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PROCESOS QUIMICOS

ACTIVIDAD RECONOCIMIENTO DEL CURSO ACT. 2

FREDY NAVARRO JAIMES CC: 88.033.448 INGENIERIA INDUSTRIAL

GRUPO 332569_55

TUTOR WILLIAM MOSQUERA INGENIERO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD CEAD - ACACIAS PUERTO GAITAN-META

INTRODUCCIÓN

En los procesos químicos cambia la naturaleza de las sustancias iniciales y se forman otras sustancias nuevas con propiedades diferentes. Esto sucede porque las partículas que forman las sustancias materiales, antes de que se produzca el proceso químico, están ordenadas de forma distinta a como lo hacen cuando ocurre el cambio químico. El contenido del presente trabajo busca dar a conocer la primera fase de inicio del curso de Procesos Químicos, en donde podemos evidenciar los conocimientos previos como: hallazgos de densidad de materia, cálculos de masas, volumen, presión, calor, conversión de unidades, balance de ecuaciones químicas, balance de materia y cálculo de calor, además reconocer e identificar el tutor del curso y los demás participantes del grupo, para llevar a cabo los trabajos colaborativos, que se deben presentar durante en el curso.

OBJETIVOS 

Realizar el reconocimiento de las diferentes temáticas a tratar durante el desarrollo del curso.

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Desarrollar los ejercicios propuestos por el tutor, para evidenciar los conocimientos previos.

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Reconocer el grupo de trabajo colaborativo asignado para el desarrollo del curso.

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Desarrollar los conceptos teóricos de los procesos de transformación.

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Desarrollar los manejos teóricos para las necesidades de materiales, energía y tecnología en un proceso productivo.

Actividad N° 1. 1. Desarrollar los siguientes ejercicios de propiedades de la materia a) Una sustancia sólida blanca A se calienta intensamente en ausencia de aire y se descompone para formar una nueva sustancia blanca B y un gas C. El gas tiene exactamente las mismas propiedades que el producto que se obtiene cuando se quema carbono con exceso de oxígeno. Con base en estas observaciones, ¿podemos determinar si los sólidos A y B y el gas C son elementos o compuestos? Explique sus conclusiones para cada sustancia.     

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B es un compuesto ya que resulta de la descomposición de otra sustancia. A es un compuesto, ya que puede descomponerse, con lo cual descarto las opciones de que pueda ser sustancia pura y/o mezcla, y al dividirse te das cuenta que no se trata de un elemento. La sustancia sólida A es una mezcla de sustancias puras y a su vez formada por elementos y compuestos. El sólido A es un elemento compuesto ya que se descompone en una sustancia B y un gas C. La sustancia A es un compuesto que al calentarse y con ausencia del oxígeno genera 2 nuevos compuestos. B y C son compuestos, donde B deriva de la sustancia A y C se genera por la combustión de carbono por exceso de oxígeno. Mi conclusión es que la sustancia A y B y el gas C son elementos y compuestos, porque todas las sustancias son elementos y compuestos.

b) Clasifique cada una de las siguientes como sustancia pura o mezcla; si es una mezcla, indique si es homogénea o heterogénea: (a) arroz con leche; (b) agua de mar; (c) magnesio; (d) gasolina A. B. C. D.

Arroz con leche: Mezcla heterogénea. Agua de mar: Mezcla Homogénea. Magnesio: Sustancia Pura. (Elemento) Gasolina: Mezcla Homogénea.

c) En un intento por caracterizar una sustancia, un químico hace las siguientes observaciones. La sustancia es un metal lustroso color blanco plateado que se funde a 649ºC y hierve a 1105ºC; su densidad a 20ºC es de 1.738 g/cm3. La sustancia arde en aire, produciendo una luz blanca intensa, y reacciona con cloro para producir un sólido blanco quebradizo. La sustancia se puede golpear hasta convertirla en láminas delgadas o estirarse para formar alambres, y es buena conductora de la electricidad. ¿Cuáles de estas características son propiedades físicas y cuáles químicas? Propiedades Químicas • Reacciona con el cloro, arde en el aire produciendo una luz blanca.

Propiedades Físicas: • Un metal lustroso; se funde a 649°C, hierve a 1105°C, su densidad a 20°C es de 1.738 g/cm3, se pueden convertir en láminas para formar alambres. d) Un matraz contiene un líquido transparente e incoloro. Si es agua, ¿cómo podría determinar si contiene sal de mesa disuelta o no? ¡No la pruebe! Solución: Primero sometería al calor el líquido, con el propósito de que el agua se evapore, si hay residuo, procedería a medir las propiedades físicas que este presenta tales como: color, densidad, y más. Si las propiedades concuerdan con las de NaCl, el agua contenía sal de mesa, y si no presenta las mismas propiedades entonces el residuo es un sólido disuelto diferente, finalmente se asume que si no hay residuo, nunca hubo un sólido disuelto. e) Lea la siguiente descripción del elemento zinc e indique cuáles de las propiedades son físicas y cuáles químicas. El zinc es un metal color gris plateado que funde a 420°C. Cuando se añaden gránulos de zinc a ácido sulfúrico diluido, se desprende hidrógeno y el metal se disuelve. El zinc tiene una dureza en la escala Mohs de 2.5 y una densidad de 7.13 g/cm3 a 25°C. Reacciona lentamente con oxígeno gaseoso a temperaturas elevadas para formar óxido de zinc, ZnO correspondientes unidades, fundamentales. Solución: Propiedades Físicas • Metal color gris plateado, se funde a 420°C, tiene una dureza en la escala de Mohs de 2.5 y una densidad de 7.13 g/cm³ a 25°C. Propiedades Químicas: • Cuando se añaden gránulos de zinc a ácido sulfúrico diluido, se desprende hidrógeno y el metal se disuelve, reacciona lentamente con oxígeno gaseoso a temperaturas elevadas para formar óxido de zinc, ZnO.

