Curso de fisicoquímica

Indice
1.
Problemas y Ejercicios Propuestos
2. Desarrollo experimental.
del equilibrio iónico
3.
Conclusiones
4.
Bibliografía

1. Problemas y
Ejercicios Propuestos

1. Cuando Se efectuó la combustión de 500 g de butano
(C4H10) a la temperatura de
600ªC, el calor de
reacción fue de –5341.4 kcal. Calcular: a) El calor
de combustión molar a volumen constante
y a condiciones tipo para el
C4H10.

b) ¿Cuánta agua
líquida que se encuentra a 15ºC se puede calentar
hasta 53ºC del calor que se calculó en el inciso (a),
si se considera que la eficiencia de
transferencia de energía es del 63.5%?

solución:

Considerando que la reacción de combustión
es

2C4H10(g) +
13O2(g) ® 8CO2(g) +
10H2O(g)

calculamos D
n(g) = 18 mol – 15 mol = 3 mol

entonces de la fórmula:

obtenemos el calor de reacción a presión
constante

Ahora calculamos D HR1, por lo que necesitamos
D a , D
b , D g
;

Entonces:

por lo tanto:

teniendo el valor del
calor de combustión a condiciones tipo a presión
constante, determinamos D E, entonces de la fórmula:

obtenemos el calor de reacción a presión
constante

b) Considerando el valor de D HR1 el valor calculado
tenemos, que:

X = – 46,196,616.94 cal, corresponde a 500 g de butano,
al 100%, entonces considerando la eficiencia del 63.5% tenemos: Q
= – 29,334,851.756 cal, aplicando – Qced =
Qabs

3. Los calores de combustión del benceno
(C6H6), carbono
grafito (C) e hidrógeno (H2) están dados
en las siguientes ecuaciones;

C6H6(l) + 7 ½
O2(g) ®
6CO2(g) + 3H2O(l)
D Hº = – 780980
cal

C(s) + O2(g) ® CO2(g)
D Hº = – 94050
cal

H2(g) + ½ O2(g)
®
H2O(l) D Hº = – 68320 cal

Si las capacidades caloríficas están en
cal/molºK

Cp (C(s)) = 2.673 + 0.2617´ 10-2 T –
1.169´
10-5 T2

Cp (H2(g)) = 6.483 + 2.215´ 10-3 T –
3.298´
10-6 T2

Cp (C6H6(l)) = 14.95 +
5.58´
10-2 T

Determinar el "calor de formación" del benceno
C6H6 a 1200 ºC

Solución:

Aplicamos la ley de Hess para
determinar D
HR1

D HR1 = –
3(68,320cal) + 6(-94050cal) – (-780,980cal) = – 769,260 +
780980 = 11720 cal

para determinar D HR2, necesitamos conocer el valor
de D a , D b
y D g

por lo tanto:

D a = (6)(2.673) + (3)(6.483) – 14.95 =
16.038 + 19.449 – 14.95 = 20.537

D b = (6)(0.2617´ 10-2) +
(3)(2.215´
10-3) – 5.58´ 10-2 =
-4.0098´
10-2 + 6.645´ 10-3 =

-3.3453´ 10-2

D g = (6)(-1.169´ 10-5) +
(3)(-3.298´
10-6) = – 8.0034´ 10-5

por lo tanto D HR2 = 11,720cal + 20.537(1,175)
– 1.67265´
10-2(2,080,925)

– 2.6678´ 10-5(3,169,547,225) = –
83,512.8 cal a 1,473 ºK

4. Cuando se realiza la reacción
2NO2(g) ® N2O4(g) a 55ºC
al alimentar 2 moles del reactivo de 2000 cm3 de
capacidad, se determinó que el valor de Kp = 0.7396,
calcular:

1. Las presiones parciales en el equilibrio
2. Si a la mezcla de equilibrio
   se le agrega 0.25 mol de N2O4 a la misma
   temperatura ¿Cuál es la composición en %
   mol para la nueva condición de equilibrio?
3. Menciona qué interpretación tiene en
   relación al efecto aplicado

SOLUCIÓN:

Teniendo en cuenta la reacción:
2NO2(g) ® N2O4(g)

Inicio 2 mol —–

Reacción: – 2x —–

Formación —– + x

Equilibrio 2 – 2x + x = 2 – x =
nT

Si Kp = Kc(RT)D n, entonces tenemos que:

0.7396 = Kc[(0.082 atm-lt/mol-ºK)(328ºK)]-1;

Kc = 19.89, Þ Kc’= 5.02´ 10-2
mol/lt

5.02´
10-2 = (x/2)/((1 – x)/4)2 =
2x/(1 – x)2 ……………(1)

de la ecuación (1) determinamos la
ecuación cuadrática:

2.51´
10-2 x2 –
6.02´
10-2 x + 2.51´ 10-2 = 0
………(2)

de la ecuación (2) determinamos las raíces
de la ecuación:

x1 = 1.86108 y x2 =
0.5373

ahora bien, 1 m3 = 1,000 lt; 1 m3
= 1,000,000 cm3, por lo tanto 2,000 cm3 = 2
lt

Utilizando la ecuación PV = nRT determinamos el
valor de la presión total del sistema:

P = [(1.4627mol)(0.082 atm-lt/molºK)(328ºK)]/2
lt = 19.6704 atm

b) Teniendo en cuenta la reacción:
N2O4(g) ® 2NO2(g)

Inicio 0.25 mol 2 mol

Reacción: – x —–

Formación —– + 2x

Equilibrio 0.25 – x + 2x = 0.25 + x =
nT

Sabiendo el valor de

;

x = 0.103834

c) El principio de Le Chatelier hace posible una
predicción cualitativa de la dirección de estos cambios y ayuda, a su
vez, a resolver problemas de equilibrio, un cambio en la
propiedades del sistema dará lugar a que el equilibrio se
desplace en la dirección que tienda a contrarrestar el
efecto del cambio, pues bien el efecto de los cambios de
concentracionesde cualquier componente de un sistema da lugar a
una acción que tiende a consumir parte de la sustancia
agregada. Supóngase que en el proceso Haber
para la producción de N2O4(g)
al añadir en exceso a la mezcla en equilibrio se aumenta
el consumo de
NO2. en la misma forma, un aumento de concentraciones
desplazará el equilibrio hacia la derecha.

5. Para el equilibrio H2(g) +
CO2(g) ® H2O(g) +
CO(g) la Kc = 4.4 a 2000 ºK. Si se introducen en
un reactor simultáneamente 1 mol H2, 1 mol
CO2 y 2 mol de H2O, determine:

1. Las concentraciones de productos y
   reactivos en el equilibrio
2. La Kp y Px
3. Las presiones Parciales

Solución:

Teniendo en cuenta la reacción: H2(g)
+ CO2(g) ® H2O(g) +
CO(g)

Inicio 1 mol 1 mol 2 mol —–

Reacción: – x – x —— —–

Formación —- —— + x + x

Equilibrio 1 – x 1 – x 2 + x + x = 4
mol

Usando base de cálculo, V
= 1 lt,

Entonces Kc = 4.4 = (2 + x)(x)/(1 –
x)2, …………(1)

por lo tanto;

(4.4)(1 – 2x + x2) = 2x + x2
;

4.4×2 – x2 – 8.8x
– 2x + 4.4 = 0 ;

3.4×2 – 10.8x + 4.4 = 0
………………..(2)

utilizando la fórmula "chicharronera"
determinamos las raíces de la ecuación
(2)

por lo tanto

x1 = 2.5789 y x2 =
0.4799

sustituyendo x2 en la ecuación (1)
verificamos que Kc = 4.4

b) Sabiendo que D n = 0; por lo tanto Kx = Kp = Kx =
4.4

Utilizando la ecuación PV = nRT determinamos el
valor de la presión total del sistema:

P = [(4mol)(0.082 atm-lt/molºK)(2000ºK)]/1 lt
= 656 atm

Determinamos las concentraciones y presiones parciales
en el equilibrio:

a) c)

S 4
mol 1 656 atm

2. Calcular las kilocalorías que se desprenden
por la formación de 1 kg de ácido acético
(CH3COOH) a 500 ºK

2C(s) + 2H2(g) +
O2(g) ®
CH3-COOH(l) D HºR =
?

