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EJERCICIOS DE FISICOQUIMICA POBLEMAS:

EDWIN ISRAEL DZUL CANCHE 09 DE MAYO DEL 2012

EJERCICIOS DE FISICOQUIMICA LAIDLER Y MARON

TAREA 1 1.- ¿Qué es condensación? El proceso de condensación es un cambio de fase de una sustancia del estado gaseoso (vapor) al estado líquido. Este cambio de fase genera una cierta cantidad de energía llamada "calor latente". El paso de gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura. La condensación, a una temperatura dada, conlleva una liberación de energía, así el estado líquido es más favorable desde el punto de vista energético. 1.18(LAIDLER).- ¿Cuáles son las fracciones molares y presiones parciales de cada gas en un recipiente de 2.5L en la que 100g de nitrógeno y 100g de dióxido de carbono se añaden 25°C?¿cuál es la presión total?   
 



   

  

 
 

  


  


 

 


  


 

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1.19(LAIDLER).- la descomposición de KClO3 produce 27.8 cm3 de O2, que se recolecta sobre agua a 27.5ºc. La presión del vapor de vapor de agua a esta temperatura es 27.5 Torr. Si en el barómetro se lee una presión de 751.4 Torr, encuentra el volumen que ocuparía el gas seco a 25ºC y 1.00 bar. R=26.259cm3
?. ;)>/?@--A.;)?@--! .;*BC( ! .0*D!  .E.)0BC( =.?> ;EF?@--! (FF)D!

TAREA 2 Fuerzas intermoleculares e intramoleculares: Las fuerzas intermoleculares, fuerzas de atracción entre moléculas a veces también reciben el nombre de enlaces intermoleculares aunque son considerablemente más débiles que los enlaces iónicos, covalentes y metálicos. Las principales fuerzas intermoleculares son: El enlace de hidrógeno (antiguamente conocido como puente de hidrógeno) Las fuerzas de Van der Waals, que podemos clasificar a su vez en: Dipolo - Dipolo. Dipolo - Dipolo inducido. Fuerzas de dispersión de London. 2.17 (laidler).- si la entalpia de combustión GBHI del ciclo propano gaseoso C3H6 es -2091.2 KJ/mol a 25°C, calcular la entalpia estándar de formación. Reacción de combustión: J

C3 H6 (g)+  O2 (g) C (grafito)+O2 (g) K

H2 (g)+O2 (g) 3C (grafito)+3H2 (g)

3CO2 (g)+3H2O (l) CO2 (g) H2O (l)

ΔfH°= -393.51KJ/mol ΔfH°=-285.83KJ/mol

C3H6 (g)

ΔfH°=3ΔfH°(CO2)+ 3ΔfH°(H2O)- ΔcH°(ciclopropano) ΔfH°=53.2KJ/mol 2.20.- calcule ΔH para la reacción: C2H5OH (l) + O2 (g)

CH3COOH (l) + H2O (l)

Empleando las entalpias de formación que se dan en el apéndice D. ¿es congruente con los resultados obtenidos para el problema 2.19?

GLI M$ %"N La suma de las entalpias del problema 2.19 da un total de -494.6KJ/mol esto da una ligera variación de -2.07KJ/mol.

3.2(maron).- se hace una solución disolviendo 22.5 g de Na2CO3 . 10 H2O en agua agregando esta ultima hasta que el volumen total es de 200 cc. La densidad de la solución resultante es de 1.040 g/cc. Calcular la molaridad, normalidad y la fracción molar de Na2CO3 en la solución. Na2CO3= 106 g/mol H2O = 180 g/mol 286 g/mol

1000 cc = 1 L 200 cc = .2 L PQ3R2SOTUO43OS24VW2X YUS2OR24UVZ43Q

Numero de moles =O

XZRUQ2OTUOR24US

Molaridad=^W1Q2SOTUO43OS24ZVW2X= Normalidad =

=

O_`\Oabc O^

[OPQ3R2S \]OPNR24

= .393 M

K[` UdZWe34UX1UOdZWRWV2 = = O^W1Q2S ^W1Q2OTUOS24ZVW2X

Equivalente químico =

Peso equivalente =

R3S3OTUOSZS13XVW3 YUS2OUdZWe34UX1UO

= .078 mol

=

.786 N

[OPQ3R2S Kfg

YUS2OR24UVZ43QOTUO43OSZS13XVW3 3

=

= .157

\]OPONR24 

= 143

Fracción molar Masa= densidad . Volumen = (1.04 g / cc ) ( . 2 L) = 208 gramos Masa de la solución – masa del soluto = masa del solvente masa del solvente= 208 gramos – 22.5 = 185.5 gramos normalidad H20= 185.5 g = 1.0305 mol 180 g/mol

