocarburo puro en su punto normal de ebullición en cada una de las si- guientes condiciones?

AUTOEVALUACIÓN

l. Sólo conoce el punto normal de ebullición. 2. Conoce nada más el punto normal de ebullfoión y las constantes críticas. 3. Tiene los datos de presión de vapor en un rango que abarca p* = 1 atm, y la gráfica semiloga-rítmica de p* contra l/ T es una línea recta. 4. Repita el inciso 3. pero suponga que la gráfica es una cw·va. 5. Conoce f:..Hv a una temperatura distinta de Tpeb y desconoce las capacidades caloríficas de la sustancia en sus formas líquida y gaseosa. 6. Repita el inciso 5, pero suponga que tiene los datos de capacidad calorífica.

AUTOEVALUACIÓN El aire a 25ºC y I atm tiene una hu medad relativa de 20%. Util ice el diagrama psicrom étrico para esti- mar la htunedad absoluta, la temperanu·a de bulbo húmedo , el punto de rocío, el volumen húmedo y la entalpía específica del aire.

AUTOEVALUACIÓN 1.(a) ¿En qué condiciones la temperatura y la humedad de un gas sometjdo a enfriamiento adia- bático siguen una curva única sobre un diagrama psicrométrico , sin importar la temperatura de entrada del líquido? (b) ¿Coincide esta curva con la linea de temperatura de bulbo húmedo constante si el gas es ajre y el l íquido es agua? (c) ¿Qué ocurre si son nitrógeno y acetona? 2. Aire a 26ºC con humedad relativa de 10% se somete a humidificación adiabática. Utilice la fi- gura 8.4- 1 para estimar la temperatura de saturación adiabática del aire. Si el aire de salida tie- ne una temperatura de bulbo seco de 14ºC, determine su humedad absoluta, su humedad relativa y su entalpia específica.

AUTOEVALUACIÓN El calor de solución de un soluto A en agua a 25ºC es -40 kJ/mol A para r = 10 mol H20/mol A y -60 kJ/mol A para dilución i11finita.

l. ¿Cuál es la entalpia específica (kJ/mol A) de una solución acuosa de A para la cual r = 10 mol H20/mol A en relación con: (a) H20 pura y A a 25ºC? (b) H20 pu ra y una solución acuosa infinitamente diluida de A? 2. Si 5 mol de A se disuelven en 50 mol de H20 a 25°C.¿cuánto calor se desprende o absorbe? (Diga qué sucede observando que Q = !).H para este proceso.) 3. ¿Cuánto calor se desprende o se absorbe si la solución preparada en el inciso 2 se vacía en un gran tanque de agua a 25ºC?

CAPITULO9: BALANCES EN PROCESOS REACTIVOS

AUTOEVALUACIÓN l. Explique en sus propias palabras los conceptos de reacción endotérmica y reacción exotérmica.Út il ice en su expl icación los términos "enlaces químicos" y "calor de reacción". R. 2. Las dos siguientes oraciones parecen ser contradictorias:

En una reacción exotérmica, los productos están a menor nivel energético que los reactivos. Sin embargo. si el reactor 110 se enfría. Los productos están más calientes que los reactivos, lo cual significa que deben e11co11tmrse a 1111 nivelenergético superior que los reactivos.

Identifique el error lógico en este párrafo.

AUTOEVALUACIÓN l. ¿Qué es el calor de reacción? ¿Qué es el calor estándar de reacción?

R.- El calor de reacción de entalpia de reacción es la diferencia de ( Hprod-Hreact.) Y el calor normal de reacción cuando tanto los reactivos con los producto se encuentran a 1 presión y una T=25 ºC especifica.

2.-Suponga que 6.fI; es -40 kJ/11101 para la reacción 2A ---+ B. (a) ¿Cuál es el valor de la relación (kJ/mol A que reaccionaron)?