Datos:

Solución:

Determinamos el valor de D HR1, tomando en cuenta la
siguiente reacción y aplicamos la ley de Hess,
entonces:

CH3COOH(l) + 2
O2(g) ®
2 CO2(g) + 2
H2O(l)

Ahora calculamos D HR2, por lo que necesitamos
D Cp

Entonces:

por lo tanto:

Considerando el valor de D HR2 el valor calculado
tenemos, que:

Por lo tanto X = – 1,956,123.03 cal o sea
D H = – 1,956
kcal es el valor que se desprende por la formación de 1 kg
de ácido acético

I P N

U PI I C S A

Departamento de ciencias
básicas

Academia de química

E.t.s. (programación libre) de fisicoquímica
II. Turno matutino

El aire al inicio
del proceso de compresión adiabática está a
una presión de 1 atm y temperatura de 25ºC, es
comprimido hasta una presión de 10 atmósferas; la
transferencia de calor hacia el aire por unidad de masa desde el
depósito de alta temperatura es de 150 kj/kg, la
reacción de g
= 1.4, determine:

1. La transferencia del calor hacia el depósito
   de baja temperatura por unidad de masa de aire
2. El trabajo producido por el ciclo
   qT, D
   ET y D HT.

2. Calcular el calor de formación a volumen
constante para el HCl(g) a 150ºC a partir de la
siguiente información:

Ag2O(g) +
2HCl(g) ® 2AgCl(g) +
H2O(l) D Hº = – 77.61 kcal

2Ag(g) + ½O2(g)
®
Ag2O(g) D Hº = – 7.31 kcal

Ag(g) + ½Cl2(g)
®
AgCl(g) D Hº = -30.36 kcal

H2(g) + ½O2(g)
®
H2O(l) D Hº = – 68.32 Kcal.

Cp(HCl) = 6.27 + 1.24´ 10-3 T +
0.30´
10-5 T2 cal/molºK

Cp(HCl) = 6.52 + 0.78´ 10-3 T +
0.12´
10-5 T2 cal/molºK

Cp(HCl) = 8.85 + 0.16´ 10-3 T –
0.68´
10-5 T2 cal/molºK

3. En la siguiente reacción en la que se produce
ácido nítrico (HNO3)

3NO2 (g) + H2O ® ¬ 2HNO3 +
NO(g)

Se ha determinado que reacciona el 24.5% de
NO2 para llegar al equilibrio, el cual se obtiene a
20ºC y 1 atm de presión para una mezcla de 10 mol de
NO2 y 90 mol de H2O que se someten a
proceso, determine el valor de Kp, Kx y Kc.

4. Se desea conocer el pH de la
solución resultante al mezclar 0.0803 m3 de
NaCl 2.5´
10-3 M con 0.0001 m3 de HCl
5´
10-8 M.

Nota: P.M. Na = 23

2º. Examen Departamental De Fisicoquímica
II. Turno Vespertino

1. Los calores de las reacciones siguientes a
condiciones tipo son:

Na(s) + ½Cl2(g)
®
NaCl(s) D Hº = – 98,230 cal

H2(g) + S(s) +
2O2(g) ®
H2SO4(l) D Hº = – 193,910 cal

2Na(s) + S(s) +
2O2(g) ®
Na2SO4(s) D Hº = – 330,500 cal

½H2(g) +
½Cl2(g) ® HCl(g) D Hº = – 22,060
cal

A partir de estos datos hallar el
calor de reacción a volumen constante y 25ºC para el
siguiente proceso:

2NaCl (s) +
H2SO4(l) ® Na2SO4(s) +
2HCl(g)

2. Determinar la masa en Kg. de etano
(CH3CH3) necesaria para operar una caldera
que obtiene 1.2 toneladas / hora de vapor saturado, si la
entalpía de vaporización del agua es de 9730
cal/mol y la temperatura de operación del quemador es de
1210ºC, a partir de los siguientes datos
termoquímicos. D Hc normal del CH3CH3 = –
890.34 KJ/gmol, Cp = a + bT + cT2

Compuesto (g) a b´ 103 c´ 10-5

CH3CH3 23.64 47.86
-1.92

O2 29.96 4.18 -1.67

CO2 44.22 8.79 -8.68

H2O 30.54 10.29 0

Considerar que la eficiencia en la transferencia de
calor es del 82%

3. En un reactor de cinco litros, se colocan
inicialmente 7.5 gramos de NO, 0.25 gramos de H2 y 2.7
gramos de vapor de agua. Al establecerse el equilibrio, el NO
tiene una concentración de 0.025 mol/litro. La
reacción que se lleva a cabo a 350ºC es:

2NO(g) + 2H2(g) ® ¬ N2(g) +
2H2O(g)

Calcular:

1. Kc, Kx y Kp
2. A eficiencia de la reacción
3. La composición en %mol y en % peso, de la
   mezcla en equilibrio
4. Si en la alimentación no se
   numera incluido el vapor de agua podría hacer aumentado
   la eficiencia de la reacción? En cualquier caso,
   explique la razón de su respuesta

4. La constante de equilibrio para el equilibrio de
nitrógeno y amoniaco es de Kp = 0.0128 la reacción
es como se muestra a
continuación:

½N2(g) + 3/2H2()
¬ ® NH3(g)

Determine las presiones parciales de nitrógeno e
hidrógeno en equilibrio, si la presión parcial del
amoniaco es de 1 atm y con la condición de que:

a)

b) La presión parcial de NH3 aumenta
al doble en el equilibrio y

1. En la obtención del amoniaco por el proceso
Haber N2(g) + 3H2(g) ® 2NH3(g) a
500ºC y 500 atm de presión se obtiene un 61% por mol
de amoniaco. En condiciones estándar el amoniaco desprende
11.03 kcal/mol al formarse.

1. CpNH3 = 6.189 + 7.787´ 10-3 T
   – 0.728´ 10-6 T2
   cal/molºC

   CpN2 = 6.449 + 1.413´ 10-3 T
   – 0.0807´ 10-6 T2
   cal/molºC

   CpH2 = 6.947 –
   0.20´
   10-3 T + 0.4808´ 10-6 T2
   cal/molºC

2. ¿Cuánto calor deberá extraerse a
   500ºC para que el proceso sea
   isotérmico?
3. ¿Qué cantidad de moles se encuentran de
   cada componente al término de la
   reacción?

2. Calcular el calor de formación del Benceno a
volumen constante y a 60ºC a partir de la siguiente
información:

2C(s) + 2O2(g) ® 2CO2(g)
D Hº = –
188.04 kcal

2H2(g) + O2(g) ®
2H2O(l) D Hº = – 136.634
kcal

C6H6(l) +
7½O2(g) ® 6CO2(g) +
3H2O(l) D Hº = – 780.98 kcal

Sustancia Cp [cal/molºK]

C(s) 0.423 + 0.1842´ 10-3
T

H2(g) 0.7765 + 0.10´ 10-3
T

C6H6 – 0.1787 +
16.24´
10-3T – 9.02´ 10-6
T2

b) ¿Cuánto calor se debe suministrar para
formar 250 libras de C6H6(l) a
60ºC?

3. Cuando se alimentaron en relación
estequiométrica los reactivos a un recipiente de 4 litros
y una temperatura de 250ºC la presión fue de 2.5 atm.
Al verificarse la reacción

PCl3(g) + Cl2(g)
®
PCl5(g)

Se llegó al equilibrio a la misma temperatura,
por lo cual Kp = 0.555, calcular:

1. Las presiones parciales de cada sustancia en
   equilibrio
2. Los gramos de Cl2 alimentados
3. Los valores de
   Kc y Kx

4. Se tiene en un reactor ácido
sulfhídrico H2S(s) a 750ºC y la
presión inicial del ácido es de 12.2 atm y su Kc en
el equilibrio es 1.03´ 10-3. La reacción que
se realiza es:

H2S ® H2(g) +
½S(g)

1. ¿Cuál será la presión
   parcial del hidrógeno en el equilibrio?
2. ¿Cuál será la presión
   máxima que tendrá que resistir el
   reactor?

1. Calcule la entalpía de formación
estándar del N2O5 a 25ºC
basándose en los siguientes datos:

2NO(g) + O2(g) ® 2NO2(g)
D Hº = –
114.1 kJmol-1

4NO2(g) + O2(g) ®
2N2O5(g) D Hº = – 136.634
kJmol-1

N2(g) + O2(g) ® 2NO(g)
D Hº = –
780.98 kJmol-1

2. Los calores tipo de formación de la glucosa y
del ácido y del ácido láctico, son –
304.5 y – 165.88 kcal/mol respectivamente. Los Cp para las
2 sustancias son 52.31 y 30.5 cal/gmol.

1. ¿Cuál es el calor de reacción a
   25ºC para la formación del ácido
   láctico a partir de la glucosa?
2. ¿Cuál sería el valor que
   obtendría si la reacción fuese a
   37ºC?

