problemas de qumica termodinamica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ING: MIGUEL, MONTREUIL FRIAS

PROBLEMAS DE QUMICA TERMODINAMICA

1. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre

desde 10 ºC a 100 ºC. CeCu=0,093. cal /(g ° C)

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=(0,093.cal

g ° C ). (100 g ) (100−10 ) °C

Q=837 cal

2. suponiendo que a 100 g de aluminio a 10 ºC se le suministre la cantidad de calor

necesario del ejercicio anterior deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estará más

caliente. CeAl=0,217.cal /(g°C ).

Solución

Q=C e .m . ∆ T

∆ T= QC e .m

∆ T=(837 cal)/(0,217.cal

g° C.100 g)

∆ T=38,57 ° C

∴ elmetal mas caliente es el cobre

3. Un trozo de 6,22 Kg de cobre metálico se calienta dese 20,5 °C hasta 324,3 °C.

calcule el calor absorbido (en KJ) por el metal.

Solución:

Q=mCe ∆T

Q= (6220 g )(4,184J

° Cg ) (324,3−20,5 ) °C

CAMPOS VASQUEZ, HENRY QUIMICA INDUSTRIAL


Q=7906,237 kJ

4. Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0ºC y 300 g de

agua a 50ºC.

Solución

•Q perdido=Q ganado

−¿•1255,2 J T f +62760 J=50 160 J +627,6 T f J

12600=1882,8T f J

T f =6,69° C

5. Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 ºC para

condensarlo y enfriarlo hasta 20 ºC calor de vaporización 540 cal/g

Solución

Q=m. ℷ v

Q=20 g .540 cal / g

Q=−10800.cal

Q perdido=m .C e .∆ T

•Q=20 g .1 calg ° C

. (20−100 )° C

Q=−1600 cal

Qtotal=−12400 cal

6. Un calorímetro de 55 g de cobre contiene 250 g de agua a 18 ºC. Se introduce en él

75 g de una aleación a una temperatura de 100 ºC, y la temperatura resultante es de

20,4 ºC. Hallar el calor específico de la aleación.CeCu=0,093.cal /(g ° C)

Solución

−Q perdido=Q ganado

−C esust .msust .∆ T=C eCu. mCu .∆T +C eagua

.magua .∆T .

−C esust .75 g . (20,4−100 )° C=0,093.calg °C

.55 g . (20,4−18 )° C+ 1 calg° C

.250 g . (20,4−18 ) °C



C esust .5970 g .° C=12,276. cal+600. cal

C esust=612,276. cal5970. g ° C

C esust=0,1026.cal

g °C

7. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 300 g de cobre

desde 40 ºC a 100 ºC. CeCu=0,093.cal /(g ° C)

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=(0,093.cal

g ° C ). (300 g ) (100−40 )° C

Q=1674 cal

8. La combustión de 5 g de coque eleva la temperatura de 1 l de agua desde 10 ºC hasta

47 ºC. Hallar el poder calorífico del coque.

Solución

1 Lagua=1000 ml=1000 g

Q=C e .m . ∆ T

Q=1.cal

g° C.1000 g . (47−10 )° C

Q=37000. cal

→37000 cal

5 g=7400 .

calg

9. El agua en la parte superior de las cataratas del Niágara tiene una temperatura de 10

ºC. Si ésta cae una distancia total de 50 m y toda su energía potencial se emplea para

calentar el agua, calcule la temperatura del agua en el fondo de la catarata

Solución



Ep=mgh

Si tomamos como masa del agua a 1 Kg

Ep=1 Kg .9,8 .m

s2.50 m

Ep=490. J

Además si

Q=E p

∆ T= QC e .m

∆ T= 490 J4,184 J

g °C.1000 g

∆ T=0,117°C

∴T f =T i+∆ T=10,117° C

10. ¿Cuánto calor debe agregarse a 20 g de aluminio a 20 ºC para fundirlo

completamente? Calor de fusión del aluminio ℷ f =3,97 x105 Jkg

; Calor específico del

aluminio 0,215 cal/g ºC; Punto de fusión del aluminio: 660 ºC

Solución

∆ T=T f −T i

∆ T=660 ° C−20 °C=640 ° C

Q=C e .m . ∆ T

Q=20 g .0,215 .cal

g °C.640 ° C

Q=2732cal ; si1 cal=4,184 J → 2732cal=11430,688 J

Además calor necesario para que cambie de estado es

Qf =ℷ f .m

Qf =3,97 x105 Jg

.20 g

Qf =7940 J

∴ elcalor necesario para subir latemperatura y cambiar de estado es

QT=Qf +Q

QT=7940 J +11430,688J=1 9370,688 J



11. Una bala de plomo de 3 g se desplaza a 240 m/s cuando se incrusta en un bloque de

hielo a 0 ºC. Si todo el calor generado funde el hielo, ¿qué cantidad de hielo se

derrite? (el calor latente de fusión para el hielo es de 80 kcal/kg y el calor específico

del plomo es de 0,030 kcal/kg. ºC.

