INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONA3

I NSTITUTO TI TUTO PO POL I TÉCNICO NACIONAL ESCUEL ESCUELA A SUPERIOR SUPERIOR DE I NGENI GENI ERÍA ERÍ A MECÁNICA MECÁNICA Y ELÉCTRICA UNI UNI DAD PROFESI PROFESI ON ONAL AL AZCAPOTZAL CO

QUI M I CA APL APL I CADA CADA GUÍ GUÍ A DE DE QUÍ QUÍ M I CA DEL DEL PR PRII M ER PARCIAL PROF. PROF.FERI FERIA A REY ES CESAR CESAR VICT VI CTOR OR L OP OPEZ EZ CAST CAST AÑED AÑEDA A J OSUE OSUE IS I SAY 2RV1

5.13 Convi Convierta erta 562 562 mm Hg a kPa kPa y 2.0 kPa kPa ammHg. 1 atm →760 mm Hg

x atm → 562 mm Hg

R=.739 atm

2

1 atm →1.01325x10 kPa

.789 atm →x kPa kPa

R=74.879175 74.879175 kPa kPa

2

1 atm →1.01325x10 kPa

x atm →2 kPa kPa

R=0.01973 atm

1 atm →760 mm Hg 0.01973 atm → x mm Hg

R=.739 atm

5.14 La La presión presión atmosféri osférica ca en la cima del Monte M cKi cK inley nley es de 606 mm Hg en cie cierto día. día. ¿Cuá ¿Cuáll es la presión presión en atm atm y en kPa? kPa? 1 atm →760 mm Hg

x atm → 606 mm Hg

R=.797 atm

2

1 atm →1.01325x10 kPa .797 atm →x kPa

R=80.756 kPa

5.17 5.17 Un Un gas que ocupa un volume vol umen de 725 ml a una presión presión de 0.970 atmse deja expandir xpandir a temperatura tura constante constante hasta hasta alcanzar una presi presión ón de 0.541 atm atm ¿Cuál es su volum volumen fi final nal? DAT DA TOS V 1 =725 ml =.725 L P1 =.970 atm V 2 =? P2 =.541 atm

V2 =

Operac Operaciión (.9 (.970atm)(.7 )(.72 25l ) PV 1 1 P2

=

Resul sultado R = 1.299L

ó

.541atm 1299.907L

5.18 Una Una muestra uestra de gas gas amoniaco oniaco ejerce una presión presión de 5.3 atma 46°C 46°C.. ¿Cuál ¿Cuál es la la presi presión ón cuando cuando el vol volum umen del gas se reduce auna déci décim ma parte parte (0.10) de su va vallor ini i nici cial al a la mi misma sma temperatura? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado P1V1 = P2V2  T 1 =46°C= 46°C=319.15 319.15°K= °K =T 2 P1 =5.3 atm P2V1 (10)(5.3)( V 1) R = 53atm V P = ∴ = 5 . 3 ( ) 1 2 V 2 =.10 V 1 10 V1 P2 =?

