Departamento de Qumica del Cinvestav

Preguntas tipo examen de admisin de Fisicoqumica

I. Mecnica Clsica

1. Cual de los siguientes cuerpos est sometido a la accin de la mayor fuerza, tomando como referencia a un cuerpo con masa m0 y aceleracin a0.

a. Uno con la mitad de la masa y el doble de aceleracin. b. Uno con cuatro veces la masa y un cuarto de la aceleracin. c. Uno con el doble de la masa y la mitad de la aceleracin. d. Uno con la misma masa y el doble de aceleracin.

2. Si un cuerpo no est sujeto a la accin de ninguna fuerza, entonces:

a. Su aceleracin es constante. b. Su aceleracin es distinta de cero. c. Su aceleracin es 9.8 m s-2. d. Ninguna de las anteriores.

3. La trayectoria de una partcula est dada por la expresin

2

000)( tatvxtx ++= ,

donde x0, v0 y a0 son constantes, x es la posicin de la partcula y t es el tiempo. Cual de las siguientes afirmaciones respecto a este sistema es correcta?

a. Todas las siguientes. b. Al tiempo 0=t , la partcula est en el origen. c. La aceleracin de la partcula es 20ta . d. La velocidad de la partcula es tav 00 2+ .

4. Considerando la velocidad terminal de la cada libre de un cuerpo que parte del reposo desde una altura h, calcule la altura a la que debe dejarse caer un cuerpo para que choque con la superficie a una velocidad de 200 km por hora.

5. De acuerdo con la definicin mecnica de trabajo, la fuerza que desarrolla la mayor cantidad de trabajo es:

a. La que es igual a masa x aceleracin. b. La que es paralela al movimiento. c. La que es perpendicular al movimiento. d. La que es conservativa.

6. De acuerdo con la ley de Coulomb, la magnitud de la fuerza electrosttica entre dos cargas, q1 y q2, que estn separadas por una distancia R est dada por

2

0

21

4 R

qqFE pi

= ,

donde 1120 1085.8 = mF es la constante elctrica. Por otro lado, la magnitud de la fuerza de atraccin gravitacional entre dos masas, 1m y 2m , separadas una distancia R est dada por

2

21

R

mmGFG = ,

donde G es la constante newtoniana de la gravedad y es igual a 213111067.6 skgm . Cul es la relacin entre la magnitud de la fuerza

elctrica y la gravitacional, esto es, el cociente GE FF / , para dos electrones que estn separados por una distancia igual al radio de la primera rbita de Bohr? La masa de un electrn es kgme 31101.9 = , la carga elemental es

Ce 19106.1 = y el radio de la primera orbita de Bohr es ma 100 10529.0 = .

7. El movimiento de un oscilador armnico clsico est descrito por la trayectoria )cos()( tLtx = , donde L es la amplitud mxima del movimiento;

mk /= , es la frecuencia natural del oscilador y est en trminos de la constante k y la masa m. Cual de las siguientes expresiones corresponde al la energa total de este movimiento?

a. )(cos22212

21 tkLkL .

b. )cos(21 tkL .

c. 221 kL .

d. )(cos2221 tkL .

II. Mecnica Cuntica

1. Calcule la longitud de onda De Broglie de un protn viajando a 0.1% de la velocidad de la luz. Exprese sus resultados en .

2. Calcule la masa reducida de una molcula de Cl2. Exprese el resultados en unidades SI.

3. Mostrar que la masa reducida de la molcula de HI es similar a la masa del protn.

4. Calcule la energa y el momento dipolar de un electrn en una caja unidimensional localizada entre x=0 y x=10 pm. El sistema est en el primer estado excitado. Exprese el resultado en unidades SI.

5. Repita el calculo del momento dipolar del problema 4 para una caja localizada entre x=-5 pm and x=5 pm. Discuta el resultado.

6. Calcule la localizacin de la densidad mxima para una partcula en una caja localizada entre x=-l/2 y x=l/2 en el estado cuntico n=2.

III. Teora Cintica de los Gases y Termodinmica

1. La temperatura de una muestra de oxgeno molecular en un instante dado es de 300 K.

a. Calcule la energa cintica traslacional por molcula. b. Qu fraccin de molculas tiene una rapidez entre 449.5 y 450.5 m s-1?

2. Suponiendo que la rapidez ms probable cmp de las molculas de un gas es de 458 m s-1, este valor corresponde

a. a la suma de la rapidez de todas las molculas. b. al promedio de la rapidez de todas las molculas. c. al mximo de la curva de distribucin de la rapidez molecular. d. a una rea especfica bajo la curva de distribucin de la rapidez

molecular.

2. Un mol de un gas ideal monoatmico (C Rv = 32 ). Es sometido al ciclo reversible mostrado en la figura. Llene los espacios en blanco en las tablas.

Estado P/(atm) V/(L) T/(K) 1

2

3

Etapa Naturaleza del

Proceso

Q/(J) W/(J) U/(J) H/ (J) S/ (J/K)

12 Isotrmico

23

31

C i c lo T o t a l

4. Segn el modelo de un gas confinado dentro de una caja, la compresin adiabtica del gas tiene como consecuencia:

a. solamente una reorganizacin en la poblacin de partculas de cada uno de los niveles de energa.

b. solamente un incremento en la energa de cada uno de los niveles sin variar la poblacin de partculas sobre los mismos.

c. una variacin simultnea de la poblacin de partculas en cada uno de los niveles y en la energa de los mismos.

d. un incremento en la poblacin de partculas y una disminucin de la energa de los niveles.