Solución

Ec=m v2

2=

0,003.(240.ms )

2

2

Ec=172,8

2J=86.4 J

siun cal=4,184 J → 80 cal=334,72 J

Qf =ℷ f .m

→ m=Q f

ℷf

m= 86,4

334,72Jg

m=0,2581 g

12. ¿Qué energía desprenden al aire 80 g de vapor de agua que se condensan en una

ventana? En calorías

Datos: Vapor Le = 2257 J/g

Solución:Q=m. Le

Q=80 g .2257 J

g→Q=180560 J .

1 cal4.184 J

Q=43154,87 cal

13. Una herradura de hierro de 1,5 Kg inicialmente a 600 ºC se sumerge en una cubeta

que contiene 20 Kg de agua a 25 ºC. ¿Cuál es la temperatura final?

ce HIerro=0.450KJ

Kg° C



Solución


• [ (1,5 Kg ) .(0.450KJ

Kg °C ) . (T f −600 ° C )]=20 Kg .4,184KJ

( g °C ). (T f−25 ° C)

• [(0,675KJ°C ) . (T f−600 ° C ) ]=83.68

KJ°C

. (T f −25 °C )

•0,675 T f −405=83,68 T f −2092

T f =20,324 °C

14. A una sartén de acero de 300 g de masa se le aumenta la energía interna en 200 J:

a) ¿Qué aumento de temperatura se produce?b) Si su temperatura inicial es de 25 ºC, ¿Cuál será la temperatura final? Dato: Calor

específico del acero 450 J/kg·K.

Solucióna)

Q=C e .m . ∆ T

∆ T= QC e. m

→ ∆ T= 200 J450 JKg . K

.0,3 Kg∆T=200

135. K → ∆ T=1,48 K

la variacionentre launidades Celcius y Kelvin es igual

∆ T=1,48 K=1,48° C

b)

∆ T=T f −T i

T f =∆ T+T I → T f=1,48° C+25° C=26,48 °C

15. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 500 g de agua si se aumenta su temperatura

de 50 ºC a 60 ºC? suponga volumen constante

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=500 g .4,184 Jg .° C

. (60−50 ) .° C



Q=20920 J

16. Un cubito de hielo de 30 g de masa se encuentra a –5 ºC. Calcula la energía que

hay que comunicar para que se pase al estado líquido.

Datos: Hielo Lf = 334,4 J/g. ce = 2,13 J/g·K

SoluciónQ=C e .m . ∆ T

Energía necesaria = energía para cambio de fase + energía para la variación de temperatura

-) Energía de variación de temperatura ∆ T=0−(−5 ) °C=5 ° C=5 K

Q=30 g .2,13 Jg . K

.5 K

Q=319,5 J-) Energía de cambio de fase

Q=m. LF

Q=30 g .334,4 J

gQ=10032 J

QT=319,5 J +10032 J=10351.5 J

17. Se pone en contacto 500 g de agua a 10 ºC con 500 g de hierro a 90º C. Calcula la

temperatura a la que se produce el equilibrio térmico.

Datos: Hierro ce = 0.489 J/g·K.

Solución Q ganado=−Q perdido

500 g .4,184 Jg . °C

. (T f−10 )=−500 g .0,489 J

g °C. (T f−90 ° C)

4,184 T f−41,84 °C=−0,489 T f +44,01 °C

4,673 T f =85,85 °C

T f =18 ,37 ° C



18. Se quiere fundir 1 kg de hielo a 0 ºC echando agua a 60 ºC. ¿Qué cantidad de agua

se necesita?

Datos: Hielo Lf = 334,4 J/g.