C6H12O6
®
2(CH3-C-COOH)

3. La entalpía de combustión del Naftaleno
(C10H8) es de –5157
kJmol-1 a 25ºC del cuál es su
entalpía de formación a esa temperatura
¿Cuál es el calor de la reacción a
400ºC?

C10H8(s) +
12O2(g) ® 10CO2 +
4H2O(g)

Compuesto (g) a b´ 10-3 c´ 105

C10CH8(s) -115.9 3920
0 ?

O2(g) 29.96 4.18 -1.67 0

CO2 44.22 8.79 -8.62 – 393.5

H2O 30.54 10.29 0 – 241.8

4. En un recipiente de 3 litros se colocan 0.5 moles de
NO y 0.5 moles de H2, si en el equilibrio se determina
que se tuvo un rendimiento de 60%, a) ¿Cuál es el
valor de la constante Kc?

b) ¿Cuáles son la concentraciones en el
equilibrio?

2NO(g) + 2H2(g) ® ¬ N2(g) +
2H2O(g)

c) Si después del equilibrio se colocan 0.5 moles
más de H2 ¿Cuál será el
rendimiento final?

5. Se hacen reaccionar inicialmente 10 gramos de etanol,
5 gramos de ácido acético, 5 gramos de acetato de
etilo y 4.5 gramos de agua; si la reacción que se
efectúa se representa como:

CH3COOH + C2H5OH
® ¬
CH3COOC2H5 +
H2O

Y para cuando este proceso se lleva a cabo a 100ºC,
Kc = 4.0, una vez que se logró el equilibrio se
agregó accidentalmente 5 gramos de acetato de etilo.
¿Cuál será la composición en % peso
en el nuevo equilibrio?

1. Determinar la cantidad de Kg de gas butano
(C4H10) que se requiere para fundir 1000 kg
de aluminio
inicialmente a 20ºC.

Datos: Temperatura de fusión del
aluminio 660ºC

Calor específico del aluminio 6.8
cal/gº

Calor de fusión del aluminio 2550
cal/mol

Calor desprendido por mol de butano quemado = 687.98
kcal/mol

2. A partir de las siguientes reacciones, que se lleva a
cabo a condiciones estándar; calcular el calor de
formación estándar del Fe2 O3
(s) y Fe O(s)

1.- Fe2 O3 (s) +
3C(s) ®
2 Fe(s) + CO3 (g) _ _ _ _ _ _
_ D Hº =
117.31 kcal/mol

2.- Fe2 O (s) +
C(s) ®
Fe(s) + CO (g) _ _ _ _ _ _ _ _ _
_ D Hº =
37.7 kcal/mol

3.- C(s) + O2(g)
® CO2
(g) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ D Hº = -94.05
kcal/mol

4.- CO(g) + ½O2(g)
® CO2
(g) _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ D Hº = -67.62 kcal/mol

3. Para la siguiente reacción:

4NH3(g) + 5O2(g)
® 4NO2 +
6H2O

a) Calcular el calor de reacción para 5 gramos de
mol de NH3 si se conocen los siguientes
datos:

Sustancia: D H (kcal/mol)

NH3(g)-11.04

O2(g) 0.00

NO(g) 21.60

H2O(g) -57.80

b) ¿Cuánto calor se obtendrá del
sistema de reacción por Kg de H2O(g)
obtenida?

4. Calcular el calor de formación del
C2H4(g) a 300ºK si se dispone de la
siguiente información:

D
Hº (kcal)

C2H4(g) + 3O2(g)
®
2CO2(g) + 2H2O(l)
– 337.30

H2(g) + ½ O2(g)
®
H2O(l) – 68.30

C(s) + O2(g)
®
CO2(g) – 94.05

Cp [cal/molºK]

C(s) 2.673 + 2.617´ 10-3T +
0.1169´
10-6T2

C2H4(g) 2.706 +
29.16´
10-3T + 9.06´ 10-6T2

H2(g) 6.947 – 0.2´ 10-3T +
0.481´
10-6T2

5. En un reactor que tiene un volumen de 3000 litros se
introduce 420 kg/min de N2 e H2 con un
exceso de 20% de la cantidad estequiométrica requerida. Si
la temperatura a la que se lleva a cabo la reacción es de
1500 ºK y tiene un grado de conversión del
60%,

1. ¿Cuál será el valor de
   Kc?
2. ¿Cuál es la presión total del
   equilibrio
3. ¿Cuáles son las concentraciones en el
   equilibrio? Reacción: N2(g) +
   3H2(g) ® 2NH3(g)

6. Considere el siguiente sistema en
equilibrio

CO(g) + H2O(g)
® CO2(g)
+ H2(g) D
HR = -41.18 kJ

En un reactor se carga inicialmente, una mezcla de 50%
de vapor de agua y 50% de monóxido de carbono y una vez
que el equilibrio se alcanza a 1000ºK, la composición
de la mezcla es:

% mol CO2 = % mol H2 =
27.1

% mol CO = % mol H2O = 22.9

1. Calcular Kc, Kp y eficiencia de la
   reacción
2. A la misma temperatura, se repite el proceso pero
   esta vez con una carga inicial de 28 g de CO y 36 g de
   H2O ¿Cuál será la eficiencia de
   la reacción?
3. ¿Cómo se verá afectado este
   sistema, por cambios en la presión y en la temperatura,
   según el principio de Le Chartelier?

7. Al hacer reaccionar 2 gramos de H2(g) con
50 g de I2(g) se producen 30 gramos de
HI(g), con los datos anteriores calcular:

1. La Kc
2. Si aumenta la cantidad de I2(g) a 100 g
   ¿Cuál será el valor de HI
   producido?

Reacción: H2(g) +
I2(g) « 2HI

1. Una masa de 2 Kg. de oxígeno
(O2) se expande mediante un proceso en el que se
cumple la relación V/T = Cte., en donde la presión
es de 172 kPa para un sistema de cilindro – émbolo,
desde una temperatura de 32ºC hasta una temperatura de
182ºC. Calcular:

a) El calor requerido

b) El trabajo
realizado (reversible)

c) El cambio de entalpía

d) El cambio de energía interna

e) El trabajo irreversible si la Pop = 1
atm.

NOTA: (1´ 105 Pa = 1 atm)

2. Una muestra de azúcar
D – ribosa (C5H10O5) de
0.727 gramos fue quemado dentro de un calorímetro en
presencia de oxígeno en exceso, la temperatura del
calorímetro se elevó 0.910 ºK desde 25ºC.
En otro experimento efectuado en el mismo aparato 0.825 gramos de
ácido benzoico (C6H5COOH) que tiene
un valor de energía interna de combustión conocido
de 3251 kJ/mol, se incendiaron, con una elevación de
temperatura de 1.94 ºK. Calcule para la D-ribosa:

1. La energía interna molar de
   combustión
2. La entalpía molar de
   combustión
3. La entalpía molar de formación de la
   D-ribosa

Reacción:
C5H10O5(s) +
5O2(g) ® 5CO2(g) +
5H2O

3. A 250 ºC el valor de Kp es de 0.5555 para la
reacción gaseosa PCL3 + Cl2
«
PCl5, calcular las presiones parciales y la
concentraciones de todas la sustancias presentes en el equilibrio
si se colocan inicialmente 41.7 gramos de PCl5 en un
recipiente de 4 litros a 250 ºC.

4. Una solución 0.1 M de ácido hipocloroso
(HOCl) reporta un pOH = 9.64, si la reacción se representa
en la forma de HOCl + H2O ® H+(ac) +
OCl-(ac)

a) Demuestre mediante cálculos apropiados si es
un ácido débil o fuerte

b) Calcule concentraciones de todas las especies
iónicas para cuando la reacción concluya

c) Calcule el grado de ionización

d) Si demostró que el electrolito no es fuerte,
también calcule el valor de la constante de
ionización.

