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PROBLEMAS DE QUMICA TERMODINAMICA 1. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre desde 10 ºC a 100 ºC.

Solución

(

)

2. suponiendo que a 100 g de aluminio a 10 ºC se le suministre la cantidad de calor necesario del ejercicio anterior deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estará más caliente.

.

Solución

3. Un trozo de 6,22 Kg de cobre metálico se calienta dese 20,5 °C hasta 324,3 °C. calcule el calor absorbido (en KJ) por el metal.

Solución:

(

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)

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4. Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0ºC y 300 g de agua a 50ºC. Solución

(

)

(

)

5. Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 ºC para condensarlo y enfriarlo hasta 20 ºC calor de vaporización 540 cal/g

Solución

6. Un calorímetro de 55 g de cobre contiene 250 g de agua a 18 ºC. Se introduce en él 75 g de una aleación a una temperatura de 100 ºC, y la temperatura resultante es de 20,4 ºC. Hallar el calor específico de la aleación.

Solución

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7. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 300 g de cobre desde 40 ºC a 100 ºC.

Solución

(

)

8. La combustión de 5 g de coque eleva la temperatura de 1 l de agua desde 10 ºC hasta 47 ºC. Hallar el poder calorífico del coque.

Solución

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9. El agua en la parte superior de las cataratas del Niágara tiene una temperatura de 10 ºC. Si ésta cae una distancia total de 50 m y toda su energía potencial se emplea para calentar el agua, calcule la temperatura del agua en el fondo de la catarata

Solución

Si tomamos como masa del agua a

Además si

10. ¿Cuánto calor debe agregarse a 20 g de aluminio a 20 ºC para fundirlo completamente? Calor de fusión del aluminio

; Calor específico

del aluminio 0,215 cal/g ºC; Punto de fusión del aluminio: 660 ºC

Solución

Además calor necesario para que cambie de estado es

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11. Una bala de plomo de 3 g se desplaza a 240 m/s cuando se incrusta en un bloque de hielo a 0 ºC. Si todo el calor generado funde el hielo, ¿qué cantidad de hielo se derrite? (el calor latente de fusión para el hielo es de 80 kcal/kg y el calor específico del plomo es de 0,030 kcal/kg. ºC.

Solución (

)

12. ¿Qué energía desprenden al aire 80 g de vapor de agua que se condensan en una ventana? En calorías Datos: Vapor Le = 2257 J/g Solución:

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13. Una herradura de hierro de 1,5 Kg inicialmente a 600 ºC se sumerge en una cubeta que contiene 20 Kg de agua a 25 ºC. ¿Cuál es la temperatura final?

Solución

[

( [(

) ( ) (

)] )]

(

)

14. A una sartén de acero de 300 g de masa se le aumenta la energía interna en 200 J: a) ¿Qué aumento de temperatura se produce? b) Si su temperatura inicial es de 25 ºC, ¿Cuál será la temperatura final? Dato: Calor específico del acero 450 J/kg·K.

Solución

a)

b)

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15. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 500 g de agua si se aumenta su temperatura de 50 ºC a 60 ºC? suponga volumen constante

Solución

16. Un cubito de hielo de 30 g de masa se encuentra a –5 ºC. Calcula la energía que hay que comunicar para que se pase al estado líquido. Datos: Hielo Lf = 334,4 J/g. ce = 2,13 J/g·K

Solución Energía necesaria = energía para cambio de fase + energía para la variación de temperatura -) Energía de variación de temperatura

-) Energía de cambio de fase

17. Se pone en contacto 500 g de agua a 10 ºC con 500 g de hierro a 90º C. Calcula la temperatura a la que se produce el equilibrio térmico. Datos: Hierro ce = 0.489 J/g·K. Solución (

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)

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18. Se quiere fundir 1 kg de hielo a 0 ºC echando agua a 60 ºC. ¿Qué cantidad de agua se necesita? Datos: Hielo Lf = 334,4 J/g.