Solución1 Kg=1000 g

Q ganado=−Q perdido

m . L f=−m . Ce . ∆ T

1000 g .334,4 J=−m .4,184 Jg ° C

(−60 ° C )

m=1332.0586 g

19. En un experimento se suministran 40000 J de energía en forma de calor y esto eleva

la temperatura de un bloque de aluminio 80 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es

de 300 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

Q=C e .m . ∆ T

C e=Q

m .∆ T

C e=40000 J

30 ° C .300g

C e=0.444J

g .° C

20. ¿Qué energía desprenden al aire 10 g de vapor de agua que se condensan en una

ventana?

Datos: Vapor Le = 2257 J/g

SoluciónQ=m. Le

Q=10 g .2257 J

g

Q=22570 J



21. ¿Cuánto calor hay que transferir para fundir una barra de hierro de masa 10 kg que

se encuentra a 0 ºC?

Datos: Temperatura de fusión del hierro 1535 ºC, Lf = 25,080 J/g, ce = 0,489 J/g·K.

SoluciónQ=C e .m . ∆ T

Q=10 Kg .0,489 KJ

Kg ° C. (1335 ° C−0 °C )

Q=7506,15 KJQf =m . L f

Qf =10 Kg .25,08 KJ

Qf =250,80 KJ

QT=7506,15 KJ+250.80 KJ

Q=7756 ,95 KJ

22. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 400 g de agua si se aumenta su temperatura

de 30 ºC a 80 ºC? si el sistema realiza un trabajo de 400J.

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=400 g .4,184 Jg . °C

. (80−30 ) . °C

Q=16.105 J

∆ U=16.105 J−400 J

∆ U=1599600 J

23. Una hoja de oro que pesa 15g y se encuentra a una temperatura de 20°C se coloca

sobre una hoja de hierro que pesa 30g y que esta una temperatura de 60°C ¿Cuál es

la temperatura final de la combinación de los dos metales? Suponga que no perdida

de calor al alrededor.C eAu=0,129 J

g °C; C eFe=

0,444 Jg ° C

Solución




•30 g .0,444 J

g° C(T f −60 )=15 g .

0,139 Jg ° C

.(T f−20)

•13,32 T f +799,2=2,085T f −41,7

15,405 T f=840,9

T f =54,586 °C

24. En un experimento se suministran 5820 J de energía en forma de calor y esto eleva

la temperatura de un bloque de aluminio 30 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es

de 200 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

Q=C e .m . ∆ T

C e=Q

m .∆ T

C e=5820 J

30 ° C .200g

C e=0.97J

g . °C

25. En un reactor libera 6,3.108 J de energía en forma de calor y esto eleva la

temperatura de su revestimiento 0,1 ºC. Si la masa del revestimiento es de 2Tn

¿cuál es el valor del calor específico del revestimiento?

Solución

Q=C e .m . ∆ T

1 Tn=1000 Kg=106 g →2 Tn=2.106 g

C e=Q

m .∆ T

C e=6,3.108 J

0,1 ° C . 2.106 g

C e=31,5.102 Jg .° C



26. Un jugador eleva un metal de 10 kg desde el suelo hasta una altura de 6 m y luego la

deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la bola?

Solución

Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

Ep=m. g . h=W

W =10 kg .9,8 m

s2.6 m

W =588 J

27. Cierto gas se expande de un volumen de 2.5 L a 5 L a temperatura constante calcule

el trabajo realizado por el gas si la expansión ocurre:

a) Contra el vacío.

b) Contra de una presión constante de 1.5 atm

Solución

Si W =P ∆ V

a.

∆ V =5−2,5=2.5 L

→ W=P ∆ V :→ W=( 0 )2.5 L ;W=0

b. W =P ∆ V → w=2,5L.1,5atm W =3.75 atm . L

Además 1 atm .L=101.32 J

Como es expansión (-)

→ W=−3,75.101,32

W =−379,95 J

28. Un gas se expande de 200 ml a 500ml a temperatura constante. Calcule el trabajo

realizado por el gas (J) si se expande contra una presión constante de 5 atm.

Solución

200 ml=0.2 L;500 ml=0.5 L

∆ V =0,3 L



W =P ∆ V

W =5 atm .0,3 L

w=1,5 atm . L.101,32

W =151,98 J

29. Una muestra de nitrógeno gaseoso expande su volumen de 3L a 8 L a temperatura

constante calcula el trabajo realizado en J si el gas se expande contra una presión

constante de 0.80 atm , y contra una presión de 3,7 atm

Solución

Nos dice a presión constante si W =P ∆ V

∆ V =8−3=5 L Además en ambos es expansión

Cuando la presión es 0,80atm.

