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• Pamela Sanhueza Jara

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FACULTAD DE CIENCIAS QUÍMICAS DEPARTAMENTO DE FISICO-QUIMICA ************************************** QUI 536.370 REGLA DE LAS FASES PARA SISTEMA DE DOS COMPONENTES 1. Para cada uno de los siguientes sistemas en equilibrio, calcule el número de grados de libertad F: a) solución acuosa de sacarosa, b) sacarosa sólida y solución acuosa de sacarosa, c) agua líquida y vapor de agua, d) solución acuosa de sacarosa y vapor de agua, e) sacarosa sólida, solución acuosa de sacarosa y vapor de agua. Infórmese sobre el comportamiento de sacarosa en agua. 2. Para una solución acuosa de H3PO4, escriba las condiciones de equilibrio, de electroneutralidad y calcule los grados de libertad del sistema. ¿Proporciona la condición de electroneutralidad una relación independiente? ¿Cuántos grados de libertad tiene esta solución? 3. Calcule F para los siguientes sistemas: a) NaCl(s) en equilibrio con su solución saturada a 25°C y 1 atm. b) I2(s) en equilibrio con su vapor. c) I2(s) en equilibrio con su vapor a 50°C. 4. Señale cuántos componentes y grados de libertad hay en cada uno de los sistemas siguientes: a) H2(g) + N2(g) b) una solución de Ca(NO3)2 en agua c) una solución acuosa de NaCl + Na2SO4 d) una solución acuosa de KCl + Na2SO4 5. Cuántos componentes independientes hay en los siguientes sistemas: a) HCl(g) y NH3(g) en equilibrio con NH4Cl(s) cuando el equilibrio se alcanza a partir de una mezcla de los gases. b) HCl(g) y NH3(g) en equilibrio con NH4Cl(s) cuando el equilibrio se alcanza a partir de cierta cantidad del sólido. 6. a) Los siguientes datos son para el sistema o-dinitrobenceno –p-dinitrobenceno: % mol p-dinitrobenceno Punto inicial de fusión °C 100 173.5 90 167.7 80 161.2 70 154.5 60 146.1 50 136.6 40 125.2 30 117.7 20 104.0 10 110.6 0 116.9 Construir el diagrama de temperatura-composición del sistema, y determinar la temperatura y composición del eutéctico.. Usando la gráfica construida, encontrar el porcentaje máximo de p-dinitrobenceno puro que se obtendrá por cristalización de las mezclas de los dos compuestos que contenían originalmente 95% y 45% del compuesto p-dinitrobenceno. 7. El sistema n-heptano y 2,2,4-trimetilpentano presenta un punto eutéctico simple a –114.4°C que corresponde al 24% molar de n-heptano. Determinar analíticamente el porcentaje molar máximo del último compuesto que se recupera por cristalización de mezclas de los dos compuestos que contienen 80 y 95% de n-heptano.

8. La siguiente tabla da los valores de las curvas de análisis térmico del sistema Sb.Cd. % Cd en peso Primera ruptura de la curva, °C Posición horizontal de la curva, °C

0 20 37.5 47.5 50 58 70 93 100 630 550 461 -419 439 400 -321 -410 410 410 410 -295 295 --

a) Construir y rotular el diagrama de fases suponiendo que ninguna otra ruptura se produce en cualquiera de las curvas de análisis térmico. b) Dar la composición y cantidad de las fases obtenidas cuando 750 Kg de aleación fundida que contiene el 75% en peso de Cd se enfría desde la temperatura de 450°C hasta la de 325°C c) Si se forma algún compuesto químico, determinar la fórmula del compuesto. d) Calcular los gramos de mezcla eutéctica que se obtienen a la solidificación total de los 750 g de aleación fundida a la temperatura de 550°C y composición 40% de Cd. ¿Qué representa la diferencia? 9. El magnesio (punto de fusión 651°C) y zinc (punto de fusión 419°C) forman dos mezclas eutécticas una a 368°C y 3.2% en peso de Mg y otro a 347°C y 49% en peso de Mg. La curva de puntos de fusión para el sistema tiene un máximo a 590°C para una mezcla que contiene 15.7% en peso de Mg. a) Dibujar el diagrama de fases indicando las fases presentes en cada región del diagrama. b) Explicar lo que sucede cuando una mezcla que contiene (1) 80% en peso de Mg, (2) 30% en peso de Mg, se enfría lentamente desde 700°C a 300°C. c) Esquematizar las curvas de enfriamiento para el caso (1) y también para un fundido con un 15,7% en peso de Mg. (Masa atómica: Mg 24.3; Zn = 65.4). 10. El sodio y el potasio funden a 98°C y 65°C, respectivamente; ellos forman un compuesto sólido; NaK, que se descompone a 10°C para dar un sólido y un fundido que contiene 60% en moles de K. Hay un eutéctico a –5°C y 75% moles de K. Esquematice un diagrama de fases consistente con la data experimental, indique las fases existentes en cada región de él y dibuje las curvas de enfriamiento para fundidos que contengan 40% y 55% de K. Indique qué fases aparecen o desaparecen en cada cambio de inflexión de estas curvas. 11. La tabla siguiente da las inflexiones y altos de temperatura para las curvas de enfriamiento de fundidos de los metales A y B. a) Construir el diagrama de fases consistente con estos datos e indicar las fases presentes en cada región del diagrama. b) Calcular la fórmula de cualquier compuesto formado. % moles de A 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

1er. Inflexión °C -1060 1000 940 850 750 670 550 -450 --

1er. Zona horizontal °C 1100 700 700 700 700 700 400 400 400 400 500

2da. Zona horizontal °C ----400 400 ------

12. El análisis térmico de un sistema de dos componentes (metales que funden a 1200°C y 600°C respectivamente) muestra que dos fases sólidas de composición 40% B y 60% B están en equilibrio a 800°C con un líquido cuya composición es 80% B. Construir el diagrama de puntos de fusión más simple consistente con esta información e indicar fases presentes en cada área. Dibujar curvas de enfriamiento para las composiciones siguientes: 20% B, 50% B y 70% B.

13. Dos sustancias M(MnSO4 M = 155) y W(H2O), forman una fase líquida y 3 compuestos estables MW7, MW5 y MW. El equilibrio entre fases sólidas y líquidas es: Temperatura °C -10,5 0 9 20 27 40 70 100

% M en peso en el líquido 32,2 34,8 37,0 38,5 39,5 38,3 33,3 26,5

Fases sólidas MW7 + W MW7 MW7 + MW5 MW5 MW5 + MW MW MW MW

a) Construir el diagrama de fases para el sistema entre –20°C y 100°C. Considere 1 Kg de solución con 35% de M y a 20°C. b) ¿Qué cristales se forman por enfriamiento de la solución? c) ¿Qué cantidad de agua es necesario evaporar isotérmicamente para convertir íntegramente la solución anterior en MW5. 14. El análisis térmico de un sistema A-B da la siguiente información: 10% en moles de B: inflexión a 900°C, segunda inflexión a 650°C 30% en moles de B: inflexión a 650°C, zona horizontal a 540°C 50% en moles de B: inflexión a 550°C, zona horizontal a 450°C 60% en moles de B: inflexión a 650°C, zona horizontal a 600°C, segunda zona horizontal a 450°C 80% en moles de B: inflexión a 750°C, zona horizontal a 600°C 90% en moles de B: inflexión a 780°C, zona horizontal a 600°C A y B funden a 1000°C y 850°C respectivamente. Esquematizar el diagrama de fases más simple consistente con esta data. Rotular todas las regiones de fases y dar las fórmulas de cualquier compuesto que se forme.