5. La entalpa de combustin molar estndar de el m-xileno y el p-xileno son -4553.9 kJ mol-1 y -4556.8 kJ mol-1, respectivamente. Calcule el rH a 500 K para la reaccin de isomerizacin:

m-xileno p-xileno

Datos adicionales: Cp [m-xileno ] = 184.63 J K-1 mol-1; Cp [p-xileno ] = 182.22 J K-1 mol-1.

6. A partir de los datos:

H2 (g) + Br2(l) HBr (g) H 298 = -36.38 kJ mol-1

Br2(l) Br2 (g) H 298 = -30.91 kJ mol-1

calclese H(1000 K) para la reaccin:

H2 (g) + Br2(g) HBr (g)

Gas Cp/R = a +bT + CT2 + dT3 H2 3.4958 - 0.1006 x 10-3 K-1 + 2.419 x 10-7 K-2 Br2 4.2385 + 0.4901 x 10-3 K-1 -1.789 x 10-7 K-2 HBr 3.3100 + 0.4805 x 10-3 K-1 + 0.796 x 10-7 K-2

7. Segn el modelo de un gas confinado en una caja de potencial, durante la expansin de un gas:

a. Los niveles de energa se comprimen, los estados posibles aumentan y la entropa aumenta.

b. Los niveles de energa se comprimen, los estados posibles disminuyen y la entropa aumenta.

c. Los niveles de energa se expanden, los estados posibles disminuyen y la entropa disminuye.

d. Los niveles de energa se expanden, los estados posibles aumentan y la entropa disminuye.

8. a) Calcule el cambio de entropa para el calentamiento de 100 K a 200 K, a presin constante, de 2 moles de gas Argn. Asuma comportamiento ideal. Cv, m = 12.4 J K-1 mol-1. b) Recalcule el cambio de entropa para el calentamiento de 100 K a 200 K de 2 moles de gas Argn, pero considerando ahora volumen constante. Cp, m = 20.7 J K-1 mol-1. c) Justifique la diferencia en los resultados de a) y b).

9. Use los siguientes datos de presin de vapor contra temperatura del plomo para estimar:

a) la temperatura normal de ebullicin del plomo b) la entalpa molar de vaporizacin c) la entropa molar de vaporizacin a la temperatura normal de ebullicin,

suponiendo que la entalpa de vaporizacin es independiente de la temperatura.

d) la presin de vapor del plomo a 2500 K.

T/K 1500 1600 1700 1800 1900 P/torr 19.72 48.48 107.2 217.7 408.2

10. Si para la reaccin BeSO4(s) BeO(s) + SO3(g), k1 = 3.92 x 10-16 a T1 = 400 K mientras que k2=1.69 x 10-8 a T2 = 600.7 K, calcule la entalpa asociada a esta reaccin.

IV. Cintica Qumica y Electroqumica

1. Considere una reaccin de primer orden, en la que despus de 350 segundos permanece 28% del reactante inicial sin reaccionar. En cunto tiempo reaccionar el 90 % del reactante inicial?

2. Una reaccin de primer orden es completada en un 24.0% en 19.7 min. Cunto le tomar a la reaccin completarse en un 85.5%? Calcule la constante de velocidad para la reaccin.

3. Existen reacciones que duplican en velocidad cuando se incrementa la temperatura de reaccin en 10 oC cul ser la energa de activacin de una reaccin que sigue este principio a temperaturas cercanas a 300 K?

4. Cuando la concentracin de una especie A en una reaccin A B cambia de 0.5 mol L-1 a 1.03 mol L-1, el tiempo de vida media disminuye de 2.5 min a 1.25 min a 298 K. Cul es el orden de esta reaccin y el respectivo valor de la constante de velocidad?

5. Se ha propuesto que el cido ntrico se descompone siguiendo el mecanismo:

HNO3 ak HO + NO2 HO + NO2 bk HNO3

HO + HNO3 ck H2O + NO3

Considerando un estado estacionario con respecto a HO, demuestre que la expresin de velocidad de descomposicin del HNO3 est dada por:

[ ] [ ] [ ]( ) ( )( )d HNO

dt k HNO k NO k HNOa b c3

32 3

21

1=

+ /

6. El siguiente mecanismo se ha propuesto para la reaccin entre el nitrato de sodio y el oxgeno:

NO2- + O2 1k NO3- + O (1) O + NO2- 2k NO3- (2) O + O 3k O2 (3)

asumiendo que la reaccin (3) es mucho ms lenta que la reaccin (2), demuestre que [ ] [ ] [ ]2213 ONOk2dtNOd =

7. La constante de velocidad para la descomposicin del NO2 es 5.22 x 10-5 dm3 mol-1 s-1 a 319 oC y 17.00 x 10-5 dm3 mol-1 s-1 a 354 oC. Calcular la energa de activacin y el factor pre-exponencial para la reaccin.

8. Conociendo los potenciales electroqumicos siguientes

Pb/PbSO4/SO42- o = -0.3588 V Pb/Pb+2 o = -0.1263 V

Determine el producto de solubilidad del PbSO4 a 25 oC.

9. Determine el potencial electroqumico para la semireaccin:

1) Cu+2 + e- Cu E = ?

conociendo los potenciales electroqumicos de otras semireacciones y sabiendo que los potenciales son propiedades intensivas.

2) Cu+1 + e- Cu E = 0.521 V 3) Cu+2 + e- Cu+1 E = 0.153 V

10. Determine la constante de solubilidad del Ag4Fe(CN)6 a 25C, a partir de las siguientes semireacciones:

1) Ag+ + e- Ag E = 0.800 V 2) Ag4Fe(CN)6 + 4e- 4 Ag + Fe(CN)64- E = 0.148V