W =0,80 atm .5 L=4 atm . L

W =4 (101,32 ) J=−405,28 J

Cuando es a 3,7 atm.

W =3,7 atm .5 L=18,5 atm . L

W =18,5 (101,32 ) J

W =−1874,42 J

30. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 74 J, como resultado liberan 26 J

de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución

∆ U=Q+W

∆ U=74 J−26 J

∆ U=48 J

31. calcule el cambio de energía interna cuando 2 moles de metano se queman y forman

dióxido de carbono y agua a 3 atm y 300K. en la siguiente ecuación,

2 CH 4(g)+4 O 2(g)→ 2C O2(g)+4 H 2O(l)



Solución

∆ n=moles de productos−moles dereact antes

∆ n=2−6=−4

W =∆ nRT → W =−4.0,08205 .300 →W =98,46 atm . L ;W=98,46.101,32

W =9975,97 J

32. calcule el trabajo realizado en joule cuando se evapora 3 moles de agua a 2.5 atm y

100°C. suponga que el volumen del agua líquida es despreciable comparado con el

volumen del vapor a 100°C .suponga un comportamiento de gas ideal.

Solución

W =P ∆ V

Volumen del vapor

V=nRTP

V=3.0,08205 .3732.5

V=36,7256 L

Como el volumen del agua es despreciable, se toma el volumen del vapor como la

variación del volumen.

→ W=P ∆ V

W =2,5 atm .36,7256 . L →W =91,814.101,32

W =9302,5945 J

33. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 900J, como resultado liberan 100 J

de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución

∆ U=Q+W

∆ U=900 J−100 J

∆ U=800 J



34. Un trozo de plata con una masa de 362 g tiene una capacidad calorífica de 85,7 J/ °C.

¿Cuál es el calor específico de la plata?

Solución:

C e=cap . calorifica

masa

C e=85,7 J

362 g .° C

Ce=0,2367 Jg ° C

35. una muestra de 0.1375g de magnesio solido se quema en una bomba calorimétrica a

volumen constante que tiene un capacidad calorífica de 1769J/°C. el colorímetro

contiene exactamente 300g de agua y el aumento de la temperatura es de 1.126°C.

calcule el calor liberado por la combustión de Mg, en KJ/g y en KJ/mol.

Solución

Qrxn=−(Qagua+Qbomba)

Qrxn=−( 4,184 Jg°C

.300 g .1,126 ° C+1,126 ° C .1769J

° C )Qrxn=− (1413,3552 J+1991,894 J )

Qrxn=−3,4052492 KJ

0,1375 g=24,764 KJ

g

Si un mol de Mg=24,4

24,4+¿

36. calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

2 H 2(g )+O2(g )→2H 2 O(l)



∆ H=2 mol(−285,8 KJmol )−(0 )

∆ H=−571,6 KJ

37. Calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

2 C2 H 2(g )+5O 2(g)→ 4CO2(g )+2H 2 O(l)

∆ H =4 mol .(−393,5 KJmol )+2 mol .(−285,8 KJ

mol )−2 mol .( 224,0 KJmol )−0

∆ H=−1574 KJ−571,6 KJ−448 KJ

∆ H=−2593,6 KJ

38. Calcule el cambio de entropía estándar para las siguiente reacción a 25 °C

S(s)+O2(g)→ SO2(g )

∆ ° S ;SO2(g)=248,5 KJ

mol; S(g )=31,88 KJ /mol ;O2(g)=205 KJ /mol

Solución

∆ ° S=∑ ∆ ° SProductos−∑ ∆ ° Sreactantes

∆ ° S=248,5 KJ−(31,88 KJ+205 KJ )

∆ ° S=248.5 KJ−236,88 KJ

∆ ° S=−11,62 KJ

39. Un jugador levanta una bola de boliche de 5.4 kg desde el suelo hasta una altura de 1.6

m y luego la deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la

bola?

Solución

Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

Ep=m. g . h=W

W =5,4 kg .9,8 m

s2.1,6 m



W =84,672 J

40. Un trozo de 500 gramos de cobre que se encuentra a 200 ºC se sumerge en dos litros de

agua a 10 ºC mezclándose isobárica y adiabáticamente.CeCu=0,093.cal

g ° C. encuentre la

entropía del cobre cuando está en equilibrio.