2. Unidades de Medición

a) Qué potencia decimal representan las siguientes abreviaturas: (a) d; (b) c; (c) f; (d) μ; (e) M; (f) k; (g) n; (h) m; (i) p? a) Deci = 10-1 b) Centi = 10-2 c) Femto = 10-15

d) Micro = 10-6 e) Mega = 106 f) Kilo = 103 g) Nano = 10-9 h) Mili = 10-3 i) Pico = 10-12

b) Una muestra de tetracloruro de carbono, un líquido que solía usarse para el lavado en seco, tiene una masa de 39.73 g y un volumen de 25.0 mL a 25°C. Calcule su densidad a esta temperatura. ¿El tetracloruro de carbono flota en agua? (Los materiales menos densos que el agua flotan en ella.) (b) La densidad del platino es de 21.45 g/cm3 a 20°C. Calcule la masa de 75.00 cm3 de platino a esa temperatura. (c) La densidad del magnesio es de 1.738 g/cm3 a 20°C. Calcule el volumen de 87.50 g de este metal a esa temperatura. Solución: a) Datos: m = 39.73g v = 25.0 ml t = 25°C &=? El tetracloruro no flota en el agua puesto que su densidad es mayor a esta. b) Datos: & = 21.45 g/cm3 T = 20 C0 M =? V = 75.00 cm3

m = 1608.75 g

c) Datos: & = 1.738 g/cm3 T = 20 C0 V =? m = 87.50 g

V = 50.35 cm3

c) La densidad del metal titanio es de 4.51 g/cm3 a 25°C. ¿Qué masa de titanio desplaza 65.8 mL de agua a 25°C? Datos: &mt = 4.51 g/cm3

T = 25 C0 M =? V = 65.8 ml

m = 296.76 g

d) Para identificar una sustancia líquida, una estudiante determinó su densidad. Empleando una probeta graduada, midió una muestra de 45 mL de la sustancia. A continuación, determinó la masa de la muestra, encontrando que pesaba 38.5 g. Ella sabía que la sustancia tenía que ser alcohol isopropílico (densidad = 0.785 g/mL) o bien tolueno (densidad =0.866 g/mL). ¿Cuál fue la densidad calculada y cuál es la probable identidad de la sustancia? Datos: &AI = 0.785 g/ml &T = 0.866 g/ml m = 38.5 g V = 45 ml

&T = 0.86 g/ml

e) El oro puede martillarse hasta formar láminas extremadamente delgadas llamadas pan de oro. Si un trozo de 200 mg de oro (densidad = 19.32 g/cm3) se martillea hasta formar una lámina que mide 2.4x1.0 ft, calcule el espesor medio de la lámina en metros. ¿Cómo podría expresarse el espesor sin notación exponencial, empleando un prefijo métrico apropiado? Solución: Datos: m= 200 mg =0.2 g =19.32 g/cm³

2,4 ft²

1 m² 10,76 ft²

- 11 –

V= 0.010 cm³

= 0,22 m²

0,010 cm³

1 m³

1 X 10^6 cm³

1X10^-8 m³

3. Balanceo de ecuaciones químicas

a) ¿Qué principio o ley científica se aplica en el proceso de balancear ecuaciones químicas? (b) Al balancear ecuaciones, ¿por qué no deben modificarse los subíndices de las fórmulas químicas? (c) ¿Qué símbolos se emplean para representar gases, líquidos, sólidos y soluciones acuosas en las ecuaciones químicas? Solución: a) Para balancear ecuaciones químicas se aplica la ley de la conservación de la masa. b) Los subíndices de las fórmulas químicas no se deben modificar al balancear ecuaciones, porque al cambiar el subíndice cambia la identidad del compuesto “Ley de la Composición Constante”. c) Los símbolos empleados son: (g) → GAS (l) → LÍQUIDO (s) → SÓLIDO (ac) → DISOLUCIÓN ACUOSA b) Balancee las ecuaciones siguientes:

Solución: 1. 2. 3. 4. 5.