5. La descomposición de cierta sustancia "A" se
representa por 2A(g) ® 2B(g) + C(g) al
comenzar la reacción sólo se tiene A y su
presión es de 1 atm, para seguir la cinética de la
reacción se tomaron los valores de
la presión total del sistema gaseoso a diferentes tiempos
como se muestran en la siguiente tabla:

Calcular: a) el tiempo en el cual
la presión total del sistema es de 1.3 atm

b) La composición del sistema en fracción
molar de todas las sustancias presentes para el tiempo de
reacción del inciso (a)

c) El tiempo de vida media

Academia De Química

E.T.S. (ORDINARIO) De Fisicoquímica II, Turno
Matutino

1. Un mol de vapor de agua a 430 ºC y 390
lb/in2 se someten a los siguiente procesos
reversibles.

a) Primeramente a una expansión en la que el
trabajo es igual al calor generado cuyo valor es 9255.7
J

b) Seguidamente el vapor se enfría en ausencia de
trabajo mecánico y el valor de la energía interna
es de – 1280.60 cal

c) Posteriormente se enfría siguiendo la
ecuación V/T = CTE, la entalpía en el proceso es de
-840.5 J

d) De ahí se somete a una compresión en la
que Q = 0 hasta una presión de 29.3 atm

e) Finalmente se realizó un proceso de
enfriamiento donde Q = D H y la energía interna es de -267
cal

Calcular:

1) Los valores de las variables de
estado para
definir cada proceso

2) La energía interna, entalpía, calor y
trabajo para cada proceso

3) Explique si se trata de un ciclo o no, fundamente su
respuesta

2. Calcular el calor que se genera por 10 kg de CO
medido a condiciones estándar de temperatura y
presión; si el proceso de combustión se realiza a
presión constante y a una temperatura de 1400 ºC y se
representa por la reacción:

CO(g) + ½O2(g)
®
CO2(g)

Datos adicionales:

Sustancia D
Hfº (cal/mol) Cp
(cal/molºK)

CO(g) – 26416 6.42 +
1.665´
10-3 T – 1.96´ 10-7
T2

O2 ————– 6.148 +
3.102´
10-3 T – 9.23´ 10-7
T2

CO2(g) – 94051 6.214 +
10.396´
10-3 T – 35.45´ 10-7
T2

3. La reacción de disociación del
SO2Cl2 a la temperatura de 175 ºC se
representa por la siguiente reacción:

SO2Cl2g) ® SO2(g) +
Cl2(g) Kp = 12.95 atm

Si en un reactor de 10,000 litros se alimentan 19.5 kg
del reactivo y la reacción se realiza a 175 ºC,
cuando se llega al equilibrio, se desea que calcule:

a) Las concentraciones de reactivos y productos en el
equilibrio

b) Las presiones parciales y total al analizar la
reacción.

1. 4.91 moles de CO2 que se comportan como
gas ideal son sometidos una serie de procesos
termodinámicos reversible, como se menciona a
continuación:

De un estado inicial de 30 ºC y 1.5 atm se
comprimen mediante un proceso en el que D E = -W hasta una presión
de 3 atm, posteriormente el sistema absorbe 1200 calorías
de calor en el que se cumple P/T = Cte., una vez alcanzado, el
equilibrio la presión se reduce 1/3 mediante un proceso en
el que P1V1 = P2V2,
para que finalmente el sistema se expanda al doble del volumen
por un proceso en el que Op = D H, considerar Cp = 4.96 cal/molºK,
calcular:

a) Escriba para cada cambio el tiempo de proceso que se
trata

b) Los valores de P, V y T para cada estado
termodinámico

c) Los valores de D E , Q, W
y D H para cada
proceso

2. A partir de las siguientes reacciones y calores de
reacción a 25 ºC

2C(s) + 2O2(g)
®
2CO2(g) D H = -188.104 kcal

2H2(g) + O2(g)
®
2H2O(l) D H = -136.634 kcal

2C6H6(l) +
15O2(g) ® 12CO2(g) +
6H2O(l) D H = -1561.96 kcal

Calcular:

El calor de formación molar para el Benceno
(C6H6)

El calor de formación para 350 gramos de
Benceno

El calor de formación molar a volumen constante
para el Benceno a 100ºC si se sabe que Cp(C(s)) =
4.03 cal/molºK; Cp(H2(g)) = 6.52 cal/molºK;
Cp (C6H6(l)) = 1.25
cal/molºK

3. Cuando se verifica la disociación del
PCl5 a PCl3 y PCl2 en fase
gaseosa, en un recipiente de 4 litros, se encontró que en
equilibrio a 250 ºC la masa total de la sustancia presentes
es de 41.7 gramos y su Kr = 0.042. Calcular:

1. La concentración de cada sustancia presente en
   el equilibrio
2. Sus presiones parciales en el equilibrio

4. Cuando 0.025 gramos de Ba(OH)2 se diluyen
con suficiente cantidad de H2O hasta que el volumen de
la solución es de 3,000 litros, se presenta la siguiente
disociación:

Ba(OH)2(ac) ® Ba++(ac)
+ 2OH-(ac)

¿Cuál es el pH de la solución
resultante?

5. Para la descomposición de cierta sustancia
A ®
Productos, se encontraron las fracciones descompuestas de A
a diferentes tiempos como se indica a
continuación:

Calcular: a) El período de vida
media

b) La fracción de A no descompuesta para un
tiempo de 1 hora 25 minutos.

1. Un mol de vapor a 426.6 ºC y 400
lb/in2 se someten a los siguientes procesos
reversibles: a) primeramente a una expansión en la que el
trabajo es igual al calor generado cuyo valor es 9350.66 Julios,
b) Seguidamente el vapor se enfría en ausencia de calor
mecánico y el valor de la energía interna es de
–1278.26 cal, c) posteriormente se enfría siguiendo
la ecuación V/T = Cte. (La entalpía en el proceso
es de –838.5 Julios), d) de ahí se somete a una
compresión en la que Q = 0 hasta una presión de
27.21 atm; posteriormente se realiza un proceso de enfriamiento
donde q = D H y
la energía interna es de –257 cal.
Obtener:

1. Los valores de la variables para definir cada
   proceso
2. Las energías, entalpías, trabajo y
   calor para cada caso

2. Un intercambio de calor usa vapor que sale de una
turbina para calentar aires en una planta de proceso. El vapor
entra al intercambiador con un gasto másico de 1.2 kg/s,
una presión de 200 kPa. El aire entra al intercambiador a
20ºC y 101 kPa y sale a una presión de 101 kPa. El
gasto másico de aire es de 3 kg/s. Suponiendo que la
superficie exterior del intercambiador está perfectamente
aislado, calcular la temperatura del aire conforme abandona el
intercambiador. Realice el diagrama de
proceso. Datos: D
Hxvap = 164 kJ/kg.

3. cuando llegó al equilibrio la reacción
N2O4 « 2NO2 a 25ºC y
presión de 3.79 atm, en un reactor de 0.5 l, se
determinó que las moles totales fueron de 0.07763 y el
contenido del NO2 de 14.34 %mol. Calcular:

a) los gramos del reactivo alimentados

b) La composición en %mol, cuando se
efectúa otro experimento a 25 ºC en el mismo reactor,
al iniciar la reacción con 0.20 moles de
NO2.

4. Cuando se preparó una solución de
CH3COOH a 25ºC son 300 g del soluto y suficiente
cantidad de agua hasta que el volumen es de 350 litros, se le
adicionaron 20 litros de CH3COONa 0.0025 M, se sabe
que a 25ºC la Ka = 1.8´ 10-5, por lo tanto
calcule:

a) El pH de la solución final

b) ¿Qué es el efecto de ion
común?

c) Teóricamente mencione lo más claro
posible la diferencia de comportamiento
entre el ácido de este ejercicio contra una
disolución del ácido triprótico
H3PO4.

1. Una mol de un gas monoatómico realiza el
siguiente ciclo reversible:

Calcule para cada etapa y para el ciclo completo Q,
W, D E y
D H.

2. Con el calor generado por la combustión de 85
kg de propano (C3H8) a una temperatura de
500ºC ¿Cuánta agua se evaporará si
previamente se calentó a su punto normal de
ebullición y se sabe que la eficiencia de transferencia de
calor es del 80%?

Datos adicionales:

Sustancia D
Hfº (cal/mol) Cp
(cal/molºK)

C3H8(g) – 24.82 2.41 +
57.195´
10-3 T – 1.75´ 10-5
T2

CO2(g) – 94.051 10.57 +
2.1´
10-3 T – 2.06´ 10-5
T2

H2O(g) – 57.798 7.3 +
2.46´
10-3 T

O2(g) ————– 6.117 +
3.167´
10-3 T – 1.0´ 10-5
T2

3. Para la reacción gaseosa PCl3 +
Cl2 «
PCl5 a 250ºC el valor de Kp = 0.555. Si en
un recipiente de 4 litros a 250 ºC se colocan 41.7 gramos de
PCl5 para iniciar la reacción.
¿Cuál será la nueva composición en %
mol, si a la reacción en equilibrio se modificó
reduciendo la presión total del sistema en 1/3 de su
valor?

4. Se estima que con 175 mg de cloruro de amonio
(NH4Cl) mezclados con 750 ml de solución de
hidróxido de amonio NH4OH 0.2 M se obtiene una
solución con un pH de 10.45 que servirá para
calibrar un potenciómetro.

a) Demuestre por medio de los cálculos
correspondientes si esto es correcto o no

b) En cualquier caso, exprese un comentario al
respecto

5. Los siguientes datos se obtuvieron en la
descomposición de una muestra de
N2O5 a 45ºC al desarrollarse la
siguientes reacción: 2N2O5
® 4NO2 +
O2

Si la concentración inicial del
N2O5 es de 2.33 mol/lt,
determinar:

a) El orden de reacción y la constante
cinética

La concentración del NO2 a los 15
minutos.