1.0305 mol + .078 mol = numero de moles totales = 1.1091 mol X1= .0786 = .07086 mol 1.1091 4.28(maron).- utilizando las constantes de la capacidad calorífica de la tabla 4.6 hallar la cantidad de calor requerido para elevar la temperatura de 200 g de CO2 (g) desde 300 a 500 K (a) a presión constante y b a volumen constante suponer que Cp – Cv = R cal mol-1 grado-1. n = m/ PM= 200 g/ 44 g mol-1= 4.5 mol

cP= a + bT + cT2 + dT3 cP= 5.166 + 15.177 x 103 (500 °K) -95.78 x 107 (500 °K)2 + 2.260 x 109 (500 °K) 3 =2.8226 x 1017

cP= 5.166 + 15.177 x 103 (300 °K) -95.78 x 107 (300 °K)2 + 2.260 x 109 (300 °K) 3 =6.093 x 1016 cP media= 2.8226 x 1017 + 6.093 x 1016= 1.7159 x 1017 cal mol-1 grado 2 ΔH=n cP ΔT = (4.5 mol) (1.7159 x 1017 cal mol-1 grado) ( 200 °K)= 1.54 x 1020 cal cV= cP – R = 1.7159 x 1017 cal mol-1 grado – 1.987 cal mol-1 grado= 1.7159 x 1017 cal mol-1 grado ΔU=n cV ΔT = (4.5 mol) (1.7159 x 1017 cal mol-1 grado) ( 200 °K)= 7.721 x 1017 cal Respuesta: 1402 Cal/ºC

Tarea 3 ¿Cuántas y cuales son las leyes de la termodinámica? Ley Cero de la Termodinámica: El equilibrio termodinámico de un sistema se define como la condición del mismo en el cual las variables empíricas usadas para definir un estado del sistema (presión, volumen, campo eléctrico, polarización, magnetización, tensión lineal, tensión superficial, entre otras) no son dependientes del tiempo. A dichas variables empíricas (experimentales) de un sistema se les conoce como coordenadas termodinámicas del sistema. A este principio se le llama del equilibrio termodinámico. Si dos sistemas A y B están en equilibrio termodinámico, y B está en equilibrio termodinámico con un tercer sistema C, entonces A y C están a su vez en equilibrio termodinámico. Este principio es fundamental, aun siendo ampliamente aceptado, no fue formulado formalmente hasta después de haberse enunciado las otras tres leyes. De ahí que recibe la posición 0.

Primer Ley de la Termodinámica: También conocido como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema cambiará. Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. En forma de ecuación: Q + W = ΔEint Donde "Q" es el calor absorbido o cedido por el sistema, "W" es el calor efectuado por o realizado sobre el sistema y "ΔEint" es la variación de su energía interna.

Segunda Ley de la Termodinámica: Esta ley regula la dirección en la que deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la imposibilidad de que ocurran en el sentido contrario (por ejemplo, que una mancha de tinta dispersada en el agua pueda volver a concentrase en un pequeño volumen). También establece, en algunos casos, la imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo en otro sin pérdidas. De esta forma, La Segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía que hipotéticamente pudieran llevarse a cabo teniendo en cuenta sólo el Primer Principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la existencia de una magnitud física llamada entropía tal que, para un sistema aislado (que no intercambia materia ni energía con su entorno), la variación de la entropía siempre debe ser mayor que cero. Debido a esta ley también se tiene que el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los cuerpos a temperatura más alta a aquellos de temperatura más baja.

Tercera Ley de la Termodinámica: La Tercera de las leyes de la termodinámica, propuesto por Walther Nernst, afirma que es imposible alcanzar una temperatura igual al cero absoluto mediante un número finito de procesos físicos. Puede formularse también como que a medida que un sistema dado se aproxima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante específico. La entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales al cero absoluto. No es una noción exigida por la Termodinámica clásica, así que es probablemente inapropiado tratarlo de “ley”. Es importante recordar que los principios o leyes de la Termodinámica son sólo generalizaciones estadísticas, válidas siempre para los sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel cuántico. El demonio de Maxwell ejemplifica cómo puede concebirse un sistema cuántico que rompa las leyes de la Termodinámica. Asimismo, cabe destacar que el primer principio, el de conservación de la energía, es la más sólida y universal de las leyes de la naturaleza descubiertas hasta ahora por la ciencia.

3.25.- un recipiente tiene una división, que da lugar a dos compartimentos. Un lado contiene 5 moles de O2 a una presión de 1atm; el otro tiene 5 moles de N2 a una presión de 1atm. Calcule el cambio de entropía al retirar la división. h

W






h N




 W 

h " Gij

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"N% W #

h " l 
"N% Gij

k l ! k # W GiXU12 Gij 6 Gij

" " 6

); E(>;mNn # #

3.29 (laidler) se coloca 5 moles de agua a 50°C en un refrigerador que se mantiene a 3°C. Calcule GS para el sistema, el ambiente, y el cambio neto de entropía, considerando que Cp para el agua es 75.3J/Kmol y que es independiente de la temperatura. GiSWS1UR3
op
q

QUhWQPUQ3T2Q "

# l st k l M)0 .FmNn r ! k 3PZ3 #  #

" l  # M #! >;E0) )m uQUhQWPUQ3T2Q
opG ! k # GiQUhQW

uQUhQW $"

k l E/ >>/>mNn

%  GiXU13 GiSWS1 6 GiQUhQW kM

" $ " l6k l / 0>/>mNn # #

R=1.98719cal/mol k Cp=4.967975cal/mol k Cv=Cp-R=2.980785cal/mol k

a)Gv
op


]__y fJ]`J`[V34 
g__z O R24y

Gv !  Gv  

w ! wK

b)Gv
ox


w ! wK

n=3

J\_`\[V34 ]__y 
g__z =6.198cal/mol R24y

Gv ! 

p

s{|

3O]z!fJfKJOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOO  3O]gz!KJf`J

 $ GL  M K

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$

   K





GL

 GL } ~ $59 $ !

