Fisico quimica. Solución problema de gases

EVALUACIÓN: MODULO I. TEMA 4

EJERCICIOS GASES

EVALUACIONES FISICOQUIMICA MODULO 1. TEMA 4

EJERCICIOS GASES

1. ¿Qué volumen ocuparán 100g de O2  a la presión de 735mmHg y la temperatura de 18 ºC?

2. En un recipiente de 2 L se tienen 500 g de N2 a una temperatura de 150 °C, determinar la presión ejercida por el gas utilizando la ecuación de Van der Waals y la ecuación de los gases ideales, calcula el factor de compresibilidad.

3.  Si en dos reactores de vidrio de iguales dimensiones  la velocidad  promedio de las moléculas es la misma y el número de ellas también, pero uno contiene hidrogeno y el otro nitrógeno, diga en cuál de los dos la presión es mayor. Justifique su elección.

4. El proceso Fischer-Tropsch es un método mediante el cual se obtienen combustibles líquidos. El proceso implica la gasificación previa del carbón por oxidación parcial utilizando oxigeno como oxidante y vapor de agua como regulador de altas temperaturas, se obtiene una mezcla de monóxido de carbono e hidrógeno gaseoso. [pic 1]

Un Ingeniero está proyectando la construcción de un tanque cilíndrico para contener el Hidrógeno de la reacción, el cual debe tener una base de 100 cm2  y 1 m de altura. El gas debe entrar al tanque a una temperatura de 2500°C, los moles de hidrógeno en la reacción 1,7625.

a. Ayude al ingeniero a decidir sobre 2 aleaciones para construir el tanque

Aleación A que soporta una Presión de 5 atm

Aleación B que soporta una presión de 15 atm

a.1. Para resolver el problema primero suponga que es un GAS IDEAL.

a.2. Resolver usando la ecuación de Van Der Waals de gases reales

a.3. Diga si con los datos que se le suministran puede calcular la presión que soportara el recipiente usando la carta de Nelson Obert. De ser afirmativa, haga el planteamiento de la solución.

Usar la Tabla 4, página 13. Tablas Termodinámicas completas

Nota: tener presente que hay unidades que requieren convertir a la unidad manejadas en sistemas gaseosos. Hay datos que son teóricos para que puedan desarrollar los ejercicios.

1. Volumen ocupa 100g de O2  a la presión de 735mmHg y la temperatura de 18 ºC.

Datos:

m (O2)=100g

P=735mmHg

T= 18 ºC

Solución:

Se utilizará la ecuación de los gases ideales, es decir:

[pic 2]

Despejando el volumen nos queda:

[pic 3]

Donde:

R= 0.082  (atm.*L) / (K* mol)

De aquí que se requieran los siguientes cálculos Previos:

(a) Moles que existen en 100g de O2:

Utilizando la masa molecular del compuesto

1molO2=32 g O2

Aplicando el factor de conversión:

[pic 4]

(b) 735mmHg a atm.

1atm=760mmHg

Aplicando el factor de conversión

 
[pic 5]

(c) 18 ºC a ºK

ºK= ºC+273

ºK= 18 +273=291ºK

Finalmente se tiene:

n=3,125 mol

P=0,967 atm

T= 291 ºK

R= 0.082  (atm.*L) / (K* mol)

[pic 6]

Por tanto:

100g de O2, ocupan un volumen igual a  77,11 litros

2. Presión ejercida por el N2 utilizando la ecuación de Van der Waals y la ecuación de los gases ideales y el factor de compresibilidad.

Datos:

V= 2L

m =500gN2

T= 150ºC

2.1. Utilizando la ecuación de los gases ideales:

[pic 7]

Despejando la presión nos queda:

[pic 8]

Donde:

R= 0.082  (atm.*L) / (K* mol)

De aquí que se requieran los siguientes cálculos Previos:

(a) Moles que existen en 500g de N2:

Utilizando la masa molar del compuesto (28g/mol)

1molN2=28,013 g N2

Aplicando el factor de conversión:

[pic 9]

(b) 150 ºC a ºK

ºK= ºC+273

ºK= 150 +273=423ºK

Finalmente se tiene:

n=17,849 mol

T= 423 ºK

R= 0.082 (atm.*L) / (K* mol)

V= 2L

[pic 10]

[pic 11]

2.2. Utilizando la ecuación de Van der Waals

[pic 12]

Despejando la presión:

[pic 13]

[pic 14]

[pic 15]

Donde para el N2:

[pic 16]

[pic 17]

Se debe convertir

[pic 18]

1atm=1.01325bar

Aplicando el factor de corrección

[pic 19]

(nota: redondeando 1,389587….a tres decimales=1,390)

Finalmente:

R= 0.082 (atm.*L) / (K* mol)

V=2L

T=423ºK

n=17,849 mol

a=1,390 (atm*L2)/mol2

b=0,03913 L/mol

[pic 20]

[pic 21]

[pic 22]

2.3. Factor de compresibilidad (Z)

[pic 23]

Para obtener el factor de compresibilidad se necesitan: la temperatura reducida y el  volumen reducido:

• Temperatura Reducida:

[pic 24]

Datos:

...