1. Un ciclo de energía o potencia de
Carnot trabaja con 0.908 kg de aire entre los límites de
temperatura de 21.1 ºC y 260 ºC. La presión al
inicio de la expansión isotérmica es de 28.1
kg/cm2 y al final es de 13 kg/cm2.
Después sigue un proceso adiabático de
expansión lenta hasta 2 kg/cm2, posteriormente
hay una compresión isotérmica hasta 4
kg/cm2. Considere gas ideal y procesos reversibles, y
que la composición del aire es 21% mol O2, 79%
mol N2.

a) Determine el volumen final de la compresión
isotérmica

b) Determine calor, trabajo, energía y
entalpía para el ciclo

c) Si el ciclo fuera irreversible, calcular la
eficiencia del ciclo comparada con el ciclo reversible

2. Determinar la cantidad necesaria de gas natural (92%
CH4) por cada kg de vapor de agua sobrecalentada
producida a 350ºC a partir de agua líquida a
20ºC. El calor latente de vaporización a 100ºC
es de 540 cal/g, la transferencia de calor tiene una eficiencia
del 100% y la reacción de combustión se lleva a
cabo a 1500ºK

Reacción CH4(g) +
2O2(g) ® CO2(g) +
2H2O(g)

Datos adicionales:

Sustancia D
Hfº (kcal/mol) Cp = a + bT
(cal/molºK)

CO2(g) – 94.052 6.214 +
10.396´
10-3 T

H2O(g) – 57.800 7.256 +
2.298´
10-3 T

CH4(g) – 17.889 3.381 +
18.044´
10-3 T

H2O(l) ————–
18.0

3. Para el equilibrio 2NOCl(g)
«
2NO(g) + CL2(g), Kp =
1.7´
10-2 a 240ºC. Si 0.0133 moles de NOCl puro
se calienta a 240ºC de tal forma que se obtenga en el
equilibrio una presión parcial de 0.0714 atm para el NO
¿Cuáles serán las presiones parciales para
el Cl2 y el NOCl asi como la presión
total?

4. Llene los espacios vacíos de la siguiente
tabla, cada línea (a, b, c, d) se refiere a una
solución diferente.

1.- 59 gramos de gas con un peso molecular de 40
gramos/mol se encuentran inicialmente a 25 ºC y 3
atmósferas, dicho gas se somete a los siguientes procesos
consecutivos.

Primero se calienta isobáricamente hasta que el
volumen alcanza 3.5 veces su volumen inicial, después se
comprime adiabáticamente hasta la mitad del volumen
inicial, en seguida el volumen se mantiene constante hasta una
temperatura de 300 ºK y finalmente se realiza un proceso
isotérmico hasta alcanzar una presión de 2
atm.

Considere que el Cv = 3/2 R y determine:

1. El trabajo, calor, energía interna y
   entalpía de cada proceso y los totales
2. Elabore el diagrama P v.s. V
   correspondiente

2. Calcule el calor de reacción a volumen
constante que resulta de reaccionar 600 gramos de metano a 250
ºC de acuerdo a la siguiente reacción en estado
gaseoso:

3.- Para el equilibrio 2 NOCl Û 2 NO + Cl2 en estado
gaseoso Kp = 1.7 ´ 10-2 a 240 ºC. Si 0.0133
moles de NOCl puro se calientan a 240ºC de tal forma que se
obtenga en el equilibrio una presión parcial de 0.01714
atm para el NO. ¿Cuáles serán las presiones
parciales para el Cl2 y el NOCl así como la
presión total?

4. al mezclar 1200 ml de ácido nítrico
(HNO3) 0.01135 M con 875.25 ml de hidróxido de
sodio (NaOH) 0.0078 M se obtiene una nueva
disolución.

Determine:

1. El pH de la solución resultante
2. El pOH de cada solución

5. En un celda electrolítica formada por hierro (Fe) y
el otro de cobre (Cu)
sumergidos en una solución de sulfato de cobre
(CuSO4) se hace pasar una corriente de 2.5 Amperios
durante un tiempo de 0.2 hr.

1. Determine la celda electrolítica indicando
   cual es el cátodo y el ánodo
2. Escriba las reacciones que se llevan a cabo en los
   electrodos
3. Determine la masa de cobre depositada

P.A. O: 16 N:14 N:1 S:32 H:1 Cl:35.5 Cu:63.5 Fe:56
Na:23

1.- Conociendo las siguientes ecuaciones
termoquímicas

H2(g) + ½ O2(g)
®
H2O(l) D Hº = -57.80 kcal/mol

6CO2(g) +
3H2O(l) ® C6H6 + 15/2
O2(g) D
Hº = +757.5 kcal/mol

y que el calor de combustión del ciclo de hexano
(C6H12(g)) es de –881.67 kcal/mol.
Calcular la entalpía de la siguiente reacción a
condiciones tipo

C6H6(l) + 3H2(g)
®
C6H12(g).

2. Un horno industrial de flujo estable es
diseñado para operar con gas metano (CH4) a una
presión constante de 1 atmósfera. El gas metano
entra al horno a 25ºC y se mezcla con oxígeno a la
misma temperatura reaccionando según la
reacción

CH4(g) + 2O2(g) ® CO2(g) +
2H2O(l)

Obteniéndose los gases de
combustión a 400 ºK. El horno está
diseñado para tener una relación de transferencia
de calor de 47.8 kcal/seg. Calcule el gasto de CH4
necesario

El Cp está dado de acuerdo a la expresión
Cp = a + bT + cT2 (cal/molºK)

Datos Hºf
(kcal/mol) a b c

CH4 -17.889 3.38 18.04 ´ 10-3 –
4.30 ´
10-6

O2 ————— 6.148 3.102
´ 10-3
– 0.92 ´
10-6

CO2 – 94.051 6.214 10.396
´ 10-3
-3.54 ´
10-6

H2O – 31.83 7.256 2.29 ´ 10-3
0.283 ´
10-6

3.- Cuando 1 mol de PCl5 se disocia, se
encontró que en el equilibrio la temperatura es de
487ºC, la presión de 1 atmósfera y el
contenido de Cl2 de 20% en volumen; si la
reacción que se efectúa se representa por
PCl5 ®
PCl2(g) + Cl3(g). Calcular el
Porciento del PCl2 que reacciona si a la mezcla de
equilibrio se el adiciona 0.5 moles de Cl2 considerar
que el volumen y la temperatura permanecen constante.

4. el metanol (CH3OH) puede ———– de
acuerdo con la reacción

CO(g) + 2H2(g) ® CH3OH H = -21.67
kcal/mol

Para esta reacción Kc = 1.377 a
127ºC

1. Calcular la producción en equilibrio de
   metanol, cuando reaccionan 1 kmol de CO y 2 kmol de
   H2 a 127ºC y 5 atmósferas
2. ¿Qué recomendación haría
   para que se incremente el rendimiento de la reacción por
   los dos factores que pueden modificar el equilibrio?
   (Why?)

1.- En una planta de hidrógeno utiliza el proceso
de Bosch para producir 400 kg de hidrógeno por hora en
base a la reacción:

CO(g) + H2O(g)
® CO2(g)
+ H2(g)

Los reactivos entran a 25ºC y los productos salen
del lecho catalizador a 900 ºF. Todo el montaje del reactor
está rodeado por un cubierta de agua. ¿Qué
cantidad de calor se tiene que eliminar con agua de enfriamiento
cada hora?

Compuesto D
Hºf (cal/mol); Cp = a + bT + cT2
(cal/molºC)

Datos Hºf (cal/mol) a b c

O2 ————— 6.52
0.78´
10-3 0.12 ´ 10-5

CO2 – 94051 10.57 2.1 ´ 10-3
-2.06 ´
10-5

H2O – 57.798 7.30 2.46 ´ 10-3

CO – 26416 6.79 0.98 ´ 10-3 -0.11 ´ 10-5

2.- Para la disociación del
N2O4(g) « 2NO2(g) la Kc = 0.211 a
100ºC. Calcular las concentraciones y la presiones parciales
en el equilibrio de productos y reactivos manteniéndose la
misma temperatura y usando un reactor de 325 ml donde
inicialmente se coloca 1 gramos de
N2O4

3.- Para la obtención de Cl2 se tiene
la siguiente reacción:

4HCl(g) + O2(g) « 2Cl2 +
2H2O(g)

Se tiene una corriente de HCl y aire con la
composición en % volumen de (15.0 Hcl, 51.35 N2
y 33.6 O2) la cual en equilibrio tiene 6% de
Cl2 en volumen. Calcular:

1. La composición de la mezcla en equilibrio a
   350ºC y 1 atmósfera
2. El valor de Kc y de Kp

4.- La oxidación de SO2 a SO3 se
efectúa en fase gaseosa según la
reacción:

SO2 + ½ O2
« SO3
a 610ºC

La constante de equilibrio Kp es de 8.5. Para realizar
la conversión a SO3 se alimenta un reactor
catalítico con un gas que proviene de quemadores de azufre
y que contiene 12% de SO2, 8% mol de O2 y
80% mol de N2. Si la conversión del
SO2 a SO3 es del 90%. Determinar la
presión de equilibrio.

