Problemario De Fisicoquimica

PROBLEMAS DE FISICOQUIMICA

1. Una muestra de aire ocupa un volumen de 1dm3 a temperatura y presión ambiente. ¿Qué presión es necesaria para comprimirla de manera que solo ocupe 100 cm3 a esa temperatura?

Datos: V1 = 1dm3 = 1litro P1 x V1 = P2 x V2

T = 25ºC = 298K 1 atm x 1 L = P2 x 0.1L

P1= 1atm. P2 = 10 atm.

V2 = 100 cm3 = 0.1L

2. Al nivel del mar, donde la presión era de 775 mmHg el gas de un globo ocupó 2m3. ¿a qué volumen se expandirá el globo cuando se eleve a una altura en la que la presión es de (a) 100 mmHg y (b) de 10 mmHg? Suponer que el material de que esta hecho el globo es ilimitadamente expandible

Al nivel del mar un gas de un globo tiene los siguientes datos:

P1=775 mmHg.

V1 = 2m3

Caso (a):

P1 x V1 = P2 x V2

775 mmHg x 2m3 = 100 mmHg x V2

V2 = 15.5 m3

Caso (b):

P1 x V1 = P2 x V2

775 mmHg x 2m3 = 10 mmHg x V2

V2 = 155m3

3. Una campana de buzo tiene 3m3 de espacio para aire cuando se encuentra sobre la cubierta de un barco. ¿Cuál es el volumen del espacio para el aire cuando se ha hecho descender hasta una profundidad de 50 m? considerar que la densidad media del agua es 1.025 g.cm-3 y suponer que la temperatura es la misma tanto a 50m como en la superficie.

Datos:

V1 = 3m3

P1 = 101325 Pa

Densidad = 1.025 g.cm-3 = 1.025 x 103 Kg/m3

h = 50m

Para hallar la presión se toma en cuenta la presión hidrostática generada en la campana:

P2 = P1 + Ph

P2 = P1+ ∂gh

P2 = 101325 Pa + (1.025 x 103 Kg/m3 x 9.81m/s2 x 50m) =

P2 = 101325 Pa + 502762.5 Pa = 604087.5 Pa

P1 x V1 = P2 x V2

3m3 x 101325 Pa = V2 x 604087.5 Pa

V2 = 0.5031 m3

Por lo tanto el volumen del espacio para el aire cuando se desciende a 50m de profundidad es 0.5031 m3

4. ¿Qué diferencia de presión debe ser generada a lo largo de una paja vertical de 15 cm de longitud para beber un líquido del tipo de agua? Estimar la expansión de los pulmones necesaria para crear el vacio parcial apropiado en el extremo superior de la paja.

Datos:

Longitud de la paja = 15cm = 0.15m

Liquido es agua por lo tanto su densidad es 1g/cm3 = 1.0 x 103 Kg/m3

Se sabe que: Pt = Pex + Ph por lo que la diferencia de presión es:

Pt – Pex = Ph entonces Pt – Pex = ∂.g.h;

Sustituyendo datos se tiene:

Pt – Pex = (1.0 x 103 kg/m3) x (9.81 m/s2) x 0.15m

= 1471.5 Pa = 1.5 x 103 KPa

5. ¿A qué temperatura debe enfriarse 1dm3 de una muestra de gas ideal desde temperatura ambiente para reducir su volumen a 100cm3?

Datos:

Temperatura ambiente = T1 = 25 ºC = 298K

V1 = 1dm3 = 1L

V2 = 100 cm3 = 0.1L

P1V1 = P2V2 1L = 0.1 T2 = 29.8K = 30K

T1 T2 298 T2

6. Un neumático de automóvil, se infló hasta una presión de 24 lb.pulg-2 en un día de invierno, cuando la temperatura era de -5ºC ¿Qué presión tendrá el neumático, suponiendo que no ha habido fugas, un día de verano cuando la temperatura es de 35ºC? En la práctica, ¿Qué complicaciones deberían tenerse en cuenta?

Datos:

P1 = 24 psi

T1 = -5ºC= 268.15K

T2 = 35 ºC = 308,15 K

Volumen constante.

P1 = P2 P2 = T2 P1

T1 T2 T1

P2 = 308.15 K x 24 psi /268.15 K = 27.5 psi

12. Un termómetro de gas ideal de volumen constante indica una presión de 50.2 mmHg en el punto triple del agua (273.160 K) ¿Qué cambio de presión indica un cambio de 1K a esta temperatura?

Datos:

Volumen constante

P1 = 50.2 mmHg

T1 = 273.160K

T2 = 273.160K + 1K = 274.160K

P1 = P2 P2 = T2 P1

T1 T2 T1

P2 = 50.2 x 274.160 /273.160 = 50.384mmHg

Presiones= P2 - P1 = 50.384 – 50.2 = 0.184mmHg

13. La síntesis del amoniaco es un proceso tecnológico importante y reúne características que lo hacen útil para resaltar e ilustrar diversos puntos del texto. Un problema simple es el siguiente un recipiente de volumen 22.4 dm3 contiene 2 moles de hidrogeno y 1 mol de nitrógeno a 273.15K ¿Cuáles son la fracción molar y la presión parcial de cada componente? ¿cual es la presión total?

Datos:

Volumen = V = 22.4dm3 = 22.4L

Moles de hidrogeno = 2

Moles de nitrógeno = 1

Temperatura = 273.15K

Se tiene que la síntesis del amoniaco es:

N2 + 3H2 = 2NH3

Moles iniciales 1 2 0

Moles que reaccionan 2/3 2 0

Moles finales 1/3 0 4/3

Fracción molar 0.2 0 0.8

Presión total:

P= nRT/V = 5/3 x 0.08206 L.atm/molK x 273.15K/22.4L = 1.66 atm.

Presiones parciales:

P (N2) = 0.2 x 1.66 = 0.33 atm

P (NH3) = 0.8 x1.66 = 1.33 atm

P (H2) = 0

15. ¿Podrían 131g. de xenón en un recipiente de 1dm3 de capacidad ejercer una presión de 20 atm. A 25ºC si se comportara como un gas ideal? Si no, ¿Qué presión ejercería?

Datos del xenón:

Tc = 289.7 K

Pc = 57.6 atm

Vc = 118 cm3/mol

R= 82.06 cm3 atm/molK

V = 1dm3 = 1000cm3

T= 25ºC = 298K

Masa = 131g

Peso molecular = 131

Comportamiento ideal:

P = RTn / V

P = 82.06 x298 x 131/1000 x 131

P = 24,453 atmosferas

1. Una llanta de un automóvil tiene un volumen de 9 x103 cm3. Se llenó con aire a una presión de 1.9 atm y una temperatura de 25 ºC. La composición molar aproximada del aire es de 80% nitrógeno y 20% oxígeno. Suponer comportamiento ideal del aire y un peso molecular promedio de 29 g/mol. Determinar:

a) La densidad del aire contenido en la llanta.

b) La presión resultante cuando se pone en marcha el coche y las llantas aumentan 10 ºC su temperatura debido a la fricción.

c) Si el coche se dirige de la Ciudad de México hacia el puerto de Veracruz, ¿variará la presión de las llantas, una vez que se haya estacionado y permanezca en reposo con una temperatura constante.

Solución:

a) Para calcular la densidad del aire dentro de la llanta, se necesita conocer la masa y el volumen del aire. Para calcular la masa se requiere conocer el número de moles contenidos en la llanta. De la ecuación del Gas Ideal, tenemos:

A continuación calculamos la masa:

Entonces la densidad del aire es:

b) Para calcular el cambio de presión a volumen constante, de la ecuación

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