Doris Tarea - Copia

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGICA FISICOQUIMICA II (36-304) EJERCICIOS

A. Resolver los siguientes problemas: 1. Indique, justificando, cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles son extensivas: a) b) c) d) e)

concentración (kgmol/cm3) flujo (mol/hr) velocidad (kg./seg) volumen específico (pie3/lbm) entalpía específica (J/kg.)

15/04/2015

f) g) h)

elevación (m) fracción molar (mol/mol) velocidad de transferencia de calor (kcal/hr)

i) j)

a) b) c) d) e) f) g) h)

PROPIEDADEES INTENCIVAS: permite la sustancias, este no depende de la cantidad de sustancias o del tamaño de la cantidad de sustancias del tamaño de un cuerpo, por lo que el valor permanece inaterable al sub-dividir el sistema inicial en varias sub-sistemas. k) PROPIEDADES EXTENCIVAS: son aquellos que dependen de la cantidad de materia considerando y son aditivos. Concentracion: propiedad intenciva Flujo mol po hora: propiedad extenciva Velocidad kilogramo por segundo: propiedad extenciva Volumen especificopie civico por libra m: propiedad extenciva Entalpia especifica j por kilogramo: propiedad intenciva Elevacion metros: propiedad extenciva Fraccion molar mol por mol: propiedad intenciva Velocidad de transferencia de calor kilocalorias por hora: propiedad extenciva

l) 2. Los pedazos de desechos de polietileno, que tienen la fórmula química (C 2H4)n, y que suelen ser bolsas, tubos de plástico, botellas y envases de comida, se trituran y se queman totalmente con una cantidad estequiométrica de aire (ver figura). De esta forma, la ecuación que representa esta reacción, haciendo n = 1 (sin pérdida de generalidad), es m) n) C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O o) (a) ¿Qué volumen de aire que entre un poco por arriba de la presión atmosférica, digamos a P = 103 000 Pa y 25°C, se necesita para quemar 3 kg de desechos? (b) ¿Qué volumen de gas de chimenea (gas de salida) a 227°C y 0.9 atm sale del quemador por cada 3 kg de desechos quemados? p) q) 3. Dos recipientes de vidrio están unidos por un tubo de volumen despreciable. Uno de ellos tiene un volumen cuatro veces mayor que el otro. En el interior de ambos recipientes hay V2 = 4V1 aire que puede considerarse como un gas ideal a una presión de 1000 torr y una temperatura V1 de 0ºC. ¿A qué presión se encontraría el aire si el recipiente pequeño se mantiene a 0ºC, mientras el grande se calienta hasta 50ºC? r) s) Solución: t) - Para el recipiente pequeño PV=RTn u)

v) w)

Donde T1= 0°C =273K P1*V1=R*T1*n1

x) - Para el recipiente grande y) z) Donde T2= 50°C =323K P2*V2=R*T2*n2 aa) ab) ac) La presión es la misma porque conectados por un tubo  P=P1=P2 V2=4V1 ad) ae) Hallamos el número de moles totales af) ag)

P∗V 1 R

-

P∗V 1 R∗T 1

nt= n1 + n2 =

1 T1

*(

+

4 T2

)

P∗4 V 1 R∗T 2

+

P0 =1000 torr

P0∗5 V 1 R∗T 0 aj) ak) al) am) an)

n=

P0∗V 0 R∗T 0

=

……….(2)

V0 = 5V1 Igualamos (1) y (2)

P0∗5 V 1 R∗T 0

ao)

=

P∗V 1 R

P= 5*

P0 1 *( T1 T0

ar)

P=5 *

1000 torr 273 K

as) at)

P= 1141.3 torr

ap)

=

……….(1)

ah) Para ambos recipientes ai)

están

aq)

+

*(

*(

1 T1

4 T2 1 273 K

+

4 T2

)

)-1

+

4 323 K

)-1

au) 4. Deseamos vender oxígeno en pequeños cilindros (0,5 ft 3) con un contenido de 1,0 lb de oxígeno puro. Si los cilindros pueden estar expuestos a una temperatura máxima de 120°F, calcule la presión para la que deben diseñarse, suponiendo una ley de comportamiento de gas ideal. El fabricante de los cilindros estará en Singapur, por lo que, por favor, dé su respuesta en pascales. av) 5. Un matraz de 11 litros contiene 20 g de neon y un peso desconocido de hidrógeno. La densidad del gas se encuentra que es 0,002 g/cm 3 a 0°C. Calcular el peso molecular medio y el número de gramos de hidrógeno presentes, y también la presión aw)

6. El gas acetileno se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, según la siguiente reacción: ax) CaC2 + 2H2O  C2H2 + Ca(OH)2 ay) az) Calcúlense el número de horas de servicio que se pueden conseguir con una libra de carburo en una lámpara de acetileno que quema 2 pies 3 de gas por hora. ba) bb) 1pie3 equivale a 1 libra de gas por eso se menciona libras por pie cuvico bc) Por lo tanto utilizando la regla de tres simple obtendremos: Si en 1 hora se quema 2 pies civicos de gas de acetileno(quiere decir que tenemos 2 libras de acetileno) entonces teniendo 1 libra de carburo de calcio obtendremos una libra de acetileno eso quiere decir que si en una hora se quema 2 libras de acetileno entonces una libra se quemara en tan solo 30 minutos. bd) 7. A nivel del mar y a 350 K se infla un globo con vapor de agua. Se produce el ascenso del globo hasta una altura en que explota debido a algún fenómeno físico. Determinar, ¿cuál es ese factor? La temperatura se asume invariable debido a la rapidez del fenómeno. Masa del vapor: 36 g. Diámetro máximo del globo: 4m. be) bf)

bg) r bh)