1.- La obtención del metanol es posible mediante
la siguiente reacción:

CO(g) + 2H2(g) ®
CH3OH(g)

El sistema opera a una temperatura de 355 ºC y a
una presión de 46 atmósferas. Calcular la cantidad
de calor que debe removerse del reactor, si se obtienen 96
toneladas/día de metanol, usando los siguientes datos
termoquímicos

Datos D
Hºf (cal/mol) Cp (kJulio/mol)

CH3OH(g) – 238.64 40.25 +
8.30´
10-3T – 0.25 ´ 10-5T2

H2 —————- 27.28 +
3.26´
10-3T – 0.50 ´ 10-5T2

CO – 110.52 28.41 + 4.10´ 10-3T – 0.46
´
10-5T2

2.- Calcular D H a 427 ºC para la producción de 1
tonelada de NH3

Datos: N2(g) + 3H2(g)
®
2NH3(g) D Hºf = 92.42 kilo
Julios

Cp N2 = 6.5421 + 1.251´
10-3T

Cp H2 = 6.9469

Cp NH3 = 6.1890 + 7.887´ 10-3T
– 7.2801´
105T-2

NOTA: El Peso atómico del Nitrógeno es 14
y del hidrógeno es 1.

¿Qué cantidad de agua podría elevar
su temperatura desde 20 hasta 90ºC aprovechando el calor
generado en la producción de 1 tonelada NH3 a
427 ºC?

Cp H2O = 1 cal/gºC r H2O = 0.997
kg/lt

3.- Considere el siguiente sistema en
equilibrio:

CO(g) + H2O ® CO2(g) +
H2(g) D
Hrº = – 41180 Julios

En un reactor de volumen V (litros), se carga
inicialmente una mezcla de vapor de agua y monóxido de
carbono. Una vez que se alcanza el equilibrio a 1000 ºK la
composición de la mezcla es:

Sustancia CO2 H2 CO H2O

% mol 27.1 27.1 22.9 22.9

P.M. 44 2 28 18

1. Calcule Kc, Kp y la eficiencia de la
   reacción
2. ¿Qué cantidad de CO2 se
   obtiene por cada kilogramo de CO?
3. Como se va afectando este sistema por cambios en la
   presión y en la temperatura, según el principio
   de Le Chatelier
4. A la misma temperatura, se repite el proceso con un
   carga inicial de 28 gramos de CO y 36 gramos de agua.
   ¿Cuál será la eficiencia de la
   reacción?

4.- Para la reacción PCl3(g) +
Cl2(g) ® PCl5(g) el valor de Kc es de 3
a 300 ºC. Si en un sistema cuyo volumen es de 17.5 litros la
reacción se inicia con 104.25 gramos de PCl5 y
la temperatura de 300ºC. Calcular:

1. Las concentraciones de las sustancia presentes en el
   equilibrio
2. Las presiones parciales de las sustancia en el
   equilibrio

u1. Los calores de las reacciones siguientes a
condiciones tipo son:

Na(s) + ½Cl2(g)
®
NaCl(s) D Hº = – 98,230 cal

H2(g) + S(s) +
2O2(g) ® H2SO4(l)
D Hº = – 193,910
cal

2Na(s) + S(s) +
2O2(g) ® Na2SO4(s)
D Hº = – 330,500
cal

½H2(g) +
½Cl2(g) ® HCl(g) D Hº = – 22,060
cal

A partir de estos datos hallar el calor de
reacción a volumen constante y 25ºC para el siguiente
proceso:

2NaCl (s) +
H2SO4(l) ® Na2SO4(s) +
2HCl(g)

2. ¿Cuál será la cantidad de calor
de la reacción indicada para una temperatura de 250
ºC, dados los siguientes datos?

Reacción: H2(g) + ½
O2(g) ®
H2O(g)

Compuesto (g) D Hºf kcal/mol
a b´
103 c´ 107

H2
———– 6.947 -0.199 4.808

O2
———– 6.095 33.253 -10.171

H2O – 57.798 7.219 2.374
2.67

3. ¿Cuál es el valor de la constante de
equilibrio en función de
las concentraciones para un 35% de conversión cuando se
introducen cantidades estequiométrica re reactivos en un
reactor de 2 litro?

½ N2(g) + 3/2 H2(g)
®
NH3(g)

4. A una temperatura dada se colocaron 1.80 gramos de
agua y 5.68 gramos de Cl2 en un matraz de 2 litros
estableciéndose el equilibrio de la
reacción:

2H2O(g) + 2Cl2
®
4HCl(g) + O2(g)

La presión total fue de 2 atmósferas. Se
descubrió que en el equilibrio, la concentración de
O2 era de 0.48 gramos/litro. Calcular:

1. Kc
2. Kp
3. La presiones parciales en el equilibrio

1.- Los calores de formación de la glucosa y del
ácido láctico a 298 ºK son –304.60 y
–165.88 respectivamente. Las capacidades caloríficas
de las dos sustancia son 52.31 y 30.5 cal/ºmol.

1. ¿Cuál es el calor de reacción a
   25ºC para la formación del ácido
   láctico a partir de la glucosa?
2. ¿Cuál sería el valor que se
   podría estimar para este calor de reacción si
   este procediese a la temperatura fisiológica de
   37.5ºC?

C6H12O6
®
2(CH3 – CH – COOH)

Glucosa |

OH

2.- a) Determine el calor de combustión del
propano a 500 ºC a partir de la siguiente
información:

Sustancia D
Hfº (kcal/mol) Cp
(cal/molºK)

C3H8(g) – 24.820 2.410 +
57.195´
10-3 T – 1.753´ 10-5
T2

CO2(g) – 94.051 10.57 +
2.1´
10-3 T – 2.06´ 10-5
T2

H2O(g) – 57.798 7.3 +
2.46´
10-3 T

O2(g) ————– 6.117 +
3.167´
10-3 T – 1.0´ 10-5
T2

b) Con el calor generado por la combustión a
500ºC, ¿Cuánta agua se evaporará si
éste se encuentra en su punto normal de ebullición,
y la eficiencia de transferencia de energía es del
85%?

Nota: D
Hv H2O = 429 cal/gramos

3.- En la obtención del amoniaco en un reactor de
15 litros de capacidad y 400ºC se introdujeron 28 gramos de
N2 y 2 gramos de H2. La presión de
equilibrio es de 3 atmósferas. Se encontró que la
mezcla de equilibrio contenía 17.8% de NH3.
Calcular:

1. Kc
2. Kp
3. Las concentraciones de cada componente en el
   equilibrio
4. Las presiones parciales de cada componente en el
   equilibrio

4.- Para la reacción
N2O4(g) « 2NO2(g), Kp = 1.352. Si se
alimentan 92 gramos de NO2(g) a 55ºC y se sabe
que en el equilibrio la presión es de 3 atmósferas,
en un reacote cuyo volumen es de 2 litros:

1. Determinar la composición del sistema en % vol
   en el equilibrio
2. ¿Qué efecto tendría en la mezcla
   de equilibrio si la presión se disminuye la
   mitad?

1.- Se tienen 300 litros/horas de una solución de
desperdicio al 14% en peso de ácido Clorhídrico con
una temperatura de 45ºC, por norma ecologista no es
permitido arrojar al caño soluciones
ácidas o alcalinas, por lo que habrá que
neutralizar la solución con NaOh al 18% en peso que tiene
una temperatura de 30 º C, esto con el fin de evitar ser
multado según los artículos ecologistas del Diario
Oficial de la Federación.