5.19 El El volum vol umen de de un gas es de5.80 L, L , medi medido do a 1.00 atm atm ¿Cuál es la presión presión del gas en mm Hg si el volum volumen cambi mbia a 9.65 L? L? (L (L a tem temperatura peratura permanececonstante.) constante.) DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=5.80 5.80 L PV 760× 5.8 P1 =1 atm=760 mmHg R = 456.78mmHg P2 = 1 1 = V 2 =9.61 L V2 9.61 P2 =? 5.20 Una Una muestra uestra de aire aire ocupa un volum vol umen de3.8 L cuando cuando la la presi presión ón es de1.2 atm. a) ¿Qué ¿Qué volum volumen ocuparí ocuparía a a6.6 atm atm? b) ¿Cuá ¿Cuál es la la presión presión re requerida ri da para para comprim primirlo rlo a 0.075 0.075 L? L ? (L a temperatura peratura se mantiene ntiene constante.) DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado a) a) PV (1.2atm)(3.8) V 1=3.8 3.8 L V2 = 1 1 = P2 6.6atm V2 = .6909L P1 =1.2 atm V 2 =? b) b) P2 =6.6 atm PV (1.2)(3.8) P2 = 60.8atm P2 = 1 1 = V2 .075 5.21 Un Un volum volumen de de 36.4 L de gas metano se cal calientade 25 25 a 88°C 88°C a presión presión constante. ¿Cuál ¿Cuál es el volumen final del gas? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=36.4 36.4 L VT (36.4)(289.15) V2 = 1 2 =  T 1 =25°C=298.15°K  V2 = 44.09L  T1 361.15  T 2 =88°C=361.15°K  V 2 =x 5.22 En En condici condiciones ones de presión presión constante, una mue muestra stra de gas hidrógeno hidrógeno con un volum volumen en inici nicial al de 9.6 L a 88°C 88°C se enf enfrí ría a hasta que que su volum volume en fi final nal es de de 3.4 3.4 L ¿Cuá ¿Cuáll es su te temperatura fina fi nal? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=9.6 9.6 L V T (3.4)(361.15)  T2 = 2 1 =  T 2 =x  T2 = 127.90°K  V1 9.6  T 1 =88°C=361.15°K  V 2 =3.4 L 5.23 El El amoniaco oniaco se se quem quema en oxíge oxígeno gaseoso form formando ando óxido óxido nítri nítrico co (NO) (NO) y vapor de agua. ¿Cuán ¿Cuántos tos vol volúmen úmenes es de NO se obtien obtienen en deun vol volumen deamoníaco oníaco a la la misma temperatura peratura y presión? Operación y resultado 4NH3SO2 → 4NO + 6H2O

4NH3 → 4NO 1NH3 → 1NO

5.24 El El cloro cloro y el flúor moleculares secombi combina nan n para forma formar un producto gase gaseoso. oso. En E n la las mismas mismas condici condiciones ones depresión presión y tempera temperatura tura se encuentra encuentra que que un volum volumen en deCl reacciona reacciona con tres volúmenes de F para obtener dos volúmenes del producto. ¿Cuál es la fórmula del producto? Operación y resultado

Cl2 + 3F2 → 2ClF3 5.29 Una Una muestra uestra de nitrógeno nitrógeno gaseoso gaseoso conteni contenido en un un recipi recipiente entecon un volum vol umen de2.3 La L a una temperatura peratura de 32°C, ejerce una presión presión de 4.7 atm. Calcule alcul e el el número número de moles oles prese presentes ntes en el gas. gas. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado PV V =2.3 L PV = RTn∴ n = RT  T =32 =32°C=305.15°K  n = .0431mol P =4.7 atm (4.7)(2.3) n= n =x .0821(305.15) 5.30 Dad Dado o que 6.9 moles moles del gas monóxido monóxido de carbono carbono están presentes presentes en un recipi recipiente entecon un volum volumen de 30.4 L, L , ¿cuál es la presión presión del gas (en atm) si la l a temperatura peratura es es 62°C? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V =30.4L  T =62 =62°C=335.15°K  P =x n =6.9 mol

PV

P

=

RTn∴ P

RTn =

V

(.0821)(335.15)(6.9)

P = 6.245atm

30.4

5.31 ¿Qué volum vol umen ocuparán 5.6 moles de hexaf hexafluoruro de azuf azufre re (SF (SF 6) gaseoso gaseoso si la temperatura peratura y presión del gas son 128°C y 9.4atm? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V=x  T =12 =128°C=401.15°K  P =9.4 atm n =5 mol

PV

P

=

RTn∴V

RTn =

P

(.0821)(401.15)(5)

V = 19.62L

9.4

5.32 Una Una cierta cierta cantidad ntidad de gas estácontenido contenido en un recipi recipiente entede vidri vidrio o a 25°C 25°C y a una una presi presión ón de 0.800 atm. atm. Suponga Supongaque el recipi recipiente entesoporta una presi presión ón máxi máxim ma de 2.00 atm. atm. ¿Cuán ¿Cuánto to se puede elevar la l a temperatura del del gas sin sin que se rompael reci recipi piente ente? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V=x 298.15°K → .800atm  T =25 =25°C=298.15°K  x = 745.375°K  P1 =.800 atm Es lo máximo x° K → 2.00atm P2 =2 atm

