View
225
Download
2
Category
Preview:
DESCRIPTION
EXAMEN
Citation preview
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
Resolver los siguientes problemas:
1. Indique, justificando, cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles son extensivas:
PROPIEDADES INTENCIVAS: En el caso de las propiedades intensivas, estas no dependen de la cantidad de materia en una sustancia o cuerpo. Permite las 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 inalterable al sub-dividir el sistema inicial en varias sub-sistemas.
PROPIEDADES EXTENCIVAS: Son aquellas que si dependen de la cantidad de materia en una sustancia. Por ejemplo cuando hablamos del volumen de un cuerpo veremos que este varía dependiendo si tiene más o menos masa
a) concentración (kg mol/cm3) propiedad intensiva
b) flujo (mol/h) propiedad extensivac) velocidad (kg./seg) propiedad extensivad) volumen específico (pie3/lbm) Propiedad extensivae) entalpía específica (J/kg.)
Propiedad intensiva f) elevación (m) propiedad extensivag) fracción molar (mol/mol)
Propiedad intensiva
h) velocidad de transferencia de calor
(kcal/hr) propiedad extensiva
2. Los pedazos de desechos de polietileno, que tienen la fórmula química (C2H4)n, y que suelen ser bolsas, tubos de plástico, botellas y envases de comida, se trituran y se queman totalmente con una cantidad estequiometria de aire (ver figura). De esta forma, la ecuación que representa esta reacción, haciendo n = 1 (sin pérdida de generalidad), es
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O
FISICOQUIMICA I
1
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
(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?
P=103000 PaT=25 °CT=C+273° KT=25+273 ° KT=298 ° K
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O
N=3
28=0.107mol 0.107 0.321 0.214 0.214
100% 0.32121% X= 0.067
PV=nRT
V=nRTP
V=(0.067mol)(8.314
Pa∗m3
mol° k)(298° k )
103000PaV=0.0016m3=1.6 Lt
(b) ¿Qué volumen de gas de chimenea (gas de salida) a 227°C y 0.9 atm sale delquemador por cada 3 kg de desechos quemados?
SOLUCION:
P=0,9atmT=227 ° CT=227+273 ° K=500 ° K
C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O
PV=nRT
V=nRTP
V=(0.428mol)(0.082
atm∗Lmol ° k
)(500° k )
0.9atmV=19.497<¿
FISICOQUIMICA I
2
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
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 aire que puede considerarse como un gas ideal a una presión de 1000 torr y una temperatura de 0ºC. ¿A qué presión se encontraría el aire si el recipiente pequeño se mantiene a 0ºC, mientras el grande se calienta hasta 50ºC?
Solución:
- Para el recipiente pequeño - =RTn
Donde T1= 0°C =273KP1*V1=R*T1*n1
- Para el recipiente grande
Donde T2= 50°C =323KP2*V2=R*T2*n2
La presión es la misma porque están conectados por un tubo P=P1=P2 V2=4V1
Hallamos el número de moles totales
nt= n1 + n2 = P∗V 1
R∗T 1
+ P∗4V 1
R∗T 2
= P∗V 1
R *(
1T1
+ 4T2
) ……….
(1)
- Para ambos recipientes
P0 =1000 torr n=P0∗V 0
R∗T 0
= P0∗5V 1
R∗T 0 ………. (2)
V0 = 5V1
Igualamos (1) y (2)
P0∗5V 1
R∗T 0 =
P∗V 1
R *(
1T1
+ 4T2
)
P= 5*P0
T 0
*(1T1
+ 4T2
)-1
P=5 * 1000torr
273 K *(1
273K +
4323K
)-1
P= 1141.3 torr
FISICOQUIMICA I
V2 = 4V1
V1
3
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
4. Deseamos vender oxígeno en pequeños cilindros (0,5 ft3) 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.
P.V=nRT
*n= wPM
Aire =n mol
n=453.59gr32gr .mol
n=28.35
*T=120°F
T=120° F−32
1.8+273.03
T=322.03K
*Convirtiendo pie3
1 → 0.014158425m3
0.5 → VV=0.014158425 m3
P.V=nRT
P=
28.35mol∗8.314472[ Pa∗m3
mol∗K ]∗322.03 K
0.01415842m3
P= 5361287.855Pa
FISICOQUIMICA I
4
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
5. Un matraz de 11 litros contiene 20 g de neón y un peso desconocido de
hidrógeno. La densidad del gas se encuentra que es 0,002 g/cm3 a 0°C.