Solución

−Q perdido=Q ganado

−500 g .0,093 cal

g .° C. (T f −200 )=2000 g .

1 calg ° C

(T f −10 )

−46,5T f +9300=2000 T f −20000

29300=2046,5 T f

T f =14,32° C 287,32 K

−Q=2000 g .1 calg ° C

. (14,32−10 )

Q=−8640 cal esun proceso exotermico

Q=−8640 cal .4,184 J

cal=−36149,76 J

Hallamos la variación de entalpia si sabemos que está a presión constante

∆ H=Q

G=∆ H−T ∆ S

Nos pide la entropía del cobre al llegar al equilibrio G=0

∆ S=∆ HT

∆ S=−36149,76 J287,32 K

∆ S=125,72 J /K .

41. Un sistema absorbe 360 J de calor y realiza un trabajo de 25J. Calcular la variación

de energía interna



Solución

∆ U=Q+W

∆ U=360 J +25 J

∆ U=385 J

42. Dada la reacción:

2 Ag2O( s)⟹ 4 Ag(s )+O2(g )

Calcula el calor desprendido o absorbido cuando se descomponen 45 g de óxido de

plata a 25 ºC. Dato: ∆Hºf Ag2O(s) = - 30,6 KJ/mol

Solución

∆ H=∑ ∆ ° HProductos−∑∆ ° H reactantes

como laentalpia de formacion delO2 y Ag son cerola ecuacion queda

∆ ° H=0+0−2mol .(−30,6 KJmol )

∆ H=61,2 KJ /mol por cadadosmoles de Ag2O

Si el Peso molar de Ag2O=¿124g/mol → 2 moles = 248g

45 g .61.2 KJ

248 g=11.10 KJ

43. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye

400 J. Si al mismo tiempo se hacen 300 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el

calor transferido por, o hacía, el sistema.

SoluciónComo el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo.

Además

∆ E=W +Q

400 j=300J +Q

Q=−700 J



44. Al quemarse la gasolina en un cilindro del motor de un coche se liberan 120 kJ. Si el

trabajo realizado por los gases producidos en la combustión es de 50 kJ, calcula

cuánto valdrá la variación de energía interna del sistema

Solución

∆ U=Q+W

∆ U=– 120 kJ+( – 50 kJ )

∆ U=−170 kJ

45. Calcula el calor de combustión de 250 g de propano teniendo en cuenta los

siguientes datos: ∆Hºf C3H8(g) = - 103,8; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = -

285,8 KJ/mol

Solución

Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

C3 H 8(g)+5O2(g)→3 CO2(g)+4 H 2 O(l)


∆ H=[3 (−393,13 )+4 (−285,8 ) ]−[1 (−103,8 )+0 ]∆ H=−2322,59 KJ+103,8 KJ

∆ H=−2218,79 KJ energia liberadaa partir de1mol deC3 H 8

1 mol deC3 H 8=44 g /mol

Q=250 g .−2218,79 KJ

44 g

Q=−12606,8 KJ

46. Calcula el calor de combustión de 1 kg de butano con los siguientes datos:

∆Hºf C4H10(g) = - 124,7; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = - 285,8 KJ/mol

Solución

Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

2C4 H 10(g)+13 O2(g )→ 8CO2(g )+10 H 2 O(l)




∆ H=[8 (−393,13 )+10 (−285,8 ) ]− [2 (−124,7 )+0 ]∆ H=−6003,04 KJ+249,4 KJ

∆ H=−5753,64 KJ energia liberada a partir de2mol deC4 H 10

2 mol deC4 H 10=116 g

Q=1000 g .−5753,64 KJ

116 g=¿

Q−49600,34 KJ

47. Calcula el calor de reacción en el siguiente proceso:

4 C H 4(g)+4CuO(s )→C O2( g)+2H 2O(l )+4 Cu(s)

Teniendo en cuenta los siguientes datos:

∆Hºf CH4 (g) = - 74,9; ∆Hºf CO2 (g) = -393,13; ∆Hºf H2O (l) = - 285,8; ∆Hºf CuO = -

155 KJ/mol

Solución


∆ H=[2 (−285,8 KJ /mol )+(−393,13 KJ /mol ) ]−[ 4 (−155 KJ /mol )+4 (−74,9 KJ /mol)]∆ H=−964,73 KJ+91 9,6 KJ