5.33 Un Un globo globo ll lleno eno de gas que tien tiene e un volume vol umen de 2.50 L a 1.2 1.2 atm y 25°C se eleva en en la la estratosf stratosfera (unos 30 km sobre la supe superf rfiicie cie dela Tie Ti erra rra), dondela temperatura y la la presión sión son -3 -23°C y 3.00 X 10 atm, tm, res respe pecti ctivam vamente ente.. Calcul Calcule e el volum volumen final del del globo. globo. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=2.50 L  T 1 =25°C=298.15°K  PVT (1.2)(2.50)(250.15) V2 = 839.0072L V2 = 1 1 2 =  T 2 =-23°C=250.15°K   T1P2 (29 (298.15 .15)(3 )(3x10−3) P2 =3x10-3 atm P1 =1.2 atm V 2 =x 5.34 La L a temperatura de 2.5 L de un gas, ini i nici cial alm mentea TPE TPE, se eleva a 250°C 250°C a volum volumen constante. constante. Calcule la presión final del gas en atm. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado tado P1V1 P2V2 = P2 = 1.915atm  T1 T2 V 1=2.5 L =V 2 V1 = V2  T 1 =250°C=523°K   T 2 =273°K  P1 P2 P1T2 = ∴ P2 = P2 =x  T1 T2 T1 P1 =1 atm

P2 =

1(523) 273

5.35 La La presión presión de 6.0 L de un gas gas ideal en un reci recipi pien ente te fle fl exibl xible e se se reduce reduce a un tercio tercio de su su presi presión original original,, y su tem temperatura peratura absoluta disminuye disminuye a la mitad. tad. ¿Cuá ¿Cuáll es el vol volum umen fina final del del gas? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado tado P1V1 P2V2 6P1 P1V2 = ∴ = V2 = 9L  T1  T1 T2 T1

3( ) 2 6P1 P1V2 6P1 2P1V2 = ∴ = 3 T1  T1 T1 3T1 2 3 T 1 P1 6 = V2 2 T1 P1

V 1=6 L V 2=x  T 1 =x  T 2 =T1/2 P2 =P1/3 P1 =x

5.36 Un Un gas li liberado durante la fermentación ción de glucosa glucosa (en la manufactura nufactura devino) vino) tiene ti eneun volum volumen de de 0.78 L a 20.1°C y 1.00 atm. ¿C ¿Cuál es el volum volumen del gas a la tempe temperatura ratura de fermentaci entación ón de 36.5°C 36.5°C y 1.00 atm de presi presión? ón? DAT DA TOS V 1=.78 L  T 1 =20.1°C=293.25°K   T 2 =36.5°C=309.15°K  P2 =1 atm P1 =1 atm V 2 =x

Operac Operaciión

V2 =

PVT 1 1 2  T1P2

=

(1)(.78)(309.65) (293.25)(1)

