2da. Prueba EIQ-354 TERMODINAMICA QUIMICA 18 de junio 2014

1.- Las entalpas parciales molares de soluciones acuosas de cido sulfrico a 25C son los

siguientes:

42

2

SOHdeMol

OHdeMoles

Mol

CalH OH2

Mol

CalH SOH 42

0 0 1600 -0,48 4811

200 -2,16 5842

10 -233,0 9632

2 -2315 18216

1 -4731 21451

0 - 23540

a) Cules son los estados de referencia para los datos de la tabla?. Calcule la entalpa de la mezcla para las composiciones de la tabla y estados de referencia de 0C para el H2O y 25C

para el H2SO4 .

b) Calcular el calor de solucin ( ) para cada composicin de la tabla. c) Una solucin al 9,1% molar y 25C se alimenta a un evaporador, donde se concentra hasta el

50% molar a presin atmosfrica. El punto de ebullicin normal de una solucin 50% molar es

227 C y su calor especfico es 27 cal/mol C. Calcular el calor que se necesita entregar por

cada mol de solucin al 50% obtenido.

Solucin

a) Estados de referencia de la tabla: agua pura a 25C y H2SO4 infinitamente diluido en agua a 25C. Para calcular la entalpa de la solucin, se necesita conocer la entalpa de los

compuestos puros a 25C en relacin a las condiciones de la referencia:

H (agua lquida a 0C, tablas de vapor)= 104,8 J/g= 450,8 cal/mol

H(H2SO4 puro a 25C) = 0 cal/mol

Y H (o HE) se obtiene de la tabla. En esta tabla H2 agua pura es 0 cal/mol, y H1 del cido puro es 23540 cal/mol.

( ) ( ) ( ) ( ) b) El calor de solucin se obtiene de:

x1 H

(cal/mol) H=x2*450,8+H

(cal/mol)

(cal/mol de soluto)

0,000000 0,00 450,8 -19693*

0,000625 -12,18 438,3 -19497

0,004975 -90,20 358,4 -18130

0,090909 -1476,2 -1066,4 -16238

0,333333 -3318,0 -3017,5 -9954

0,500000 -3410,0 -3184,6 -6820

1,000000 0,00 0 0 * Valor extrapolado.

c) Se calculan las entalpas de las dos corrientes de salida y la entrada:

H (9,1% mol) -1066,3 cal/mol

H (50%, 25C) -3184,6 cal/mol

H (50%, 227C)=H+Cp(227-25) 2269,4 cal/mol

H (vap 227C, 1 atm) de tabla 12612,0 cal/mol

Para 1 mol de solucin al 50% entran 1*0,5/0,091=5,5 mol. Se evapora 5,5-1=4,5 mol

( ) [ ]

2.- La alimentacin de gases al convertidor en una planta de cido sulfrico tiene la siguiente

composicin molar: 7,8% de SO2, 10,8% de O2 y 81,4% de N2. La mezcla gaseosa a 450C y 1

atm entra al convertidor donde el SO2 se oxida a SO3.

SO2 + O2 SO3

A 450C, la constante de equilibrio es 140 y H es -91960 [J/mol] a 0C. Las capacidades calorficas (constantes) son:

Compuesto Cp (J/mol K)

SO2 35,4

O2, N2 30,0

SO3 50,4

Calcule la conversin mxima que se puede obtener en el convertidor:

a) Operacin adiabtica b) Operacin Isotrmica

Solucin

A 1 atm se puede suponer gas ideal. Base de clculo 100 mol a la entrada del convertidor.

Compuesto Cp (J/mol K) n0 n

SO2 35,4 7,8 7,8-

O2 30 10,8 10,8-/2

SO3 50,4 0

N2 30 81,4 81,4

100 100-/2

Notar que Cp=0 por lo tanto H de reaccin es constante.

a) Caso adiabtico.

[

]

( )

( )

[

]

( ) (

)

Con P=1 atm.

Se resuelven las ecuaciones de BE, equilibrio y K=K(T) y se obtiene:

La constante de equilibrio a esta temperatura es K=8,13

Esto corresponde a (5,466/7,8)*100= 70,1 % de conversin.

b) Caso isotrmico.

( ) (

)

Se resuelve para dar la extensin:

Esto corresponde a (7,6/7,8)*100= 97,4 % de conversin.