Calcular el peso molecular medio y el número de gramos de hidrógeno
presentes, y también la presión
SOLUCION:V=11LW=20gr
D=0,002gr
cm3
Gas De Salida M (g/mol) W (g) n (mol) Y1
Ne 20 20 0,990,991.99
=0.497
H 2 2 2 1.01
1,99=0,50
n total : 1.99 Y1=0,997
PESO MOLECULAR PROMEDIO:M=∑ yi∗MiM=(0,497∗20 )+(0,50∗2)M=9,94+1M=10,94HALLANDO LA PRESION:PV=nRT
P=nRTV
P=(1,99mol)(0,082
atm Lmol ° k
)(273 ° k)
11LP=4,05atm
FISICOQUIMICA I
5
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
6. El gas acetileno se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, según la
siguiente reacción:
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca (OH)2 Se pueden conseguir con una libra de carburo en una lámpara de acetileno que quema 2 pies3 de gas por hora.
1pie3 equivale a 1 libra de gas por eso se menciona libras por pie cubicoPor lo tanto utilizando la regla de tres simple obtendremos: Si en 1 hora se quema 2 pies cívicos 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.
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.
P= 1 atmT=350K rm=36 gr
n=mPM
= 36 gr
18gr /mol=2 mol
PM (H2O)=18 gr /mol
r=2m (radio) V= 43π r3
- Calculamos el volumen del globo
V= 43π (2m)3
= 113.1 m3 =1131*105 cm3
- Calculamos la presión
PV=RTn
P=RTnV
=82.06
cm3∗atmmol∗K
∗350 K∗2mol
1131∗105 cm3
P=5.08*10-4atm
Respuesta: cuando la presión disminuye se da que el globo llega a explotar.
FISICOQUIMICA I
6
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
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 m3 y la presión en ella es de 97 kPa.
¿Cuánto habrá variado la masa de aire en esa habitación?
Trabajando con 10°C P.V= T=10°+273K=283K
97KPa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3
mol∗K¿ *283K
97*1000Pa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3
mol∗K¿ *283K
485000Pa=n*8.314472 [Pa∗¿mol∗K
¿ *283K nRT
2061.202mol=n
n=wPM
PM=29 29*n=W29*2061.202mol=W1
W1=59.77kg
Trabajando con 20°C P.V=nRT T=20°+273K=293K
97KPa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3
mol∗K¿ *293K
97*1000Pa*50m3=n*8.314472 [ Pa∗m3
mol∗K¿ *23K
485000Pa=n*8.314472 [Pa∗¿mol∗K
¿ *293K
485000=n*2436.141990.85mol=n
n=wPM
PM=29 29*n=W29*1990.85mol =W1
W2=57.734Kg
Sacando la diferencia de Masa (W) ∆W=59.77kg-57.734Kg∆W =2.036Kg
FISICOQUIMICA I
7
H2O
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
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)
V=50 LP=1atm
T=25 °C=298 ° K
∝=1,7∗10−4K−1
∝= 1V ( dvdt )P
PV=nRT
V=nRTP
( dvdt )P=∝50
dvdt
=8,5∗10−3
∫50
V
dV=∫25
35
8,5∗10−3dT
(V−50 )=8,5∗10−3(35−25)V−50=0,085V=50,085
10. Deducir la ecuación de estado para un fluido cuyos coeficientes térmicos
están dados por:
FISICOQUIMICA I
8
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
α= 1T [1− b
V ] y κ= 1P [1− b
V ]
α= 1T [1− b
V ] y κ= 1P [1− b
V ]Coeficiente de expansión térmica
α= 1V ( ∂Y∂T )
P
Coeficiente de comprobavilidad isotermica
K= 1V ( ∂V∂P )
T
Si despreciamos la variación de α y la presion
( ∂ P∂T )
V ( ∂T∂V )
P( ∂V∂ P )= -1
Despejando:
( ∂ P∂T )
V
= −1
( ∂T∂V )P( ∂V∂P )
T
=
1V ( ∂V∂T )
P
1V ( ∂V∂ P )
K
Entonces queda:
( ∂V∂P )T
= αK
K∂ P=α ∂T
FISICOQUIMICA I
9
INGENIERIA QUIMICA Y METALURGICAFISICOQUIMICA I
INTEGRANTES
FISICOQUIMICA I
1 CONDOR MORALES, Doris
2 TANG ANCIETA, LI
3 NIETO HUARAC, Eduardo
4 ESQUIVEL SIFUENTES, BETSAVELL
10
Recommended