Doris Tarea - Copia

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(1)

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALÚRGICA FISICOQUIMICA II (36-304)

EJERCICIOS

A. Resolver los siguientes problemas:

1. Indique, justificando, cuáles de las propiedades siguientes son intensivas y cuáles son extensivas:

a) concentración (kgmol/cm3) b) flujo (mol/hr)

c) velocidad (kg./seg)

d) volumen específico (pie3/lb m) e) entalpía específica (J/kg.)

f) elevación (m)

g) fracción molar (mol/mol) h) velocidad de transferencia de

calor (kcal/hr)

(2)

V1

V2 = 4V1 i)

j) PROPIEDADEES INTENCIVAS: permite la 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 inaterable al sub-dividir el sistema inicial en varias sub-sistemas.

k) PROPIEDADES EXTENCIVAS: son aquellos que dependen de la cantidad de materia considerando y son aditivos.

a) Concentracion: propiedad intenciva b) Flujo mol po hora: propiedad extenciva

c) Velocidad kilogramo por segundo: propiedad extenciva

d) Volumen especificopie civico por libra m: propiedad extenciva e) Entalpia especifica j por kilogramo: propiedad intenciva f) Elevacion metros: propiedad extenciva

g) Fraccion molar mol por mol: propiedad intenciva

h) Velocidad de transferencia de calor kilocalorias por hora: propiedad extenciva

l)

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 estequiométrica de aire (ver figura). De esta forma, la ecuación que representa esta reacción, haciendo n = 1 (sin pérdida de generalidad), es m)

n) C2H4 + 3O2 2CO2 + 2H2O

o)

(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?

(b) ¿Qué volumen de gas de chimenea (gas de salida) a 227°C y 0.9 atm sale del quemador por cada 3 kg de desechos quemados?

p)

q)

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?

r)

s) Solución:

t)

- Para el recipiente pequeño PV=RTn u)

(3)

v) Donde T1= 0°C =273K

w) P1*V1=R*T1*n1

x)

- Para el recipiente grande y)

z) Donde T2= 50°C =323K aa) P2*V2=R*T2*n2

ab)

ac) La presión es la misma porque están conectados por un tubo

 P=P1=P2 V2=4V1

ad)

ae) Hallamos el número de moles totales af) ag) nt= n1 + n2 =

P∗V

1

R∗T

1 +

P∗4 V

1

R∗T

2 =

P∗V

1

R

*(

1

T

1 +

4

T

2 ) ……….(1) ah)

- Para ambos recipientes

ai) P0 =1000 torr n=

P

0

V

0

R∗T

0 =

P

0

∗5 V

1

R∗T

0 ……….(2) aj) V0 = 5V1 ak) al) Igualamos (1) y (2) am) an)

P

0

∗5 V

1

R∗T

0 =

P∗V

1

R

*(

1

T

1 +

4

T

2 ) ao) ap) P= 5*

P

0

T

0 *(

T

1

1 +

T

4

2 )-1 aq) ar) P=5 *

1000 torr

273 K

*(

1

273 K

+

4

323 K

)-1 as) at) P= 1141.3 torr au)

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.

av)

5. Un matraz de 11 litros contiene 20 g de neon 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

(4)

6. El gas acetileno se obtiene tratando el carburo de calcio con agua, según la siguiente reacción:

ax) CaC2 + 2H2O  C2H2 + Ca(OH)2

ay)

az) Calcúlense el número de horas de servicio que se pueden conseguir con una libra de carburo en una lámpara de acetileno que quema 2 pies3 de gas

por hora. ba)

bb) 1pie3 equivale a 1 libra de gas por eso se menciona libras por pie

cuvico

bc) Por lo tanto utilizando la regla de tres simple obtendremos: Si en 1 hora se quema 2 pies civicos 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.

bd)

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.

be) bf) P= 1 atm bg) T=350K r bh) m= 36 gr bi) n=

m

PM

=

36 gr

18 gr /mol

=2 mol bj) PM(H2O)=

18 gr /mol

bk) bl) r=2m (radio)

V =

4

3

π r

3 bm)

