Tablas-termodinamica, Ejercicios de Termodinámica

¡Descarga Tablas-termodinamica y más Ejercicios en PDF de Termodinámica solo en Docsity! LÍQUIDOS. EJERCICIOS UNIDAD I CONTENIDO Líquidos. Propiedades. Presión interna. Viscosidad. Ecuación de Pouseuille y ecuación de Stokes. Medición de viscosidad. Tensión superficial y capilaridad. Medición de la tensión superficial. Presión de vapor. Relación entre la presión de vapor la tensión superficial en líquidos puros. Ecuación de Clausius- Clapeyron. Calor latente de vaporización. Presión de vapor de ebullición. Medidas de la presión de vapor. Regla de Trouton. Regla de Ramsay-Young. Fusión y solidificación: cambios de estado. Calor molar de fusión, sublimación, condensación. Diagramas de fase. Ejercicios. MSc. Ing. Alejandra Escobar Gomes Elementos de Físico Química ELEMENTOS DE FÍSICO QUÍMICA REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA 2 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Elementos de Físico Química MSc. Ing. Alejandra Escobar GUÍA DE EJERCICIOS. UNIDAD I: LÍQUIDOS Seminarios 1. Comparece la tensión superficial de una burbuja de jabón con la de un globo de goma en los siguientes aspectos: (justifique su respuestas) a. Existe en cada uno de ellos una tensión superficial. b. Depende la tensión superficial del área. 2. Explicar los siguientes hechos: a. El cloro puede licuarse por compresión a temperatura ordinaria, pero no el hidrogeno. b. El vapor de agua a 100 ℃ produce una quemadura mucho más grave que una cantidad equivalente de agua a la misma temperatura. c. Un vaso que contiene agua y cubitos de hielo, se humedece en el exterior. d. ¿Por qué suele ser más seco en verano que en invierno? ¿Por qué se dice que la calefacción seca el aire? 3. Indica razonablemente si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: a. La temperatura de ebullición de un líquido cambia al variar la presión atmosférica. b. La presión de vapor de un líquido se eleva cuando aumenta la superficie del líquido. 4. ¿Por qué la temperatura de un líquido desciende cuando se evapora? 5. En el Monte Everest, ¿Hervirá el agua a una temperatura mayor o menor a la normal? 6. El punto de ebullición normal del dióxido de azufre es −10 ℃, su punto de congelación es −72,7 ℃, El punto triple se alcanza a −75,5 ℃ y a 1,65𝑥10−3 𝑎𝑡𝑚 y su punto crítico está a 157 ℃ y 78 𝑎𝑡𝑚. Con esta información dibuje un esquema del diagrama de fases del compuesto, suponga que las líneas del diagrama son rectas. Indique los estados físicos en cada región. Indique el estado físico de la sustancia en condiciones ambientales. Compare esta sustancia en estado líquido, con el agua en relación a: volatilidad, viscosidad, tensión superficial, fuerzas intermoleculares y presión de vapor. 7. ¿Cómo influye la presión en la variación de la temperatura de congelación del agua? ¿Cómo se aprovecha un patinador sobre hielo de este hecho para lubricar sus cuchillas cuando patinan? 8. ¿Alguna vez ha sentido la desagradable sensación de entrar en un carro que ha estado expuesto al sol por un período prolongado? El físico Domingo K. L. Tan, ante la queja de su hijo ante esta situación, decidió emplear su conocimiento de la evaporación de líquidos para fabricar un producto que permitiese el enfriamiento instantáneo del interior del carro. Para ello preparó una mezcla de líquidos miscibles, de composición, en masa, 90 % de una sustancia y 10 % de la otra. Almacenó la mezcla en una lata con un atomizador, de manera que las gotas de la mezcla líquida al rociarlas fueran muy finas. Formuló un producto no perjudicial para el ambiente, ya que la lata no contiene fluorocarbonos como propelente y 5 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Elementos de Físico Química MSc. Ing. Alejandra Escobar 19. Las viscosidad del clorobenceno a 20 ℃ es de 0.799 𝑐𝑃, y su punto normal de ebullición 132 ℃. Suponiendo que se comporta como un líquido normal, estime su viscosidad a 100 ℃ y compárela con el valor experimental de 0,367 𝑐𝑃. 20. La viscosidad y la densidad de la sangre humana a la temperatura del cuerpo son 4 𝑐𝑃 y 1 𝑔 𝑐𝑚3⁄ , respectivamente. El flujo de la sangre desde el corazón a través de la aorta es 5 𝐿 𝑚𝑖𝑛⁄ en un cuerpo humano en reposo. El diámetro de la aorta es típicamente de 2,5 𝑐𝑚. Calcule: a. El gradiente de presión a lo largo de la aorta. b. La velocidad media de la sangre. ∆𝑉 ∆𝑡 = − 𝜋𝑟4 8𝜂 ∆𝑃 ℓ 21. Calcule la velocidad final de caída de una bola de acero de 1 𝑚𝑚 de diámetro y 4 𝑚𝑔 de masa, en agua a 25 °𝐶. Repita el cálculo para glicerina (densidad 1,25 𝑔 𝑐𝑚3⁄ ). Las viscosidades del agua y de la glicerina a 25 °𝐶 y 1 𝑎𝑡𝑚 son 0,89 𝑐𝑃 y 954 𝑐𝑃, respectivamente. 22. ¿Con qué velocidad pueden ascender las burbujas de aire (cavidades) en agua a 25 °𝐶 si sus diámetros son de 1 𝑚𝑚? Datos adicionales del agua a 25 ℃: 𝜌 = 103 𝑘𝑔 𝑚3⁄ , 8,91𝑥10−4 𝑘𝑔 𝑚 𝑠⁄ . 