∆ H=−45,13 KJ

48. a partir de los siguientes datos

S(rombico)+O2(g)→ S O2( g )∆ ° H=−296,06 KJ

S(monoclínico)+O2(g)→ S O2( g) ∆ ° H=−296,36 KJ

Calcule el cambio de entalpia para transformar S(rombico)→ S (monoclínico)

SoluciónS(rombico)+O2(g)→ S O2( g )∆ ° H=−296,06 KJ

S O2(g )→ S(monoclínico)+O2(g)∆ ° H=296,36 KJ

Simplificando y sumando ambas ecuaciones tenemos

S(rombico)→ S (monoclínico )∆ ° H=0,36 KJ

49. calcule el trabajo realizado cuando se disuelven 50 g de estaño en un exceso de acido

1,00atm y 25°C.

Sn(s )+2H (ac)+¿ → Sn(ac)

2+¿+H 2¿ ¿¿ ¿



supongaun comportamiento de gas ideal

Solución

∆ n=1−0=1

W =∆ nRT=1 mol .0,08205 .298 K

W =24,45 atm .L

W =24,45.101,32 J=2477,274 J

50. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye

500 J. Si al mismo tiempo se hacen 220 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el

calor transferido por, o hacía, el sistema.

SoluciónComo el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo.

Además

∆ E=W +Q

500 j=220J+Q

Q=−720 kj

Como el calor es negativo significa que el sistema ha perdido calor.

51. ¿Cuánto trabajo hace el sistema cuando 1 mol de agua a 100ºC hierve y se convierte

en un mol de vapor a 100ºC a una presión de 1 atm? Determine el cambio en la

energía interna del vapor al evaporarse. Considere el vapor como un gas ideal.

Solución

Si ∆ E=Q+W

1 mol H 2O=18 g; Lv=540 cal

g

Q=18 g .540 cal

g=9720 cal .

4,184 J1 cal

=40668,48 J

Si despreciamos el volumen inicial ya que el volumen va a aumentar estamos en una

expansión por lo que el trabajo va a ser negativo



w=P ∆ V =∆ nRT

W =1.0,08205 .373. atm . L

W =30,60 atm .L=30,60.101,32

W =3100,392 J

∴∆ E=40668,48 J−3100,392

∆ E=37568,088 J

52. El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro es de 462 J. durante

este proceso hay una transferencia de calor de 128 J del gas hacia los alrededores.

Calcule el cambio de energía para este proceso.

Solución

∆ E=Q+W

∆ E=−128 J +462 J

∆ E=334 J

53. Calcule la cantidad de calor en (KJ) por 400g de mercurio cuando se calienta desde

10°C hasta 15°C. C eHg=0,139 J / (g° C)

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=0,139 Jg°C

.400 g . (15−10 ) °C

Q=278 J

54. Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de

2.5 kPa. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y se agregan 12500 J de calor al

sistema, encuentre:

a. el cambio en la energía interna del gas y

b. su temperatura final.

Solución1 atm=101,32 kPa



→ 2,5 kPa .1 atm

101,32 kPa

1 m3=1000 L;3 m3−1m3=2m3

como la presiones constanteW =P ∆ V

W =2,5 atm101,32

.2000 L.101,32 Jatm . L

=5000 J

a. ∆ E=Q+W

∆ E=12500 J−5000 J=7500 J

b. Calcular la temperatura final aplicaremos la ley de charles si P es constante

V i

T i

=V f

T f

1 m3 . T f=3 m3 .300K

T f =900 K

55. Se confina gas nitrógeno (m = 1.00 kg) en un cilindro con un émbolo movible

expuesto a presión atmosférica normal. Se agrega una cantidad de calor (Q = 25000

cal) al gas en un proceso isobárico y su energía interna aumenta en 8000 cal.

(a) ¿Cuánto trabajo realizó el gas?

(b) ¿Cuál es el cambio en el volumen?

Solución

a.

∆ E=Q+W

8000 cal=25000+W

•17000 cal=W

b.

•17000 cal .4,184 J

1 cal.

1 atm . L101.32 J

=−702,013 atm . L

si, W =P ∆ V

•702,013 L=∆ V



56. Un gas se expande y realiza un trabajo P−V sobre los alrededores igual a 279J al

mismo tiempo, absorbe 216J de calor de los alrededores. ¿cuál es el cambio en la

energía del sistema?

