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FISICOQUÍMICA (QMC-206)

SEGUNDA CLASE – FECHA 13/03/2019

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): En La Paz (𝑡𝑒𝑏 = 90[℃]) 4[𝐿] de agua líquida, inicialmente a 15[℃] están contenidos en una tetera silbadora. Si el proceso se lleva a cabo en una cocina que funciona con GLP (cuya compasión másica es del 80% de metano y el resto de etano), donde solo se aprovecha el 70% del calor desarrollado por la cocina. Cual será: a) el tiempo que debe de transcurrir hasta que la caldera deje de silbar, desde que se entiende la cocina, b) el cambio de energía interna; c) la variación de entalpia. La caldera tiene un equivalente calorífico igual a 400[𝑔] de agua. 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 Potencia calorífica: 𝐶𝐻4 = 11945 [ 𝑔 ]; 𝐶2 𝐻6 = 11342 [ 𝑔 ] 𝑐𝑎𝑙

La garrafa de GLP pesa 10[𝑘𝑔] y dura 24[ℎ] de trabajo continuo. ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 9720 [𝑚𝑜𝑙]. PROBLEMA Nº2 (50%): Una botella plástica de 2[𝐿] contiene aire a 27[℃] y 11,5[𝑎𝑡𝑚] de presión manométrica, se expande hasta 1[𝑎𝑡𝑚]. i) isotérmica y reversiblemente ii) adiabática y reversiblemente a) ¿Cuánto de trabajo total puede realizar en esta expansión? b) cuanto será el trabajo útil o utilizable (no se debe olvidar que al salir el gas de la botella tiene que empujar a la atmosfera)

TERCERA CLASE – FECHA 25/03/2019

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): En la ciudad de La Paz un ingeniero desea diseñar un horno y deberá calcular la temperatura más elevada que soportan las paredes del horno, de esta forma elegir un material de construcción adecuado, para ello se quema un gas que tiene una composición en peso del 97% de propano y el resto un inerte 𝐶𝑎𝑙 𝑔 (𝑐𝑝 = 5 [𝑚𝑜𝑙𝐾] ; 𝑀 = 4 [𝑚𝑜𝑙]) que es alimentado a 40[℃] con aire húmedo precalentado a 50[℃], si se usa un 50% de exceso de aire. ∗ Determinar la temperatura de llama adiabática, 𝑝𝑣(50[℃]) = 92,51[𝑚𝑚𝐻𝑔]. 𝐶3 𝐻8 𝐶𝑂2 𝐻2 𝑂 𝑁2 𝑂2 𝐶𝑎𝑙 −24820 −94052 −57798 𝐻𝑓 [ ] 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑙 𝑐𝑝 [ ] 17,6 9,4 8,25 6,9 7,25 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 PROBLEMA Nº2 (50%): En la obtención de hierro metálico en el Mutún (se puede suponer que está prácticamente a nivel del mar), la temperatura de trabajo en los hornos de fusión debe superar los 1600[℃]. Si se usa como combustible un gas equimolar de propano y butano con un 40% en exceso de aire húmedo al 80% que ingresa a 50[℃], determine mediante cálculos si este combustible es conveniente o no, 𝑝𝑣∗ = 92,51[𝑚𝑚𝐻𝑔]. Propano

Butano

𝐶𝑂2

𝐻2 𝑂

𝑁2

𝑂2

𝐶𝑎𝑙 −24820 −29812 −94052 −57798 ] 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑙 𝑐𝑝 [ ] 17,6 21,0 9,4 8,25 6,9 7,25 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐻𝑓 [

CUARTA CLASE – FECHA 25/03/2019

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): En la ciudad de La Paz un ingeniero desea diseñar un horno y deberá calcular la temperatura más elevada que soportan las paredes del horno, de esta forma elegir un material de construcción adecuado, para ello se quema un gas que tiene una composición en peso del 97% de propano y el resto un inerte 𝐶𝑎𝑙 𝑔 (𝑐𝑝 = 5 [ ] ; 𝑀 = 4 [ ]) que es alimentado a 40[℃] con aire húmedo precalentado a 50[℃], si se usa un 𝑚𝑜𝑙𝐾 𝑚𝑜𝑙 ∗ 50% de exceso de aire. Determinar la temperatura de llama adiabática, 𝑝𝑣(50[℃]) = 92,51[𝑚𝑚𝐻𝑔]. 𝐶3 𝐻8

𝐶𝑂2

𝐻2 𝑂

𝑁2

𝑂2

𝐶𝑎𝑙 −24820 −94052 −57798 ] 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎𝑙 𝑐𝑝 [ ] 17,6 9,4 8,25 6,9 7,25 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐻𝑓 [