P= 1 atm T=350K m= 36 gr

bi)

n=

bj)

PM(H2O)=

bl)

r=2m

m = PM

36 gr =2 mol 18 gr /mol

18 gr /mol bk)

4 V = π r3 3

(radio)

bm) - Calculamos el volumen del globo bn)

-

4 3 V = π (2 m) 3

= 113.1 m3 =1131*105 cm3

bo)

Calculamos la presión bp) bq) PV=RTn br) 3

bs)

RTn P= V

=

82.06

c m ∗atm ∗350 K∗2 mol mol∗K 1131∗105 c m3

bt) bu) P=5.08*10-4atm bv) bw) Respuesta: el globo explota debido a que la presión disminuye bx) by) 8. La temperatura de una habitación en una mañana de invierno es de 10ºC. Después de encender la estufa su temperatura se eleva hasta

20ºC, Si el volumen de la habitación es de 50 m 3 y la presión en ella es de 97 kPa. ¿Cuánto habrá variado la masa de aire en esa habitación? bz)  Trabajando con 10°C ca) P.V=nRT T=10°+273K=283K 3

cb) cc) cd) ce)

w PM

n=

cg) ch)

PM=29 29*n=W 29*2061.202mol=W1 W1=59.77kg

cj) ck) Trabajando con 20°C cl) P.V=nRT T=20°+273K=293K cm) cn) co) cp) cq)

Pa∗m3 ¿ *293K mol∗K 3 Pa∗m 97*1000Pa*50m3=n*8.314472[ ¿ *23K mol∗K Pa∗¿ 485000Pa=n*8.314472[ mol∗K *293K ¿ 97KPa*50m3=n*8.314472[

485000=n*2436.14 1990.85mol=n

w PM

cr)

n=

cs) ct)

PM=29 29*n=W 29*1990.85mol =W1 W2=57.734Kg

cu)



2061.202mol=n

cf)

ci)



Pa∗m ¿ *283K mol∗K Pa∗m3 97*1000Pa*50m3=n*8.314472[ ¿ *283K mol∗K Pa∗¿ 485000Pa=n*8.314472[ mol∗K *283K ¿ 97KPa*50m3=n*8.314472[

cv) cw) Sacando la diferencia de Masa (W) cx) ∆W=59.77kg-57.734Kg cy) ∆W =2.036Kg

cz) da) db) 9. En un cilindro metálico (material poco susceptible a la dilatación) se tiene 50 l de agua, con un nivel equivalente al borde superior del cilindro, a la presión atmosférica y a temperatura ambiente. En estación de verano la temperatura se incrementa entre la mañana y la tarde en 10ºC, se desea saber si se pierde líquido o no, y en ambos casos justifique cuantitativamente su respuesta. ( = 1,7 * 10-4 K-1) dc)

10. Deducir la ecuación de estado para un fluido cuyos coeficientes térmicos están dados por:



1 b 1   T V

y 

1 b 1   P V



1 b 1   T V

y 

1 b 1   P V

dd) de) df) dg) dh) di)

coeficiente de expansión térmica

α=

dj) dk)

K=

Si despreciamos la variación de V

1 V ∂P −1 = = ∂T V ∂T ∂V 1 ∂V P ∂ P T V

( )

α = ( ∂V ) ∂P K T

dv)

( )

( )( )

( ∂V∂T ) ( ∂∂VP )

P

K

Entonces queda: dt)

du)

1 ∂V V ∂P T α y la presion ∂T ∂V = -1 ∂V P ∂ P

Despejando: dq)

dr) ds)

P

( ∂∂ PT ) ( ) ( )

dn) do) dp)

( )

Coeficiente de comprobavilidad isotermica dl)

dm)

1 ∂Y V ∂T

K ∂ P=α ∂T

dw) dx) dy) dz) ea) eb) ec) ed)

PARTE TEÓRICA: A cuadernos y libros cerrados. Sólo deben de tener su hoja de respuestas. 1. a) d) e)

Matemáticamente la Ley de Boyle puede expresarse como: V  1/P b) P  1/ c) V = k/P ln P =  ln V + ln k todas las anteriores.

2.

La ecuación cinética de los gases puede expresarse mediante:

a)

3 PV = mN ⟨ v 2 ⟩ 2

1 2 PV = mN ⟨ v ⟩ 2 las anteriores ee) ef)

b) d)

PV =

2 1 ⟨v ⟩ 3 ρ

2 PV = N ⟨ ε tr ⟩ 3

c) e)

todas

eg) eh) ei)

Asistencia

APELLIDOS Y NOMBRES FIRMA

ej) ek)

el)

1 em)en)

eo)

2 ep)eq)

er)

3 es)et)

eu)

4 ev) ew)

ex) ey)

ez)

fa)

fb) fc)

fd) fe)

ff) fg)

fh) fi)