R.-∆Hͦr=2(-40Kj/mol)=-80kl/mol (b) Diga si la reacción es exotérmica o endotérmica a 25ºC y l atm. R.-La reacción es exotérmica (por el signo negativo) (C)Si los reactivos y productos están a la misma temperatura, ind ique si se debe agregar o reti- rar calor del reactor. (Su ponga que el balance de energía se reduce a Q = ó.H.) R.- Suponiendo que q=∆h si esta ajo esta condición se suministra calor a fin de mantener constante la temperatura (así la velocidad de reacción) evitando así que disminuya. {d) Si el reactor es adiabático (Q = O), diga si los productos saldrán a mayor o menor tempera- tura que la de los reactivos que entran.

R.- Sera mayor.

3. C6H14Cl) +

𝟏𝟗 𝟐

02 ---+ 6 C02 +7 H20(1):

𝟏𝟗

C6H14(g) +

𝟐

. ∆Hr;= -4163 kJ/mol

02 ---+ 6 C02 + 7 H20(I): ∆Hr; = -4195 kJ/mol

El estado estándar para los calores de reacción es 25° y I atm. ¿Cuál es la importancia fisica dela diferencia entre los dos valores dados de ∆Hr?

R.-Se sabe que el calor de reacción depende de los estados de agregación de los reactivos y los productos por lo tanto la entalpia es una función de estado,la diferencia entre estos dos valores de reacción debe ser el cambio de entalpia asociado con la vaporización de 1 mol de C6H14 a 25 ͦ..

4.-Escriba la fórmula para ∆Ur(T ) en términos de 6.Ílr(T) para la reacción A(g) + 2B(g) + C(l) ---+ D(g) + 2E(s). R.- SOLUCION: Usamos la fórmula de energía interna de reacción; nota líquido y gases son despreciables.

∆Ur(T)= ∆Ur(T) –RT(1-3) ∆Ur(T)= ∆Ur(T)-2RT

AUTOEVALUACIÓN l. ¿Qué es la ley de Hess? R.-Señala el valor del calor de una reacción e s el mismo tanto si esta realiza en una etapa o varias etapas por lo tanto la reacciones se pueden sumar o restar algebraicamente.

2. Suponga que se miden en forma experimental los calores de reacción a 25° para el siguiente con- junto de reacciones: 2A + B -> 2C: !1}Ír1 = -1000 kJ/mol A + D -> e + 3E: t1ft; 2 = -2000 kJ/mol Utilice la ley de Hess para demostrar que para B + 6 E -+ 2D:

t:,.f¡:= + 3000 kJ/mol

R.- Solucion :Multiplico la reacción 2 por 2: 2A+B→2C 2ª+2D→2C+6E B-2D→-6E

Por lo tanto B+6E→2D

∆Hͦr=∆Hr1-2∆Hr2 ∆Hͦr=-1000-2(-2000) ∆Hͦr=3000KJ/MOL esta demostrado

AUTOEVALUACIÓN l. El calor estándar de la reacción 2 co ..... 2 e + 02

es t::.f! ; = +221 .0 kJ/mol. Utilice este resultado para calcular el calor estándar de formación del CO y verifique su resultado con un valor tabulado. R.-La reacción de esta formación de CO es C+1/202 →CO de manera que el calor de formación es igual a -1/2 veces del calor de la reacción dada -110.5kj/mol y este valor coincide con el valor tabulado en la tabla. 2.-Si ∆H r es -28.64 kcal/mol para C3H8(1) y -24.82 kcal/mol para C3Hg(g), ¿cuál es la importancia física de la diferencia entre estos valores? R.- Significa físico es el calor latente de vaporización del propano a 25 ͦC indicando el calor necesario para vaporizar la unidad de masa de un líquido sin que varié la temperatura: Datos ∆H fͦ = -28.64 kcal/mol para 𝐶3 𝐻8 (liq)

∆H fͦ =-24.82 kcal/mol para 𝐶3 𝐻8 (gas) 3.-Considere la reacción CH4 + 2 02 -+ C02 + 2 H20(v) Escriba la fórmula para t::.fl;en términos de los calores estándar de formación de reactivos y pro- ductos. R.-

∆H ͦr= 1 ∆H ͦf CO2 +12 ∆H ͦf H20 -1∆H ͦf CH4

AUTOEVALUACIÓN El calor de formación de A(s) es (!iH';)A = -100 kJ/mol ; los calores de solución de A en el solvente B son (r = 50 mol B/mol A) = -10 kJ/mol y Mi.; (r = oo) = -15 kJ/mol.