𝑘𝑔

PROBLEMA Nº2 (50%):10 litros de un compuesto gaseoso con densidad 2,3581 [𝑚3 ] a 10[℃] se quema con aire húmedo precalentado cuya temperatura varia en 48[º𝑅𝑒] en comparación al compuesto gaseoso, con 50% de humedad relativa se usa un 70% de exceso de aire húmedo y se tiene un rendimiento del 80%. Para determinar la fórmula molecular del compuesto gaseoso se sabe que contiene 85,8% de 𝐶 y 14,2% de 𝐻 en una mezcla de masa iguales del compuesto y metano ejerce una presión de 1450[𝑚𝑚𝐻𝑔]; siendo la presión de metano igual a 1050[𝑚𝑚𝐻𝑔]. Determinar la temperatura de llama adiabática en Kelvin. 𝑝𝑣∗ = 234,03[𝑚𝑚𝐻𝑔] (a la temperatura del aire húmedo). Compuesto Gaseoso 𝐶𝑂2 𝐻2 𝑂 𝑁2 𝑂2 𝐽 0 0 20394,22 −393776,914 −241988,666 𝐻𝑓 [ ] 𝑚𝑜𝑙 𝐽 𝑐𝑝 [ ] 65,1 39,3559 34,5411 28,8889 30,3543 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝑔𝑟𝑎𝑑𝑜

CUARTO PARCIAL – FECHA 15/05/2019

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (20%): A que temperatura en Kelvin el oxígeno sufrirá un 50% de disociación en oxigeno atómico a presión total de 1 atmosfera. 𝑂2(𝑔) → 2𝑂(𝑔)

;

∆𝐻 0 = 249,17 [

𝑘𝐽 ] 𝑚𝑜𝑙

;

∆𝐺 0 = 231,75 [

𝑘𝐽 ] 𝑚𝑜𝑙

PROBLEMA Nº2 (20%): Determine la composición de equilibrio de una mezcla de 𝐶𝑂, 𝐶𝑂2 y 𝑂2 a 2000[𝐾] y 600[𝑚𝑚𝐻𝑔] en una mezcla que contiene un átomo de carbono (𝐶) por 1,5 átomos de oxigeno (𝑂). Sustancia ∆𝐻𝑓0 [ 𝑂2(𝑔)

𝑘𝐽 𝑘𝐽 ] 𝑎 298[𝐾] ∆𝐺𝑓0 [ ] 𝑎 298[𝐾] 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 0 0

𝐶𝑂(𝑔)

−110,5

−137,3

𝐶𝑂2(𝑔)

−393,5

−394,4

PROBLEMA Nº3 (20%): Cuando se mezclan 0,2 moles de gas 𝑁2 con 0,6 moles de gas 𝐻2 en un recipiente de 3[𝐿] a cierta temperatura, se observa que el 50% de 𝑁2 reacciona con el 𝐻2 formando amoniaco gaseoso, ¿Cuántos moles de 𝐻2 se deben añadir a la cantidad inicial para que la conversión sea del 60%? PROBLEMA Nº4 (20%): Un lecho de carbón (considere que es carbono puro) en un gasificador de coque alimentado con oxígeno puro a 495[𝑚𝑚𝐻𝑔] (en La Paz), produce una corriente gaseosa que contiene 𝑂2, 𝐶𝑂2, y 𝐶𝑂. Calcule la composición en equilibrio de la corriente gaseosa a la temperatura de 800[𝐾]. Se puede

considerar que las entalpias de reacción son independientes de la temperatura. Para el cálculo se disponen de los siguientes datos: 𝑘𝐽 𝑘𝐽 Sustancia ∆𝐻𝑓0 [ ] 𝑎 298[𝐾] ∆𝐺𝑓0 [ ] 𝑎 298[𝐾] 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑜𝑙 𝑂2(𝑔) 0 0 𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑡𝑜)

0

0

𝐶𝑂(𝑔)

−110,53

−137,15

𝐶𝑂2(𝑔)

−393,51

−394,36

PROBLEMA Nº5 (20%): Para la reacción: 2𝐴(𝑔) ↔ 𝐵(𝑔) + 𝐶(𝑔) A 298[𝐾] ∆𝐻𝑓0 = 813,4 [

𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

] y ∆𝐺𝑓0 = 2,478 [

𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙

]. también ∆𝑐𝑝 = −83 + 44 ∙ 10−3 𝑇 − 33 ∙ 10−7 𝑇 2 [

para esta reacción; a) Deduzca una expresión de 𝑘𝑝 en función de𝑇 (𝑘𝑝 = 𝑓(𝑇) ). b) A que temperatura 𝑘𝑝 = 1000

𝐽 𝑚𝑜𝑙𝐾

]

QUINTO PARCIAL – FECHA 27/05/2019

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): Las sustancias 𝐴 y 𝐵 totalmente miscibles, quedan muy bien representadas por la Ley de Raoult a presiones bajas y moderadas. a) Construir el diagrama 𝑝𝑇 − 𝑥𝐴 , 𝑦𝐴 a 80[℃] y el diagrama 𝑇 − 𝑥𝐴 , 𝑦𝐴 a 1[𝑎𝑡𝑚] de presión total. b) 100 moles de gas conteniendo 50% en moles de 𝐴 y 50% en moles de 𝐵, inicialmente a 140[℃] se enfría a presión constante (1[𝑎𝑡𝑚]) hasta 90[℃]. ¿Cuántos moles de líquido y vapor se encuentran en equilibrio a 90[℃]? ¿Cuál es la composición de las fases en equilibrio? c) Con los datos de presión y temperatura de 𝐴 calcule la entalpia de vaporización de 𝐴, considerar ∆𝐻𝑣 constante 𝑇[℃] 𝑝𝐴0 [𝑎𝑡𝑚] 𝑝𝐵0 [𝑎𝑡𝑚]

60 80 100 120 1 1,45 2,10 2,87 0,21 0,37 0,62 1

PROBLEMA Nº2 (50%): El agua y el nitrobenceno pueden considerados inmiscibles, sus presiones de vapor en [𝑚𝑚𝐻𝑔] son: Sustancia 50[℃] 100[℃] 150[℃] Agua 92,5 760 ---Nitrobenceno ----22,4 148,0 Determinar el punto de ebullición de la mezcla de agua y el nitrobenceno a 1[𝑎𝑡𝑚] de presión.

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

QUINTO PARCIAL – FECHA 03/06/2019

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): 100 mol de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición de 30% de ácido acético se tratan en contacto sencillo a 18[℃] con 50[𝐿] de una solución de ácido acético (𝜌𝑟 = 1,1) cuya concentración se determinó titulando una alícuota de 100[𝑐𝑚3 ] de la solución acida con 20[𝑐𝑚3 ] de una solución de hidróxido de calcio de concentración desconocida, preparados con 10[𝑔] de hidróxido de calcio del 60% de pureza, aplicando el método de Sherwood. Determinar: a) La cantidad de refinado y su composición. b) La cantidad de extracto y su composición. c) El porcentaje de ácido aceitico extraído. d) Cantidad mínima de disolvente a utilizar. (C=12, O=16, H=1, Ca=40, Cl=35,5) PROBLEMA Nº2 (50%): 100 mol de una mezcla de ácido acético-cloroformo de composición de 30% de ácido acético se tratan en contacto sencillo a 18[℃] con 50[𝐿] de una solución de ácido acético (𝜌𝑟 = 1,1) cuya concentración se determinó titulando una alícuota de 100[𝑐𝑚3 ] de la solución acida con 20[𝑐𝑚3 ] de una solución de hidróxido de calcio de concentración desconocida, que se preparó haciendo reaccionar 7,214[𝑔] de óxido de calcio del 70% de pureza con agua, teniendo un rendimiento de reacción del 90%, aplicando el método de Sherwood. Determinar: a) La cantidad de refinado y su composición. b) La cantidad de extracto y su composición. c) El porcentaje de ácido aceitico extraído. (C=12, O=16, H=1, Ca=40, Cl=35,5)

TERCER PARCIAL – FECHA 19/07/2019

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (20%): Al pie de una montaña donde la presión atmosférica es 661.2[𝑚𝑚𝐻𝑔], un excursionista llena una botella de plástico de 5 litros con aire hasta y una presión de 9 atmosferas a 17[℃]. El excursionista sube la montaña hasta una altura de 3.2[𝑘𝑚] de la base y de pronto la botella explota, determine el cambio de entropía que sufre el aire de la botella en el proceso de explosión. Considere que la temperatura 𝑔

atmosférica es de 17[℃], no cambia con la altura y la masa molar del aire de 29 [𝑚𝑜𝑙]. PROBLEMA Nº2 (20%): Una muestra de argón (gas monoatómico) está contenido en un pistón (de diámetro igual a 5[𝑐𝑚]) con un embolo deslizable. Si el volumen inicial a 25[℃] y 2[𝑎𝑡𝑚] es de 500[𝑐𝑚3 ]. Calcular el cambio de entropía cuando el gas se expande a lo largo de 10[𝑐𝑚] del pistón y simultáneamente se calienta en 75[℃]. PROBLEMA Nº3 (20%): En un recipiente aislado se mezclan 200[𝑔] de hielo a 0[℃] y 500[𝑔] de mercurio a 90[℃], calcule el estado del sistema cuando se alcance el equilibrio y el cambio de entropía. Calor de fusión del 𝐽

