Termodinamica

PROBLEMARIO

TERMODINAMICA Y CINETICA

Profesora: Zaida Parra Mejías

INDICE

Capítulo 1. Energía, Calor, Trabajo y la primera Ley de la

Termodinámica 3

Capítulo 2. Primera Ley y Aplicación a diferentes Procesos 6

Capítulo 3. Entalpía y Termoquímica 12

Capítulo 4. Entropía, Energía Libre y Equilibrio 21

Capítulo 5. Cinetica y Mecanismos de Reacción 25

Capítulo 6. Reacciones Nucleares 29

Introducción

Este problemario ha sido preparado con la finalidad de ser utilizado como material de apoyo en la enseñanza de la Termodinámica y la Cinética, a un nivel correspondiente al segundo curso de Química General, dictado por profesores del departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad de los Andes, para los estudiantes de las licenciaturas de Química y Biología de la misma Facultad.

El material presentado es una recopilación de problemas que han sido utilizados, a través de varios años, por profesores del área docente de Fisicoquímica del departa-mento de Química, que tienen bajo su responsabilidad el dictado del curso. La esco-gencia, resolución y verificación de los problemas fue realizada por la Profa. Zaida Pa-rra Mejías y transcritos en su gran mayoria por el ahora Licenciado Sergio Rosell.

Los problemas se presentan en cuatro modalidades:

i) Problemas planteados y resueltos paso a paso en su totalidad.

ii) Problemas planteados y resueltos en forma esquemática y presentando solo la res-puesta al final.

iii) Problemas planteados y no resueltos, pero incluyendo la respuesta.

iv) Problemas solamente planteados, sin dar ni la solución ni la respuesta final.

El objetivo perseguido, con esta combinación en la presentación del material, es la de ayudar al estudiante a través de la modalidad i) a familiarizarse con los conceptos y ecuaciones involucradas en el tópico. Los problemas presentados en la modalidad ii) ayudarán al estudiante a resolver los problemas con una guía que les permita hacer un seguimiento de su desarrollo; una vez que el estudiante haya avanzado y tenga con-fianza en los conocimientos adquiridos puede pasar a los problemas de modalidad iii) , que le permite chequear su respuesta final, y por último realizar los problemas de mo-dalidad iv) cuya solución representará para el estudiante el dominio completo del ma-terial bajo estudio.

Bibliografía

1. Atkins, P. W., Fisico Quimica, Editorial Addison-Wesley

2. Atkins, P. W., Physical Chemistry, W. H. Freeman and Company.

Capítulo 1. Energía, calor y Trabajo y la Primera Ley de la Ter-modinamica

1.1 Qué es la energía interna de un sistema?

1.2 Si la primera ley se escribe como E = q + W, explique cuando el trabajo y el calor serían positivos y cuando negativos.

1.3 Describa la forma ( o formas) como un sistema que realize una cierta cantidad de trabajo podría permanecer con su energía interna inalterada.

1.4 Explique como se manifiestan el trabajo y el calor involucrados en la realización de un proceso.

1.5 Porqué el trabajo puede representarse como un área en un diagrama tipo Pre-sión vs Volumen de un gas ideal? ) Porqué no se puede hablar de Dq y de DW?

1.6 Qué significa para usted el que un proceso sea reversible? ) Qué relación debe cumplirse entre la presión de un gas y la presión externa en un proceso reversi-ble? Explique que sucede con las propiedades de un gas cuando es sometido a un proceso reversible.

1.7 Calcule el trabajo que puede ser hecho por una masa de 400 g que cae desde una altura de 300 cm. Calcule además el calor que se desprendería si ésta masa cayera libremente desde esa altura.

Solución:



 Despreciando la fricción

1.8 ¿Cuál será el trabajo realizado al desplazar una masa de 500 g, hasta una altura de 1 Km. De su respuesta en calorías y joules.

Solución:



1.9 Si el calor específico de una sustancia es Cp = 1.6 cal/gºC. ¿Cuál es la energía transferida, si se calienta una masa de 100.o g de dicha sustancia, desde 37ºC hasta 45ºC?.

Solución:



1.10 Considere un sistema que contiene un mol de un gas monoatómico retenido por un pistón. ¿Cuál es el cambio de energía interna del gas, si q = 50.0 J y

w = 100.0 J?.

Solución:



1.11 Si en un proceso dado, el cambio neto ó total de energía interna de un sistema es de 100.0 cal, y el mismo realizó un trabajo de w = 100.0 cal, determine el calor transferido al sistema.

Solución:

 

1.12 ¿Cuál será el valor de q si el cambio en energía interna de un gas ideal, durante un proceso dado fue de E = 0.0 y el trabajo realizado fue de 100.0 cal?.

Solución:

, pero E=0  

1.13 ¿Cuál será el trabajo realizado, al ocurrir un cambio de estado en un sistema, si q = 0 y E = 545 cal/mol?.

Solución:

, pero q=0  

1.14 Un sistema realiza un cambio de estado en dos etapas. El calor absorbido, y el cambio en energía interna total, al final del proceso fueron de 100.0 cal y 300.0 cal respectivamente. Si el trabajo realizado en la primera de las etapas fue de 60.0 cal. Determine el trabajo realizado en la segunda etapa.

Solución:





1.15 Se tiene un sistema formado por un baño de agua, cuya masa es de 200 g, y su temperatura es de 25ºC inicialmente. Este sistema esta conectado al exterior mediante una polea, la cual sostiene un cuerpo y está conectada a un agitador inmerso en el agua. Al caer el cuerpo se mueve el agitador y el agua se calienta a 40ºC. Determine E, q y w debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.

Solución:

, pero q=0  

1.16 Se tiene un “baño de María” de 500 g de agua a 100ºC y se sumerge un tetero de 10.0 g de leche a 25ºC por unos minutos, para luego sacarlo a la temperatura final de 37ºC. a) Determine la temperatura final del baño. b) Determine E, q y w debido al cambio experimentado por el sistema y el medio.

Solución:



 

Capítulo 2. Primera

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