Solución

19. En un experimento se suministran 40000 J de energía en forma de calor y esto eleva la temperatura de un bloque de aluminio 80 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es de 300 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

20. ¿Qué energía desprenden al aire 10 g de vapor de agua que se condensan en una ventana? Datos: Vapor Le = 2257 J/g

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Solución

21. ¿Cuánto calor hay que transferir para fundir una barra de hierro de masa 10 kg que se encuentra a 0 ºC? Datos: Temperatura de fusión del hierro 1535 ºC, Lf = 25,080 J/g, ce = 0,489 J/g·K. Solución

22. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 400 g de agua si se aumenta su temperatura de 30 ºC a 80 ºC? si el sistema realiza un trabajo de 400J.

Solución

23. Una hoja de oro que pesa 15g y se encuentra a una temperatura de 20°C se coloca sobre una hoja de hierro que pesa 30g y que esta una temperatura de 60°C ¿Cuál es la temperatura final de la combinación de los dos metales? Suponga que no perdida de calor al alrededor.

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;

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Solución

(

)

24. En un experimento se suministran 5820 J de energía en forma de calor y esto eleva la temperatura de un bloque de aluminio 30 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es de 200 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

25. En un reactor libera

de energía en forma de calor y esto eleva la

temperatura de su revestimiento 0,1 ºC. Si la masa del revestimiento es de 2Tn ¿cuál es el valor del calor específico del revestimiento?

Solución

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26. Un jugador eleva un metal de 10 kg desde el suelo hasta una altura de 6 m y luego la deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la bola?

Solución Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

27. Cierto gas se expande de un volumen de 2.5 L a 5 L a temperatura constante calcule el trabajo realizado por el gas si la expansión ocurre: a) Contra el vacío. b) Contra de una presión constante de 1.5 atm

Solución Si a.

b.

L.1,5atm Además Como es expansión (-)

28. Un gas se expande de 200 ml a 500ml a temperatura constante. Calcule el trabajo realizado por el gas (J) si se expande contra una presión constante de 5 atm. CAMPOS VASQUEZ, HENRY

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Solución

29. Una muestra de nitrógeno gaseoso expande su volumen de 3L a 8 L a temperatura constante calcula el trabajo realizado en J si el gas se expande contra una presión constante de 0.80 atm , y contra una presión de 3,7 atm

Solución Nos dice a presión constante si Además en ambos es expansión Cuando la presión es 0,80atm.

Cuando es a 3,7 atm.

30. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 74 J, como resultado liberan 26 J de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución

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31. calcule el cambio de energía interna cuando 2 moles de metano se queman y forman dióxido de carbono y agua a 3 atm y 300K. en la siguiente ecuación,

Solución

32. calcule el trabajo realizado en joule cuando se evapora 3 moles de agua a 2.5 atm y 100°C. suponga que el volumen del agua líquida es despreciable comparado con el volumen del vapor a 100°C .suponga un comportamiento de gas ideal.

Solución

Volumen del vapor

Como el volumen del agua es despreciable, se toma el volumen del vapor como la variación del volumen.

33. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 900J, como resultado liberan 100 J de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución

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34. Un trozo de plata con una masa de 362 g tiene una capacidad calorífica de 85,7 J/ °C. ¿Cuál es el calor específico de la plata?

Solución:

35. una muestra de 0.1375g de magnesio solido se quema en una bomba calorimétrica a volumen constante que tiene un capacidad calorífica de 1769J/°C. el colorímetro contiene exactamente 300g de agua y el aumento de la temperatura es de 1.126°C. calcule el calor liberado por la combustión de Mg, en KJ/g y en KJ/mol.

Solución

(

)

Si un mol de Mg=24,4

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36. calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

(

)

37. Calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

(

)

(

)

(

)

38. Calcule el cambio de entropía estándar para las siguiente reacción a

Solución ∑

∑

39. Un jugador levanta una bola de boliche de 5.4 kg desde el suelo hasta una altura de 1.6 m y luego la deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la bola?

