Ejercicios resultos FISICOQUÍMICA

1) Una fuente natural de formación de monóxido de carbono (CO) es la oxidación del metano (CH4) generado en la descomposición anaeróbica de la materia orgánica. Si se ha estimado que hay 9.5 lb de CO en un recinto cerrado de 2 ft3 a -87°F, determine la presión ejercida empleando a) la ecuación de gases ideales, b) la ecuación de va der Waals, y c) la ecuación de Redlich y Kwong. Ecuaciones de los gases ideales

PV =nRT 

9,5 lbde CO equivalen a 4309,13 g de CO .



La masamolar del CO es de 28

g entoncesla cantidad de moles de CO mol

en el recinto es de 153,8975 moles . 

El volumen delreciento donde está elCO es de 2 f t 3 y eso equivale a 0,0566 m3 , que a su vez equivalen a 56,6 L .



La temperaturaes de−87 ° F que equivalen a 207,039 K .



La constante R ( Constante de los gases ideales ) equivale a 0,0821(atm. L)/(mol . K ) La presión ejercida está dada por:

(153,8975 P=

moles∗0,0821 ( atm . L ) ∗207,039 K ) mol . K 56,6 L

P=46,2179 atm , Es la presión ejercida . Ecuación de Van der Waals

P=

nRT an ² − V −nb V ²

n=153,8975moles .

a=1,463 L2 . ¯. mo l−2

V =56,6 L

b=0,0394 L .mo l−1

R=

0,0821 ( atm . L ) mol . K

T =207,039 K

moles∗0,0821 ( atm . L ) ∗207,039 K 1,463 L2 . ¯. mol−2 (153,8975 moles .)² mol . K P= − (56,6 L) ² 56,6 L−153,8975 moles∗0,0394 L . mol −1 153,8975

P=41,56 atm , es la presión ejercida . Ecuación de Redlich y Kwong

P=

R=

RT − V m−b

a 1 2

T V m (V m +b) T =207,039 K

0,0821 ( atm . L ) mol . K

a=17,26 L2 . ¯. K 1 /2 mol −2 b=0,02743 L. mol

−1

0,0566 m3 0,014041m3 0,393162m3 Vm= = ∗28= 4,030913 kg kg kgmol P=

0,08314∗207,039 K − 0,393162−0,02743

17,26 1 2

207,039 0,393162(0,393162+0,02743)

P=39,29 ¯ ¿ 39,29 atm Es la presión ejercida Van der Waals se basó en conceptos simples de la cinética, donde se dice qué las partículas con masas puntuales y que no existen fuerzas moleculares entre las partículas. Y agrega dos constantes debido al análisis del volumen específico ocupado por las partículas y las fuerzas atractivas entre las partículas. (a,b) Trata de corregir la ecuación de los gases ideales de tal manera que fuese aplicable a los gases reales. El punto débil consiste en que en realidad las constantes a y b dependen de la temperatura Wark (1991). A diferencia la ecuación de Redlich y Kwong sólo contiene dos constantes y es de naturaleza empírica. Y al parecer tiene gran exactitud en un amplio intervalo de condiciones PvT, ya que logra desligarse un poco de la dependencia de la temperatura. Se asemeja la exactitud a las ecuaciones de Benedict por ejemplo que tiene ocho constantes, entonces lleva la delantera por simplicidad y se le suma la exactitud. Wark (1991). A diferencia de los anteriores modelos de ecuaciones para los gases, la ecuación de los gases ideales solo me permite hacer un análisis de los gases que me cumplan o traten de cumplir la condición de ser ideal.

2) Un ingeniero requiere almacenar durante 12 días CH4 gaseoso generado de un proceso de digestión de la empresa en la que trabaja. Si la producción diaria de CH4 gaseoso es de 250 kg y se ha establecido que tiene una temperatura promedio de 24°C a una presión de 130 kPa. Determine el volumen del tanque que debe emplear para dicho almacenamiento.

PV =nRT n=187500moles .