M;

l. (a) ¿Cuál es el calor estándar de formación de A(sol, r = 50) en relación con B y los elementos de A(s)? (b) ¿Qué valor tiene liHr para A(sol, ,. = oo) en relación con las mismas referencias? 2. (a) ¿Cuál es la entalpía (kJ/mol A) de una solución de A en B a 25ºC para la cual r = 50, en re-lación con B y los elementos de A a 25ºC? (b) ¿Cuál es la entalpía (kJ) de una solución que contiene 5 mol de A en 250 mol de B a 25ºC, en relación con A(s) y B(I) a 25ºC? ¿Cuál es su valor en relación con B(I) y los elementos de A a 25ºC?

AUTOEVALUACIÓN l. El calor estándar de la reacción n-C4HIO(v)

+ 02 -+ 4 C02 + 5 H20(v)

es -2658 kJ/mol. ¿Cuál es el valor inferior de calentamiento por mol de vapor de 11-butano? ¿Y el valor superior de calentamiento?

2.-Una mezcla gaseosa contiene 40.0% por peso de Hi(VSC = 143 kJ/g) y 60.0% por peso de CH4(VSC=55 kJ/g). Calcule el valor superior de calentamiento de esta mezcla en kJ/g. 3.-En 1998 el carbón bituminoso para calefacción doméstica costaba cerca de $150 por tonelada. ¿Cuánto debería costar el gas natural ($/ton) para ser tan económico como el carbón en base ($/Btu)? (Emplee Ja tabla 9.6-1.)

AUTOEVALUACIÓN l. ¿Cuál es la temperatura de flama adiabática de un combustible?

2.-Suponga que Tad es la temperatura de flama adiabática calculada para una alimentación dada de combustible + aire que se introduce a un horno. Indique dos motivos por los cuales la tempera- tura real del horno podría ser inferior a J:,d·

3.-¿Por qué la temperatura de flama adiabática debe ser mucho mayor pa ra una alimentación deoxígeno puro que para una de aire?

AUTOEVALUACIÓN l. Defina en pocas palabras los siguientes térm inos: (a) ignición, (b) temperatura de autoignición, (c) retardo de la ignición, (d) límites de intlamabilidad de una mezcla combustible-ai re, y (e) pLmto de inflamación de un líquido.

2.-Los Límites de inflamabi l idad de las mezclas de metano-aire son 5% de CH4 y 15% de CH4 a 1 atm, y la temperatura de autoig11ición es 540ºC. (a) ¿Qué sucedería si saltara una chispa en una mezcla de metano y aire que contuviera 10% de CH4? ¿Y en una mezcla con 20% de CH4? (b) Si una mezcla de metano-aire que contuviera 20% de CH 4 se calentara a 700ºC, ¿se llevaría a cabo la reacción de combustión? ¿Qué ocurrida si se apagara la fuente de calor? (e) Es evidente que el metano puro no está dentro del rango explosivo de las mezclas de metano- aire; sin embargo, si escapa metano puro de un cilindro a una habitación y se enciende un ce- rillo cerca, se observa una flama que persiste después de retirar el ceri llo. ¿A qué se debe esto?

AUTOEVALUACIÓN Suponga que lo invitaron a dar una conferencia en la feria científica de una secundaria y le plantean las si-guientes preguntas. ¿Cómo las respondería en términos comprensibles para un niño inteligente de 14 años?

1.-¿Qué es una flama?

2.-¿Qué es una flama amarilla? ¿Y una flama azul?

3.-¿Qué es una detonación? ¿Qué es el fuerte ruido que se escucha cuando algo explota? ¿Qué de- rrumba los edificios cuando se uti liza dinamita? ¿Cómo funciona una pistola?

4.-(Esta pregunta es de uno de los rnaesn· os de ciencias, que considera que debieron haberle ped i- do a él que diera la conferencia.) Dice que el hidrógeno y el oxígeno reaccionan de manera ex- plos iva para formar agua. ¿Por qué puedo mezclar hidrógeno y oxígeno en un matraz y nada ocurre? (Sugerencia: lea de nuevo el pr i ncipio de la sección 9.6c.)