Resul sultado tado

V2 = .823L

5.37 Un gas ideal originalmente a 0.85 atm y 66°C se expande hasta que su volumen final, presión y temperatura peratura son 94 ml, 0.60 atmy 45°C, 45°C, res respe pecti ctivam vamente. ¿Cuá ¿C uáll era su su volum volumen inici nicial al? ? DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado tado V 1=x  T 1 =66°C=339.15°K  P V T (.60)(.094)(339.15) V1 = .07073L V1 = 2 2 1 =  T 2 =45°C=318.15°K   T2P1 (.85)(318.15) P2 =.60 atm P1 =.85 atm V 2 =94 ml 5.38 El El volum vol umen de un gas a TPE es de 488 ml. Calcul Calcule e su volum vol umen a22.5 atm y 150°C DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=488 ml  T 1 =273.15°K  (1)(.488)(423.15) V2 = .03359L PVT V2 = 1 1 2 =  T 2 =150°C=423.15°K  (273.15)(22.5)  T1P2 P2 =22.5 atm P1 =1 atm V 2 =x 5.39 Un Un gas a 772 772 mmHg y 35.0°C ocupa u un n volum volumen de 6.85 L. L . Ca C alcule cule su volum volumen aTPE. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado V 1=6.85 L  T 1 =35°C=308.15°K  PVT (1.015)(6.85)(273.15) V2 = 6.163L V2 = 1 1 2 =  T 2 =273.15°K   T1P2 (308.15)(1) P2 =1 atm P1 =772 mmHg =1.015 =1.015 atm V 2 =x 5.40 El hielo seco es dióxido de carbono sólido. Una muestra de 0.050 g de hielo seco se coloca en un reci recipi pien ente te vacío cío quetien tiene e un volumen volumen de4.6 L a 30°C. Calcul Calcule e la presi presión inte interi rior or del recipi recipie ente despué después de que que todo el el hielo hielo seco se ha convertido convertido en CO 2 gaseoso. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado tado m .050  ρ  = = = .0108 P = 6.1x10−3 atm V 4 . 6 V =4.6 L  ρ RT PM  T =30 =30°C =30 =303.15°K   ρ  = ∴P = P =x RT M m =.050 g (.0108)(.0821)(303.15) M=x P=

44

5.41 A TPE, 0.280 0.280 L de un ga gas pesan san 0.400 g. Calcul Calcule e la mas masa a molar olar del gas. gas. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado tado m .400  ρ  = = = 1.428 V = 32.023atm V .280 V =.280 L  ρ RT PM  T =27 =273.15°K   ρ  = ∴M = P =1 atm RT P m =.400 g (1.428)(.0821)(273.15) M =x M=

1

5.57 Una Una mezcla ezcla degases gases contiene contiene0.31 mole moles de CH 4, 0.25 0.25 moles oles de C 2 H6 y 0.29 0.29 moles oles deC 3 H8 L a presión sión total total es 1.50 1.50 atm. Calcule alcule la las presiones parcia rci ales de los gases. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado

.31(1.50) (.31+ .25+ .29) .25(1.50) XB = (.31+ .25+ .29) .29(1.50) XC = (.31+ .25+ .29) XA =

A =.31 moles de CH 4 B=.25 moles de C2 H6 C=0.29 moles de C 3 H8 P T =1.50 atm

X A = .54atm X B = .441atm XC

= .341atm

5.58 Un Un matraz matraz de 2.5 L a 15°C 15°C contiene contieneuna mezcla ezcla deN 2, He He y Ne Ne a presi presiones ones parci parcia ales de0.32 atm para N 2, 0.15 0.15 atm para para He He y 0.42 atm para Ne. a) Calc Calcul ule e la la presi presión ón total de la mezcla, ezcla, b) Calcule el volumen en litros a TPE que ocuparán el He y el Ne si el N3 se elimina selectivamente. DAT DA TOS Operac Operaciión Resul sultado a)

P T

= PA + PB + PC

P T

= .32+ .15+ .42

b)

PM 8× .15 = = .050g / L RT .08 .0821× 288 PM 8× .42  ρ Ne = = = .710g / L RT .08 .0821× 288 mHe =  ρ V = .050× 2.5 = .125g  ρ He =

P T =x V 1=2.5L  T 1 =15°C =288°K  X A =.32 atm de N2 X B =.15 atm de He X C =.42 atmde Ne P2 =1atm V 2 =x  T 2 =273.15°K 

mNe =  ρ V m T

=

= .710× 2.5 = 1.775g

mHe + mNe = .125 +1.775 = 1.9g

40

M Ne2

=

M He2

=8

M T

=

M Ne2 + M He2

n=

m T M T

V2 =

= 40 + 8 = 48g / mol

1.9 = .0395mol 48 RTn .0821× 273× .0395 = = .885L P 1 =

P T

= .89atm

V2 = .885L