1. Calcule la cantidad de calor generado en el
   proceso
2. Si la temperatura máxima permitida en los
   efluentes de salida de las plantas es
   de 32ºC, calcule si es necesario agrega el agua
   fría (20ºC) al producto de
   la neutralización y cuanta. Reporte los resultados por
   hora/por día

Densidad solución alcalina = 1.1
g¨/cm3 Calor neutralizado = -13,600
calorías

Densidad solución ácida = 0.1 g
/cm3 Cp Solución ácida = 1.05 cal/g
ºC

Densidad del agua Cp Solución alcalina = 1.06
cal/g ºC

Cp Agua = 1.0 cal /g ºC

2. Obtenga la ecuación que represente la síntesis
del H2SO4 a partir del azufre,
oxígeno e hidrógeno (reacción de
formación) y calcule el calor de formación a
volumen constante a condiciones tipo, con la siguiente
información disponible

D
Hºr (kcal)

1. S(s) + O2(g) ®
   SO(g) -71.03
2. SO3(g) ® SO(g) + ½
   O2(g) 95.38
3. SO3(g) +
   H2O(g) ®
   H2SO4(l) -24.96
4. H2(g) + ½ O2(g)
   ®
   H2O(l) -67.83

3.- Se cuenta con un reactor de oxidación
catalítica para obtener bióxido de carbono de
acuerdo a la siguiente reacción: CO(g) +
½ O2(g) ® CO2(g)

Si el reactor opera a P = 3.6 kg/cm2
(manométrica), T = 1250ºC

Calcular el calor que se requiere agregar o eliminar del
reactor por cada kg de CO2(g) que se produce (indicar
claramente se agrega o elimina calor y porqué)

Cp = a + bT + cT2 (cal/molºK)

a b´
103 c´ 107

CO(g)6.42 4.65 -1.96

O2(g) 6.148 3.02 -9.23

CO2(g) 6.214 10.296 -35.45

4.- Para la reacción:

Q(g) « 2R(g) +
3S(g)

Se tiene que las concentraciones en el equilibrio
son:

[ Q ] = 4.0

[ R ] = 4.0

[ S ] = 6.0

determine el valor de Kc, la concentración
inicial de Q y el rendimiento de la reacción.

1.- La obtención industrial del carbonato de
calcio (CaCO3)(g) se hace por medio del
óxido de calcio (CaO)(s) y bióxido de
carbono (CO2)(g)

1. Obtener el calor desprendido al obtenerse 50
   toneladas de CaCO3(s) a 25ºC
2. Si la reacción se llevara a 500ºC
   ¿Qué cantidad de calor sería el necesario
   para producir las 50 toneladas de
   CaCO3(s)?

Calores de formación de CaO(s),
CO(s) y CaCO3(s)

D
Hºf (k Julios)

Ca(s) + O2(g) ®
CaO(s) -636

C(s) + O2(g) ®
CO2(g) -394

Ca(s) + C(s) + 3/2
O2(g) ® CaCO3(s) -1210

Cp CaO(s) 11.67 + 1.03´ 10-3 T –
1.56´
10-5 T2 cal/molºK

Cp O2(g) 7.16 + 1´ 10-3 T –
0.40´
10-5 T2 cal/molºK

Cp CaCO3(s) 24.98 + 5.21´ 10-3 T –
6.20´
10-5 T2 cal/molºK

2.- Cuando el 55% del calor liberado por la
combustión de una cierta cantidad del
C2H6 a 500ºC se utiliza para obtener
2000 g/min de vapor de agua, de H2O que se dispone
inicialmente a 26ºC, calcular el costo en
$/día de combustible (C2H6) gastado
para calentar y evaporar el agua.

Sustancia D
Hfº (kcal/mol) Cp
(cal/molºK)

C2H6(g) – 02.035 2.247 +
38.201´
10-3 T

CO2(g) – 94.051 10.57 +
2.1´
10-3 T – 2.06´ 10-5
T2

H2O(g) – 57.798 7.3 +
2.46´
10-3 T

O2(g) ————– 6.117 +
3.167´
10-3 T – 1.0´ 10-5
T2

D Hºv
H2O = 540 cal/gramo, P.A. O = 12, H = 1

3.- La reacción de
CH3COOH(l) +
C2H5OH(l) «
CH3COOC2H5(l) +
H2O(l) tiene una Kc = 3, cuando se verifica
a 50ºC y 1 atm. Si se alimenta en cantidades
estequiométrica los reactivos a un reactor de cuatro
litros de capacidad, calcular:

1. La composición en %peso de la mezcla en
   equilibrio
2. Kp para dicha reacción
3. Las moles de alcohol
   etílico que no reacciona

4.- A un reactor de 35 litros de capacidad que opera a
una temperatura de 450ºC, se introduce una cierta cantidad
de HI, por lo que la presión resulta ser de 6.77 atm. La
reacción gaseosa que se realiza en el sistema es:
2HI(g) « H2(g) + I2(g);
cuando se llegó al equilibrio se determinó que el
contenido de HI dentro de la mezcla de gases es del 20% mol,
calcular:

1. La composición en el equilibrio en
   %mol
2. El calor de Kc y Kp para la
   reacción
3. La concentración molar del I2 en el
   equilibrio
4. El % de disociación del HI al alcanzar el
   equilibrio
5. Las presiones parciales en el equilibrio
6. Los gramos de HI que no reaccionan

P.A. Yodo (I) = 126.91 Hidrógeno (H) =
1

1.- La expansión de 30 litros/segundo que
está a 50ºC y 5 atm, tiene lugar en dos etapas
consecutivas. En la primera, la transferencia de calor es igual
al trabajo desarrollado, siendo el volumen final el doble del
inicial y el proceso es reversible. En la segunda etapa, el
trabajo desarrollado es igual a la disminución de la
energía interna del sistema, bajando su presión al
final a una tercera parte de la inicial de esta segunda
etapa.

Determinar los valores de Q, W, D E y D H para las dos etapas, suponiendo que la
segunda etapa es: a) Reversible, b) Irreversible

Cp (aire) = 6.86 cal/molºK P.M. (aire) = 29
g/mol

2.- El ciclamato de sodio
(C6H12NSO3Na) se usa como
edulcorante, sin embargo su uso es restringido en otros
países por se cancerígeno, en la combustión de
dichos producto se liberan 770 kcal/mol

1. ¿Cuál es la entalpía de
   formación del ciclamato sódico?
2. ¿Cuántos gramos de ciclmato
   sódico generarán por combustión el mismo
   calor que un gramos de sacarosa?

C6H12NSO3Na(s)
+ 10¼ O2(g) ® 6 CO2(g) + 6
H2O(g) + NO2(g) +
½Na2SO4(g) +
½SO3(g)

Combustión sacarosa

C12H22O11(s) +
12O2(g) ® 12CO2(g) +
11H2O(g)

Datos Adicionales

D
Hºf kcal/mol D Hºf kcal/mol

CO2(g) -94.05 Na2SO4(g) -330.82

H2O(g) -57.8 SO3(g) -94.39

NO2(g) 7.56 C12H22O11 529.7

3.- El ácido sulfhídrico (H2S)
se forma de las descomposiciones orgánicas. A 750ºC
su constante de disociación Kc = 1.03´ 10-3 para la
reacción H2S(g) « H2(g) +
½S2(g)

1. ¿Cuál será la presión
   parcial del hidrógeno en un reactor, donde la presion
   inicial del H2S es de 12.2 atm?
2. ¿Cuál será la presión
   máxima que tendrá que resistir el
   reactor?

4.- Un recipiente de 6 m3 de capacidad
contiene el 65% de su volumen de una solución de 0.0015 M
de ácido fórmico (HCOOH), con r = 1.11 g/ml, la cual está
disociada en un 3.4%. Si se evapora 1,800 litros de
H2O (solvente), considerar que la densidad se
mantiene igual, calcular:

1. El pH de la solución concentrada
2. El nuevo grado de disociación
3. ¿Cómo demostraría que se trata
   de ácido débil?

5.- La siguiente reacción hipotética:
A ® L + 3Z,
se llevó a cabo partiendo de una concentración
inicial de A de 15 mol/litro; el avance de la reacción se
determinó conociendo las concentraciones molares del
producto Z según los siguientes datos
cinéticos:

[Z] mol/litro 5.4 13 18 21 25 27

q
(min) 10 30 50 70 90 100

Determinar: a) El orden y la constante
cinética

b) ¿Cuál será la
concentración de litros a los 120 min?