- Calculamos el volumen del globo

bn)

V =

4

3

π (2 m)

3 = 113.1 m3 =1131*105 cm3 bo) - Calculamos la presión bp) bq) PV=RTn br) bs) P=

RTn

V

=

82.06

c m

3

atm

mol∗K

∗350 K∗2 mol

1131∗10

5

c m

3 bt) bu) P=5.08*10-4atm bv)

bw) Respuesta: el globo explota debido a que la presión disminuye bx)

by)

8. La temperatura de una habitación en una mañana de invierno es de 10ºC. Después de encender la estufa su temperatura se eleva hasta

(5)

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? bz)  Trabajando con 10°C ca) P.V=nRT T=10°+273K=283K cb) 97KPa*50m3=n*8.314472[

Pa∗m

3

mol∗K

¿

*283K cc) 97*1000Pa*50m3=n*8.314472[

Pa∗m

3

mol∗K

¿

*283K cd) 485000Pa=n*8.314472[

mol∗K

Pa∗

¿

¿

*283K ce) 2061.202mol=n cf) n=

w

PM

cg) PM=29 ch) 29*n=W ci) 29*2061.202mol=W1 cj) W1=59.77kg ck)  Trabajando con 20°C cl) P.V=nRT T=20°+273K=293K cm) 97KPa*50m3=n*8.314472[

Pa∗m

3

mol∗K

¿

*293K cn) 97*1000Pa*50m3=n*8.314472[

Pa∗m

3

mol∗K

¿

*23K co) 485000Pa=n*8.314472[

mol∗K

Pa∗

¿

¿

*293K cp) 485000=n*2436.14 cq) 1990.85mol=n cr) n=

w

PM

cs) PM=29 ct) 29*n=W cu) 29*1990.85mol =W1 cv) W2=57.734Kg cw)

 Sacando la diferencia de Masa (W) cx) ∆W=59.77kg-57.734Kg cy) ∆W =2.036Kg

cz) da) db)

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)

(6)

10. Deducir la ecuación de estado para un fluido cuyos coeficientes térmicos están dados por:

dd)             V b V b T P 1 1 y 1 1

de) df) dg)             V b V b T P 1 1 y 1 1

dh)

di) coeficiente de expansión térmica

dj)

α=

1

V

(

∂ Y

∂ T

)

P

dk) Coeficiente de comprobavilidad isotermica

dl) K=

1

V

(

∂ V

∂ P

)

T

dm) Si despreciamos la variación de

α

y la presion dn)

(

∂ P

∂ T

)

V

(

∂T

∂V

)

P

(

∂ V

∂ P

)

= -1 do) dp) Despejando: dq)

(

∂ P

∂ T

)

V

=

−1

(

∂ T

∂ V

)

P

(

∂ V

∂ P

)

T

=

1

V

(

∂V

∂T

)

P

1

V

(

∂ V

∂ P

)

K dr) ds) Entonces queda: dt)

(

∂V

∂ P

)

T

=

α

K

K ∂ P=α ∂T du) dv)

(7)

dw) PARTE TEÓRICA: A cuadernos y libros cerrados. Sólo deben de tener su hoja de respuestas.

dx)

dy) 1. Matemáticamente la Ley de Boyle puede expresarse como:

dz) a) V  1/P b) P  1/ c) V = k/P

d) ln P =  ln V + ln k ea) e) todas las anteriores. eb)

ec) 2. La ecuación cinética de los gases puede expresarse mediante:

ed) a)

PV =

3

2

mN

v

2

b)

PV =

1

3

v

2

ρ

c)

PV =

1

2

mN

v

2

d)

PV =

2

3

N

ε

tr

e) todas las anteriores ee) ef)

(8)

eg) Asistencia eh) ei) APELLIDOS Y NOMBRES FIRMA ej) 1 ek) el) em) 2 en) eo) ep) 3 eq) er) es) 4 et) eu) ev) ew)

(9)

ex) ey)

(10)
(11)
(12)

fb) fc)

(13)

fd) fe)

(14)

ff) fg)

(15)

fh) fi)

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