CH4 + 4Cl2 -------------˃ CCl4 + 4HCl Al4C + 12H2O -------˃ 4Al (OH)3 + 3CH4 C4H10O + 6O2 ------˃ 4CO2 + 5H2O 2Fe(OH)3 + 3H2SO4 ----------˃ Fe2 (S04)3 + 6H2O(l) Mg3N2 + 4H2SO4 -------------˃ 3MgSO4 + (NH4)2SO4

c) Balancee las ecuaciones siguientes:

Solución: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

6 Li(s) + N2(g) -------------˃ 2Li3N TiCL4(liq) + 2H2O(liq) ----- ˃ TiO2(s) + AHCl(acu) 4NH4NO3(s) ---- ˃ AN2(g) + 202(g) + 8H2O(g) Ca3P2(s) + 6H2O(l) ---- ˃ 3Ca(OH)2 (acu) + 2PH3(g) AL(OH)3(S) + 3HClO4(ac) ---- ˃ Al(ClO4)3 (ac) + 3H2O(l) 2AgNO3(ac) + Na2SO4(ac) ---- ˃ Ag2SO4 (S) + 2NaNO3 (ac) 2N2H4(g) + N2O4(g) ---- ˃ 4H2O(g) + 3 N2(g)

d) Escriba ecuaciones químicas balanceadas que correspondan a cada una de las descripciones siguientes: (a) El carburo de calcio sólido, CaC2, reacciona con agua para formar una disolución acuosa de hidróxido de calcio y acetileno gaseoso, C2H2. Solución: CaC2(s) + 2H2O(l) ---------˃ Ca(OH)2(ac) + C2H2(g)

e) Convierta estas descripciones en ecuaciones balanceadas:(a) Cuando trióxido de azufre gaseoso reacciona con agua, se forma una disolución de ácido sulfúrico. Solución: SO3 (g) + H2O(l) ---------------> H2SO4(ac)

4. Termodinámica

a) Un tanque rígido de 0,8 m3 contiene gas de nitrógeno a 600 kPa y 300 K. Entonces, se comprime isotérmicamente el gas hasta un volumen de 0,1 m3. El trabajo efectuado sobre el gas durante este proceso de comprensión es V1 = 0.8 m3 V2 = 0.1 m3 P = 600 KPa T = 300 K Entonces (

)

(

) (

)

W = -998. 42 Kj

b) Un recinto está lleno de vapor de agua saturado a 100°C. Entonces se introduce al recinto una bola de boliche de 5 kg a 25°C. Se transfiere calor del vapor a la bola y aumenta su temperatura a 100°C mientras que algo del vapor se condensa sobre ella, al perder calor (pero continúa a 100°C). Se puede suponer que el calor especifico de la bola es 1.8 kJ/kg*°C. La masa de vapor condensando durante este proceso es. Vapor de agua a 100 C°

Masa bola 5 kg a 25 C°

Tb2 = 100C°

Suponer Masa vapor condensado es m1c1

T = m2c2

T

Bola Masa = 5 kg

Agua

T1b = 25°C

T1 = 100°C

T2b = 100°C

(

)

Q = 575 kj Q = mv * ¥V ¥V = calor latente de vaporización ¥V = 2257 kj / kg mv = Q / ¥V

c) Un tanque rígido de 3 m3 contiene gas de nitrógeno a 500 kPa y 300K. Entonces, se transfiere calor al nitrógeno, y su presión se eleva hasta 800 kPa. El trabajo efectuado durante este proceso es P*V = n*R*T 1 Kpa ----------- 7, 5 mm Hg 500 Kpa -------- x = 500*7,5 = 3.750 mm Hg P = 3.750/760 = 4,934 tm V = 3.000 L n=?

R = 0,082 T = 300 K n = 4,934*3.000/0,082*300 n = 0,0016447 / 24,6 = 6,686*10^-5 moles

d) Un dispositivo de cilindro-embolo contiene 5 kg de aire a 400 kPa y 30°C. Durante un proceso de expansión isotérmica de cuasiequilibrio, el sistema hace 15 kJ de trabajo de la frontera y sobre el sistema se efectúan 3 kJ de trabajo de agitación. Durante este proceso, el calor transferido es.

e) Un paquete con 6 latas de bebida debe enfriarse de 25°C a 3°C. La masa de cada bebida enlatada es 0.355 kg. Se puede considerar que la bebida es agua, y que la energía almacenada en la propia lata de aluminio es despreciable. La cantidad de calor transferido de las 6 bebidas enlatadas es. Solución:

)

(

)

Q = 4.615 calorías por cada lata Q=

= 27.69

RTA: las 6 bebidas enlatadas transfieren 27.69 calorías

CONCLUSIONES Con la realización de este trabajo se pudo hacer un recuento o mejor refrescar nuestros conocimientos sobre temas muy básicos de la química. Pero sobretodo pudimos analizar los diferentes temas a abordar durante el periodo de formación como de densidad de materia, cálculos de masas, volumen, presión, calor, conversión de unidades, balance de ecuaciones químicas, balance de materia y cálculo de calor, etc. los manejos teóricos para las necesidades de materiales, energía y tecnología en proceso productivo, el reconocimiento del grupo colaborativo para la realización de los trabajos colaborativos de una manera efectiva.

BIBLIOGRAFÍA http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/3esofisicaquimica/impresos/qui ncena4.pdf consultada el 18 de febrero de 2014 Módulo de procesos químicos 2010 https://www.wikipedia.org/