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Solución Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

40. Un trozo de 500 gramos de cobre que se encuentra a 200 ºC se sumerge en dos litros de agua a 10 ºC mezclándose isobárica y adiabáticamente.

. encuentre la

entropía del cobre cuando está en equilibrio.

Solución

(

)

(

)

Hallamos la variación de entalpia si sabemos que está a presión constante

Nos pide la entropía del cobre al llegar al equilibrio

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.

41. Un sistema absorbe 360 J de calor y realiza un trabajo de 25J. Calcular la variación de energía interna

Solución

42. Dada la reacción:

Calcula el calor desprendido o absorbido cuando se descomponen 45 g de óxido de plata a 25 ºC. Dato: ∆Hºf Ag2O(s) = - 30,6 KJ/mol Solución ∑

∑

(

Si el Peso molar de

124g/mol

)

2 moles = 248g

43. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye 400 J. Si al mismo tiempo se hacen 300 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el calor transferido por, o hacía, el sistema.

Solución

Como el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo. Además CAMPOS VASQUEZ, HENRY

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

44. Al quemarse la gasolina en un cilindro del motor de un coche se liberan 120 kJ. Si el trabajo realizado por los gases producidos en la combustión es de 50 kJ, calcula cuánto valdrá la variación de energía interna del sistema Solución

45. Calcula el calor de combustión de 250 g de propano teniendo en cuenta los siguientes datos: ∆Hºf C3H8(g) = - 103,8; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = 285,8 KJ/mol Solución Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

∑ [

∑ ]

[

]

46. Calcula el calor de combustión de 1 kg de butano con los siguientes datos: ∆Hºf C4H10(g) = - 124,7; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = - 285,8 KJ/mol Solución

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Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

∑

∑

[

]

[

]

47. Calcula el calor de reacción en el siguiente proceso:

Teniendo en cuenta los siguientes datos: ∆Hºf CH4 (g) = - 74,9; ∆Hºf CO2 (g) = -393,13; ∆Hºf H2O (l) = - 285,8; ∆Hºf CuO = 155 KJ/mol Solución ∑

∑

[

] [

]

48. a partir de los siguientes datos

Calcule el cambio de entalpia para transformar Solución

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Simplificando y sumando ambas ecuaciones tenemos

49. calcule el trabajo realizado cuando se disuelven

de estaño en un exceso de acido

1,00atm y 25°C.

Solución

50. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye 500 J. Si al mismo tiempo se hacen 220 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el calor transferido por, o hacía, el sistema.

Solución

Como el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo. Además 

Como el calor es negativo significa que el sistema ha perdido calor.

51. ¿Cuánto trabajo hace el sistema cuando 1 mol de agua a 100ºC hierve y se convierte en un mol de vapor a 100ºC a una presión de 1 atm? Determine el cambio en la energía interna del vapor al evaporarse. Considere el vapor como un gas ideal.

Solución Si

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Si despreciamos el volumen inicial ya que el volumen va a aumentar estamos en una expansión por lo que el trabajo va a ser negativo

52. El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro es de 462 J. durante este proceso hay una transferencia de calor de 128 J del gas hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía para este proceso.

Solución

53. Calcule la cantidad de calor en (KJ) por 400g de mercurio cuando se calienta desde 10°C hasta 15°C.

Solución

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54. Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de 2.5 kPa. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y se agregan 12500 J de calor al sistema, encuentre: a.

el cambio en la energía interna del gas y

b. su temperatura final. Solución

a.

b. Calcular la temperatura final aplicaremos la ley de charles si P es constante

55. Se confina gas nitrógeno (m = 1.00 kg) en un cilindro con un émbolo movible expuesto a presión atmosférica normal. Se agrega una cantidad de calor (Q = 25000 cal) al gas en un proceso isobárico y su energía interna aumenta en 8000 cal. (a) ¿Cuánto trabajo realizó el gas? (b) ¿Cuál es el cambio en el volumen?