1.- Para un expansor centrífugo adiabático
que maneja en forma irreversible 22.7 kg/min de aire desde 50
lb/in2 absolutas y 119 ºC hasta 14
lb/in2 y 26.7ºC, con un eficiencia del 80% con
respecto del proceso reversible. Calcular:

1. El trabajo de expansión
2. Demostrar si el proceso es completamente
   adiabático
3. Si el proceso no es completamente adiabático,
   determine la temperatura final del agua que pasa por un camisa
   de enfriamiento, que maneja 6.81 kg/min de agua con una
   temperatura inicial de 23.5ºC

Cp H2O = 1 kcal/kg ºK Cp (aire) = 7
cal/molºK

2.- La descomposición catalítica del
alcohol metílico (CH3OH(l)) en
CO(g) e H2(g)

CH3OH(l) « CO(g) +
2H2(g)

Se desarrolla en condiciones de equilibrio a 190ºC
y 760 mmHg

A partir de la siguiente información:

2H2O(l) = 2H2(g) +
O2(g) D
Hº = 136656 calorías

CO(g) + ½O2(g) =
CO2(g) D Hº = -67623 calorías

2H2O(l) + CO2(g) =
CH3OH(l) +
3/2O2(g) D
Hº = 182580 calorías

Cp H2 = 6.5 + 0.0009 T
cal/molºK

Cp CO = 6.5 + 0.001 T cal/molºK

Cp CH3OH = 2 + 0.03 T
cal/molºK

Determine el calor involucrado en la reacción a
las condiciones de equilibrio considerando que reactivo y
productos están a la misma temperatura.

1.- Una mol de gas ideal es comprimida
adiabáticamente con una presión constante de
oposición igual a 10 atm. Inicialmente el gas está
a 27 ºC y 1 atm de presión final es de 10 atm.
Calcular Q, W, D
E y D H
cuando el proceso se realiza en:

1. Una sola etapa
2. Un número infinito de etapas

Considere que Cv = 5/2 (R)

2.- A partir de las siguientes reacciones a 25
ºC

Fe2O3(s) + 3 C (grafito)
® 2
Fe(s) + 3 CO(g) D Hº = 117.3 kcal

FeO(s) + C (grafito) ® Fe(s) +
CO(g) D
Hº = 37.3 kcal

C (grafito) + O2(g) ® CO2(g)
D Hº =
-94.05 kcal

CO2(g) ® CO(g) +
½O2(g) D Hº = 67.63 kcal

Determine los calores de formación a
presión y a volumen constante para el
Fe2O3(s) y el FeO(s)

3.- En un recipiente de 3.75 litro y a una temperatura
de 290 ºC se introducen 0.23 moles de PCl5,
llevándose a cabo la reacción
PCl5 « PCl3 + Cl2
(fase gas) para la reacción y a esa temperatura Kp =
1.8

¿Cuál será la composición en
% mol después de que la presión total en el
equilibrio se duplica?

4.- Calcular los gramos de acetato de sodio
(CH3COONa) que deben estar disueltos en 25 litros de
una solución Buffer qye es 0.0148 M con respecto al
CH3COOH y "x"M con respecto al acetato de sodio. Se
sabe que el pH de la solución buffer es de 4.75 y la Ka =
1.8´
10-5.

5.- La descomposición de una sustancia se
representa a partir de la siguiente ecuación:

A(g) ® B(g) + C(g) +
D(g)

Los datos cinéticos que se obtienen
después de que la presión inicial del reactivo es
de 311.98 mmHg, se reportan como incrementos de presión en
el sistema

q
(hora) 0.1083 0.2147 0.3317 0.8937

Icremento de P
(atm) 0.126 0.232 0.33 0.615

1. Demostrar de qué orden es la
   reacción
2. El tiempo de vida media

1.- En una refinería el evaporador de una torre
de destilación calienta una mezcla de hidrocarburos
de 40 a 80 ºC y de la última temperatura se evaporan;
para los hidrocarburos el Cp = 3.68 cal/molºK y el calor
latente de vaporización de 300 cal/mol; si la columna
opera con 20000 kg/hr de la mezcla de hidrocarburos, calcular el
Porciento de vapor de H2O usado como medio de
calentamiento en la columna, si la refinería cuenta con un
sistema de calderas que
produce 250000 kg/hr de vapor (D Hv H2O = 539 cal/gramo)

2.- Vapor de peróxido de hidrógeno
(H2O2) entra a un intercambiador de calor a
10 atm y 70ºC donde se efectúan la reacción a
600 ºK descomponiéndose en vapor de agua
(H2O) y oxígeno, según la
reacción H2O2(g) ® H2O(g)
+ ½O2(g)

El H2O(g) y el O2(g)
salen del intercambiador de calor a 10 atm y 600 ºK y entran
a una turbina perfectamente aislada en donde se expanden hasta
una presión de 1 atm y 300 ºK. Determine:

1. La transferencia de calor al efectuar por mol de
   H2O2 en el cambiador de calor al efectuar
   la reacción
2. El trabajo desarrollado en la turbina, si el Cp de la
   mezcla de H2O(g) y O2(g) es de
   6.8 cal/molºK.

Gas D
Hºf (cal/mol) Cp
(cal/molºK)

H2O2 -31830 7.7

H2O -57797 7.25

O2 6.14

3.- En un recipiente vacío se introduce
inicialmente PCl5(g) y se encontró que en el
equilibrio la mezcla gaseosa contiene 35% en volumen de
PCl3(g) a las condiciones de 250ºC y 2 atm.
Calcular El % de PCl5 que se disociará si el
sistema en equilibrio modifica su presión total a 0.2 atm,
manteniendo la temperatura constante, la reacción que se
efectúa es:

PCl5(g) « PCl3(g) +
Cl2(g)

4.- De una solución 0.2 N de HCN y con pH = 6 se
toman 100 ml, los cuales son diluidos con 900 ml de
H2O ¿Cuál es el pOH de la nueva
solución y cómo demostraría con
cálculos si la solución corresponde a una
electrolito fuerte o débil?

5.- Se ha encontrado que la cinética de una
reacción se efectúa a una velocidad
constante de 0.45 mol/lt seg. Si la reacción se inicia con
0.09 kg de una sustancia cuyo PM = 50 g/mol, contenida en un
volumen de 1.5 litros, calcular:

1. El tiempo de vida media
2. ¿Qué concentración se
   tendrá a los 5 minutos de iniciada la
   reacción?

Instrucciones:

1. Resuelva en la hoja de respuestas cada uno de los
   puntos que se le formularán
2. El peso atómicos de los elementos esta al
   final de la hoja

Práctica Nº3

1. ¿Cómo resulta ser el vapor de Qp con
   respecto al de Qv y a qué función termodinámica corresponde Qp?
2. ¿Por qué se agrega 1 ml de agua
   destilada dentro de la bomba?
3. Durante la experimentación en la
   determinación del calor de combustión, se
   registraron los siguientes datos:

• masa de naftaleno (C10H8)
  —————- 0.8g
• longitud del alambre fusible ————– 10
  cm
• capacidad del alambre ——————— 2.3
  cal/cm
• volumen de agua en la cubeta ———— 2000
  ml
• temperatura inicial ————————- 21
  ºC
• temperatura final ————————— 22.5
  ºC
• K calorímetro
  ——————————- 420 cal/ºC

Calcule: a) el calor molar de combustión a Vcte;
b) El calor molar de combustión a Pcte

Reacción: C10H8(s) + 12
O2(g) ®
10 CO2(g) +
4H2O(l)

Practica Nº4

1. Enuncie el principio de Le
   Chatelier-Braun
2. ¿Si en el experimento, se hubiese agregado
   más ácido acético, el valor de Kc se
   modifica?

   Reacción: CH3COOH +
   CH3CH2OH ® CH3COOCH2
   CH3 + H2O

   Datos experimentales:

   – volumen de NaOH 1 M requerido para titular la
   alícuota (10 ml) de producto final — 36
   ml

   – volumen de NaOH 1 M gastado en la
   titulación de 0.5 ml de H2SO4
   ——————— 18 ml

   Determine: a) El ácido acético
   remanente, b) La constante de equilibrio

   c) La eficiencia de la reacción

   Practica Nº5

3. Se hacen reaccionar 28.5 ml (30g) de ácido
   acético (CH3COOH) con 32 ml (25.5 g) de
   etanol (CH3CH2OH) y 0.5 ml de
   H2SO4 como catalizador
1. ¿Qué importancia tiene para
   un Ingeniero Industrial conocer el concepto de
   pH y sus aplicaciones? Explique
2. ¿Cuál es la diferencia entre un
   electrolito fuerte y uno débil?
   0. HCl 0.005 M HCl ® H+ +
      Cl-
   1. CH3COOH 0.1
      M CH3COOH ® H+ +
      CH3COO-
3. ¿Cuál de la siguientes sustancia
   tiene mayor acidez? Justifique su respuesta con los
   cálculos necesario para determinar el pH

Ka = 1.8´ 10-5

Pesos atómicos: H = 1, C = 12, O = 16, S = 32,
Cl = 35.5