23. A continuación se presentan los valores de ∆𝐻 de vaporización y el punto normal de ebullición de tres sustancias: SUSTANCIA ∆𝑯𝒗𝒂𝒑 (𝒌𝑱/𝒎𝒐𝒍) PTO. NORMAL DE EBULLICIÓN (℃) Acetona 25,5 56,2 Dietil éter 26,0 34,6 Etanol 39,3 78,3 Utilice la información de la tabla para responder las siguientes preguntas justificando sus respuestas. a. Ordene las sustancias en forma creciente de su presión de vapor a 25,0 ℃. b. Ordene las sustancias en forma creciente de volatilidad. c. Ordene las sustancias en forma creciente de sus fuerzas intermoleculares en estado líquido. d. Ordene las sustancias en forma creciente de su viscosidad a 25,0 ℃. 24. Se desea descongelar 50 𝑚𝐿 de caldo de pollo que se encuentran a −15 ℃. Para ello se sumergen en una olla que contiene 2 𝐿 de agua hirviendo y se retira la olla del fuego. Si no se disipa calor al ambiente y se considera que el caldo de pollo se comporta como si fuese agua. a. ¿Cuál será la temperatura final del sistema? 6 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Elementos de Físico Química MSc. Ing. Alejandra Escobar b. Si se hubiese utilizado un horno de microondas de 700 𝑊 (1 𝑊 = 1 𝐽/𝑠) para llevar el caldo de pollo congelado hasta la temperatura de la parte (a) ¿Cuánto tiempo hubiese sido necesario fijar en el control de tiempo? 25. La entalpía molar normal de vaporización (∆𝐻°𝑣𝑎𝑝) del 𝐵𝐵𝑟3 es de 34 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ y su entropía molar normal de vaporización (∆𝑆°𝑣𝑎𝑝), 95 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ (𝑅 = 8,3144 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ). Calcular: a. La temperatura normal de ebullición aproximada del 𝐵𝐵𝑟3. b. La presión de vapor de equilibrio del 𝐵𝐵𝑟3, a 298 𝐾, usando la ecuación de Clausius – Clapeyron. 26. La entalpía molar normal de vaporización (∆𝐻°𝑣𝑎𝑝) del metanol es de 37,4 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ y su entropía molar normal de vaporización (∆𝑆°𝑣𝑎𝑝), 110,9 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ . Calcular: a. La presión de vapor de equilibrio del metanol a 298 𝐾 (𝑅 = 8,3144 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ). b. La temperatura normal de ebullición aproximada del 𝐵𝐵𝑟3. c. El punto de ebullición para una presión externa de 0,1 𝑎𝑡𝑚. 27. Aplicando al ecuación de Clausius – Clapeyron, estima la temperatura de cocción en una olla a presión cuya válvula está ajustada para abrirse cuando la presión interior supere en 1 𝑎𝑡𝑚 a la exterior. [∆𝐻°𝑣𝑎𝑝(𝐻2𝑂, 298 𝐾) = 44,2 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ ; ∆𝑆°𝑣𝑎𝑝(𝐻2𝑂, 298 𝐾) = 118,8 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ; 𝑅 = 8,3144 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ]. 28. El tolueno, 𝐶6𝐻5𝐶𝐻3, tiene un punto normal de ebullición de 111℃ y su entalpía molar normal de vaporización es de 35,9 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ . Calculas la presión de vapor del tolueno a 55 ℃ [𝑅 = 8,3144 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ]. 29. Con los datos de la tabla, trazar una gráfica de presión de vapor vs temperatura para el alcohol metílico y el benceno [𝑅 = 8,3144 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ ]. a. A partir de esta gráfica, estimar la temperatura normal de ebullición de cada líquido. b. Estimar la entalpía molar normal de vaporización aplicando la ecuación de Clausius – Clapeyron. Presión de Vapor (𝑇𝑜𝑟𝑟) 0 ℃ 25 ℃ 50 ℃ 75 ℃ 100 ℃ Benceno 27,1 94,4 271 644 1360 Alcohol Metílico 29,7 122 404 1126 30. La regla de Trouton, como se definió originalmente, era una observación empírica de que la entalpía molar de vaporización dividida por la temperatura normal de ebullición es aproximadamente 92 𝐽 𝐾 𝑚𝑜𝑙⁄ . El punto de ebullición del n–octano, 𝐶8𝐻18, es 125,7 ℃. a. A partir de estos datos, determinar la entalpía molar de vaporización del n–octano. b. La entalpía molar de formación del n–octano líquido es −250 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ y la del gas, −208,4 𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ . Calcular la verdadera entalpía de vaporización y compararla con el valor obtenido en la parte anterior. ¿Cuál es el porcentaje de error? 7 REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA “ANTONIO JOSÉ DE SUCRE” VICE-RECTORADO BARQUISIMETO DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA Elementos de Físico Química MSc. Ing. Alejandra Escobar 31. Aplicando la regla de Trouton, determina cuales de los siguientes líquidos deben tener fuertes interacciones intermoleculares y sugiere una explicación: a. 𝐶𝐻3𝐶𝐻2𝑂𝐻 (etanol) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 42 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ , 𝑇𝑒𝑏 = 351 𝐾. b. 𝐻2𝑆𝑒, ) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 20 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ , 𝑇𝑒𝑏 = 232 𝐾. c. 𝑃𝐶𝑙3, ) ∆𝐻𝑣𝑎𝑝 = 31 𝐾𝐽 𝑚𝑜𝑙⁄ , 𝑇𝑒𝑏 = 347 𝐾