𝐽

𝐽

hielo 334400 [𝑘𝑔]. Calor especifico del agua 4180 [𝑘𝑔∙℃], calor especifico del mercurio 0.140 [𝑔∙℃]. PROBLEMA Nº4 (20%): Casi en la cumbre del Sajama (6600 𝑚𝑠𝑛𝑚), donde hace unos diez días se realizó uno de los partidos de futbol de mayor altitud (como parte de la campaña contra el veto de la altura); en un calorímetro de constante despreciable, se pusieron en contacto 350[𝑔] de hielo a −90[℃] y 0.1[𝑘𝑔] de vapor a 150[℃]. ¿Cuál será la variación total de entropía? ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 9720 [

𝑐𝑎𝑙 ] , 𝑚𝑜𝑙

∆𝐻𝑓𝑢𝑠 = 1440 [

𝑐𝑎𝑙 ] 𝑚𝑜𝑙

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 ] , 𝐶𝑝(𝑣𝑎𝑝𝑜𝑟) = 6.8 [ ], 𝐶𝑝(𝑙𝑖𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜) = 18 [ ] 𝑔∙℃ 𝑚𝑜𝑙 ∙ ℃ 𝑚𝑜𝑙 ∙ ℃ 𝑚 𝑐𝑎𝑙 𝑔 𝑔 = 9.81 [ 2 ] , 𝑅 = 1.98 [ ], 𝑀𝑎𝑖𝑟𝑒 = 28.8 [ ] 𝑠 𝑚𝑜𝑙 ∙ 𝐾 𝑚𝑜𝑙 PROBLEMA Nº5 (20%): Un recipiente rígido y aislado contiene 10 litros de aire a 25[℃] y 1[𝐵𝑎𝑟] de presión cerrado por un pistón sin masa de área 400[𝑐𝑚2 ]. El sistema inicialmente en equilibrio con la presión externa que también es de 1[𝐵𝑎𝑟], se suelta sobre el pistón un bloque de 10[𝑘𝑔] y el gas se comprime en una sola etapa y bruscamente, hasta que la presión externa se iguala con la presión interna del aire, calcule el cambio de entropía 𝐶𝑝(ℎ𝑖𝑒𝑙𝑜) = 0.5 [

𝐽

para este proceso. DATOS: 𝐶𝑝(𝑎𝑖𝑟𝑒) = 29.1 [𝑚𝑜𝑙∙℃].

FISICOQUÍMICA (QMC-206)

CUARTO PARCIAL – FECHA 25/11/2019

APELLIDOS Y NOMBRE (S):…………………………………………..CARRERA:……………..………….. PROBLEMA Nº1 (50%): Considere la siguiente reacción: 1 𝐴𝑔2 𝑂(𝑠) ↔ 2𝐴𝑔(𝑠) + 𝑂2(𝑔) 2 Para la cual: ∆𝐺 0 = 7740 + 4,14𝑇 ∙ log 𝑇 − 28,84𝑇[𝑐𝑎𝑙] a) ¿A qué temperatura será la presión de equilibrio del oxigeno 1[𝑎𝑡𝑚]? b) Expresar el log 𝑘𝑝 , ∆𝐻 0, ∆𝑆 0 como función de la temperatura y evaluarla a 𝑇 = 500[𝐾] PROBLEMA Nº2 (50%): Una mezcla equimolar de 𝐶𝑂2 y 𝐻2 (completamente seco), a 27[℃] y 1[𝑎𝑡𝑚] de 0 presión se humedece hasta alcanzar el 81% de humedad relativa (𝑝𝑣(27℃) = 100[𝑚𝑚𝐻𝑔]). Esta mezcla, ahora húmeda, se alimenta a un reactor químico donde se verifica la reacción: 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2(𝑔) ↔ 𝐶𝑂(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑣) 𝑐𝑎𝑙

0 Si la temperatura de los gases de salida del reactor es de 927[℃] y el ∆𝐺927℃ = −1646,92 [𝑚𝑜𝑙].