Solución a.

b. CAMPOS VASQUEZ, HENRY

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56. Un gas se expande y realiza un trabajo

sobre los alrededores igual a 279J al

mismo tiempo, absorbe 216J de calor de los alrededores. ¿cuál es el cambio en la energía del sistema?

Solución Como el sistema realiza el trabajo , el trabajo es negativo Como absorbe calor , el calor es positivo

57. Un trozo de 6,22Kg de cobre metálico se calienta desde 20,5°C hasta 324,3°C. calcule el calor absorbido (en kJ) por el metal.

Solución

58. Calcule la cantidad de calor liberado en (KJ) por 366g de mercurio cuando se enfría desde 77°C hasta 12°C.

Solución

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59. Una hoja de oro que pesa 10g y se encuentra a una temperatura 18°C se coloca sobre una hoja de hierro que pesa 20g y que está a una temperatura de 55,6°C. ¿Cuál es la temperatura final de la combinación de los dos metales ? suponga que no hay pérdida de calor hacia los alrededores.

;

Solución

(

)

(

)

60. El cambio de entalpia estándar de formación para la siguiente reacción es 436,4kJ:

Calcule la entalpia estándar de formación del hidrogeno atómico (H). Solución ∑

∑ (

)

61. De los siguientes calores de combustión

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Calcule la entalpia de formación del metanol (

) a partir de sus elementos.

S

Ordenamos para aplicar la ley de Hees

62. Una muestra de 0.5865 g de ácido láctico

se quema en un calorímetro

cuya capacidad calorífica es de 4.182 kJ/ºC. La temperatura aumenta de 23.10ºC a 24.95ºC. Calcule el calor de combustión (a) del ácido láctico por gramo y (b) por mol.

Solución

a. Si en 0,5865g libera 7,74kJ CAMPOS VASQUEZ, HENRY

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b. Si un mol de

pesa

63. El peróxido de hidrógeno puede descomponerse en agua y oxígeno por la reacción:

Calcule el valor de q cuando 5.00 g de

se descompone a presión constante.

Solución

64. Cuando un estudiante mezcla 50 ml de HCl 1.0 M y 50 mL de NaOH 1.0 M en un calorímetro de vasos de café, la temperatura de la disolución resultante aumenta de 21.0ºC a 27.5ºC. Calcule el cambio de entalpía de la reacción, suponiendo que el calorímetro pierde una cantidad insignificante de calor, que el volumen total de la disolución es de 100 mL, que su densidad es de 1.0 g/mL y que su calor específico es de 4.18J/g-K.

Solución Si Son 100ml de solución

En la reacción

Si

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65. El cambio de entalpía estándar para la reacción:

Es de 178.1 kJ. A partir de los valores de las entalpías estándar de formación de CaO(s) y CO2(g) ,calcule la entalpía estándar de formación de CaCO3(s). Solución ∑

∑

66. Determina la variación de entropía en la reacción:

Datos:

(

)

(

)

(

)

Solución

∑

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∑

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(

)

67. El trabajo realizado para comprimir un gas es de 98 J. Como resultado, liberan 67 J de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía del gas.

Solución:

68. Dadas las entalpías estándar de formación:

Hallar la entalpía de la siguiente reacción:

Solución ∑

∑

69. Calcula el calor de formación del ácido metanoico (HCOOH), a partir de los siguientes calores de reacción:

Solución CAMPOS VASQUEZ, HENRY

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1. 2. 3. 4.

70. Calcula el calor de formación del óxido de cinc con los siguientes datos:

Solución

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Bibliografía Ejercicios extraídos de:

-

http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdf

-

http:colegiosansaturio.com/web_depto_ciencias/ejercicios/2bach/2TERMOQUI MICA.doc

-

http://www.ivlabs.org/6to_de_medicina/entropia_energialibre.doc

-

Raymond Chang “Química”

-

Brown LeMay Bursten “Química la ciencia central”

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