T =297,15 K

V =?

P=130 kPa−→1,283 atm

R=

0,0821 ( atm . L ) mol . K

187500 V=

moles∗0,0821 ( atm . L ) ∗297,15 K mol . K 1,283 atm

V =3,56528 x 10 6 L →3565,28 m 3

3) El formaldehído, CH2O, es un componente de smog y es el causante de la irritación ocular. La reacción de formación del formaldehído es:

De acuerdo con la información presentada en la tabla, determine la velocidad de reacción y constante de velocidad. Si en un momento dado los reactivos presentan la misma concentración, de 3.0 x 10-7 M, indique el desplazamiento de la reacción.

Según los datos se puede establecer que a medida que aumenta el doble la molaridad en C2H4 y se aumenta el doble la molaridad del O3, aumenta cuatro veces la velocidad de formación de CH2O; y si analizamos la otra fila donde se triplica la molaridad del C2H4 y se deja constante la molaridad de M, vemos que se triplica la velocidad de formación e CH2O. Se llega la conclusión que la velocidad de la reacción es directamente proporcional a [C2H4] y a [O3]. Llegamos a que la constante de velocidad está dada por:

k=

Velocidad de reacción . [ C 2 H 4 ][ O3 ]

k=

2000 M .s

De lo anterior se puede deducir que cuando ambos tengan la concentración de 3,0 x 10^-7 M, la velocidad llegará a una cantidad de

k [ C 2 H 4 ] [ O 3 ] =Velocidad de reacción −7

−7

Velocidad de reacción=2000∗3,0∗10 ∗3,0∗10 −10

Velocidad de reacción=1,8∗10

M /s

Desplazamiento de la reacción:

4) Determine la gráficamente la energía de activación para la reacción de descomposición del óxido nitroso en una molécula de nitrógeno y un átomo de oxígeno. Considerando las constantes de velocidad de segundo orden medidas a diferentes temperaturas que se presentan a continuación.

Se realizan las conversiones de 1/T y Lnk para lograr graficar.

( −ER )( T1 )+ LnA

ln ( k ) =

y=mx +b

a

E a −6,2882−(−1,41059) = R 0,001145−0,000997

Ea =32956,8 K∗8,314

−Ea =32956,8 K R

Ea =274033

J K∗mol

J mol

5) Determine el orden de la reacción y la velocidad inicial de desaparición de X cuando su concentración es 0.50M y la de Y es 0.20M. Asumiendo la reacción X + Y ↔ Z, a partir de los siguientes datos tomados a 420 K.

Como la relación de moles de 1 a 1 la velocidad se plantea lo siguiente: Velocidad=

−∆ [ X ] −∆ [ Y ] ∆[Z ] = = ∆t ∆t ∆t

Vemos que cuando se mantiene constante la molaridad de X en el experimento 2 y 4 y la molaridad de Y se duplica, vemos que la velocidad de la reacción también se dobla.

Velocidad 4 0,127 = ≈2 Velocidad 2 0,053

y

2 =2 y=1

x

y

k ( 2,20 ) ( 0,6 0 ) =2 k ( 2,20 )x ( 0,3 0 ) y Vemos que cuando se mantiene constante la molaridad de Y en el experimento 2 y 5 y la molaridad de X se duplica, vemos que la velocidad de la reacción se multiplica por cuatro. Velocidad 5 0,509 = ≈4 Velocidad 2 0,127

2x =4 x=2

x

k ( 4,4 0 ) ( 0,3 0 )

y

k ( 2,20 ) x ( 0,3 0 ) y

=4

2

Velocidad=k [ X ] [Y ] Velocidad =k 2 [X ] [Y ] Sustituyendo valores del experimento 2 obtenemos, k=

0,127 1 =0,005195 2 2 ( 2,20 )( 0,30 ) M ∗s

Sustituyendo los valores problema Velocidad=0,005195

Velocidad=0,00026

1 ( 0, 50 M )2 (0,20 M ) 2 M ∗s

M s