  

GL }

$   Af ~  59N

f[`]_]KV34 _`K[  R24 }]fJK_€ ~

5258.728 cal/mol=105.17cal/g

Tarea 4 Molaridad: En química, la concentración molar (también llamada molaridad), es una medida de la concentración de un soluto en una disolución, o de alguna especie molecular, ionica, o atómica que se encuentra en un volumen dado. Sin embargo, en termodinámica la utilización de la concentración molar a menudo no es conveniente, porque el volumen de la mayor parte de las soluciones depende en parte de la temperatura, debido a la dilatación térmica. Este problema se resuelve normalmente introduciendo coeficientes o factores de corrección de la temperatura, o utilizando medidas de concentración independiente de la temperatura tales como la molalidad. 4.16(laidler).- En 3000 K las presiones de equilibrio parcial de CO2, CO y O2 son de 0.6, 0.4 y 0.2 atm, respectivamente. Calcular ΔG ° a 3000 K para la reacción:

o‚ !

o‚ ! 6 ‚ !

GƒI M
%pI M %p

f31R!j 31R! ]31R!j

\gKf[„y R24

 9…

 #! st  9…!

]_g`f† O  #‡N R24

7.3(maron).-Una mezcla de tres gases, cuya presión total a 90 atm a 300 K contiene tres moles de cada gas, los coeficientes de actividad de estos gases cuando están solos a 90 atm de presión son respectivamente ƳA= .760 ƳB=0.920 ƳC=1.16 ¿Cuáles son las fugacidades de los gases en la mezcla. a= PƳ ai = Pi Yi = Ni Pt Yi Fracción mol=

XOR24US g = XO12134US J

aA= Ni Pt Yi = (3/9)(90 atm) (.760) = 22.8 atm aB= Ni Pt Yi = (3/9)(90 atm) (.920) = 27.6 atm aC= Ni Pt Yi = (3/9)(90 atm) (1.16) = 34.8 atm

TAREA 5 6.-¿Qué es una fase? En termodinámica y química, se denomina fase a cada una de las partes macroscópicas de una composición química y propiedades físicas homogéneas que forman un sistema. Los sistemas monofásicos se denominan homogéneos, y los que están formados por varias fases se denominan mezclas o sistemas heterogéneos. Se debe distinguir entre fase y estado de agregación de la materia. Por ejemplo, el grafito y el diamante son dos formas alotrópicas del carbono; son, por lo tanto, fases distintas, pero ambas pertenecen al mismo estado de agregación (sólido). También es frecuente confundir fase y microconstituyente; por ejemplo, en un acero cada grano de perlita es un microconstituyente, pero está formado por dos fases, ferrita y cementita.

9.8(maron).- con los datos de la tabla 9.2 calcular el calor molar de vaporización del alcohol etílico. Respuesta=9420cal/mol (1000g) Solvente Alcohol etílico

GLx




P.E°C 78.4

ˆ wU‰!j

XŠ‹Œ zU‰

K___P

f]PNR24





Ž‘Ž’“Œ ”‹Œ•

Kb(obs) 1.20 g[Kfz!j

K`gJR24K

$

Kb(calc) 1.19

$  O59N

5.5(laidler).- La presión de vapor de n-propanol es de 1.94 kPa a 293 K y 31.86 kPa a 343 K. ¿Cuál es la entalpía de vaporización? GH ?. M ?> =. k l –— k l

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GH (/(n M .0(n (> *ED=, l

k l –— k ˜ (/(n  .0(n > 0/D=,

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GH / 0;)™>FA/ ! * (>/)mNnC@–

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5.21(laidler).- el volumen molal parcial del componente 2 en una solución puede representarse asi: œ. > › ›< l —>

M œ>—> 6 œ.—.! . ! k l—

›—. Donde n1 y M1 son la cantidad y la masa molar del componente 1, y n2 y M2 representan las mismas cantidades para el componente 2. La densidad es . Expresese esta ecuación en términos de las fracciones molares Y1 y Y2. Respuesta=

žj Ÿ

TŸ

M K  K 6    ! K N¡ ! T¢ j

Regla de Euler de la cadena
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k lO k
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¥i…9O¦:§9O9Ox9iO9Oi§i…¨…§¨:O¥
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puede despejarse y multiplicar a œ>—> 6 œ.—.

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Sabiendo que n1/nT=X1 (presión parcial de x compuesto) sustituimos:

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Y como .Oesta multiplicando puede multiplicar a x1: ›< —> ›—.

™> 6 œ.™.!

™> TŸ ! q r . T«j

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