Solución

Como el sistema realiza el trabajo , el trabajo es negativo

Como absorbe calor , el calor es positivo

∆ E=W +Q

∆ E=−279 J+216 J

∆ E=−63 J

57. Un trozo de 6,22Kg de cobre metálico se calienta desde 20,5°C hasta 324,3°C.

calcule el calor absorbido (en kJ) por el metal.C e(Cu)=0,093.cal

g °C

Solución

Q=C e .m . ∆ t

Q=0,093 calg° c

.4,184 J

1 cal.6220 g . (324,3−20,5 )

Q=735280,04 J

Q=735,28 kJ

58. Calcule la cantidad de calor liberado en (KJ) por 366g de mercurio cuando se enfría

desde 77°C hasta 12°C. C eHg=0,139 J / (g° C)

Solución

Q=C e .m . ∆ T

Q=0,139 Jg°C

.366 g . (12−77 )° C

Q=−3306,81 J

59. Una hoja de oro que pesa 10g y se encuentra a una temperatura 18°C se coloca sobre

una hoja de hierro que pesa 20g y que está a una temperatura de 55,6°C. ¿Cuál es la



temperatura final de la combinación de los dos metales ? suponga que no hay

pérdida de calor hacia los alrededores. C eAu=0,129 J

g°C; C eFe=

0,444 Jg ° C

Solución


•20 g .0,444 J

g ° C. (T f−55,6 ) °C=10 g .

0,129 Jg °C

. (T f −18 ) °C

•8,88 T f +493,728=1,29T f −23,22

516,5=10,17T f

T f =50,79° C

60. El cambio de entalpia estándar de formación para la siguiente reacción es 436,4kJ:

H 2(g)→ H (g)+H (g)

Calcule la entalpia estándar de formación del hidrogeno atómico (H).

Solución


∆ H=2 mol . (∆ ° H ( g) )−1. (0 )436,4 kJ

2=∆° H ( g )

∆ ° H ( g)=218 ,2 kJmol

61. De los siguientes calores de combustión

CH 3OH (l )+32

O2( g ) → CO2( g )+2 H 2O (l) ∆ H °reaccion=−726,4 kJ

C (grafito )+2 O2(g )→ C O2( g) ∆ ° H reaccion=−393,5 kJ

H 2(g)+12

O2(g )→ H 2O(l)∆ ° H reaccion=−285,8 kJ

Calcule la entalpia de formación del metanol (C H 3 0 H) a partir de sus elementos.

C (graf ito )+2 H 2( g )+12

O2( g) →C H 30 H ( l)

Solución



Ordenamos para aplicar la ley de Hees

C (grafito )+O2( g) →C O2( g )∆ ° H reaccion=−393,5 kJ

2 H 2(g )+O2(g )→2H 2 O(l)∆ ° H reaccion=−571,6 kJ

CO2(g )+2 H 2 O(l )→ CH3 OH (l)+32

O2( g) ∆ H °reaccion=726,4 kJ

C (grafito )+2 O2(g )+2 H 2(g)+CO2( g)+2 H 2O (l )→ C O2( g)+2 H 2O(l)+CH3 O H (l )+32

O2( g )

C (grafito )+2 H 2(g )+12

O2( g )

→ CH3 O H (l )∆ ° H=−238,7 kJ

62. Una muestra de 0.5865 g de ácido láctico ( H C3 H 5 03 )se quema en un calorímetro

cuya capacidad calorífica es de 4.182 kJ/ºC. La temperatura aumenta de 23.10ºC a

24.95ºC. Calcule el calor de combustión (a) del ácido láctico por gramo y (b) por

mol.

Solución

Q=C calorifica . ∆ T

Q= 4,182kJ° C

. (24,95−23,10 ) °C

Q= 4,182kJ° C

.1,85 ° C

Q=7,74 kJ

a. Si en 0,5865g libera 7,74kJ

→ 1 g .7.74 kJ

0,5865 g=13,197 kJ

g

b. Si un mol de ( H C3 H 5 03 ) pesa ¿90 g

90 g .13,197 kJ

1 g=1187,73kJ

mol

63. El peróxido de hidrógeno puede descomponerse en agua y oxígeno por la reacción:

2 H 2O2(l )→ 2 H 2O(l )+O2(g )∆° H=−196 kJ



Calcule el valor de q cuando 5.00 g de H 2 O2(l) se descompone a presión constante.

Solución

Si la energiae sa presionconstante ∆ ° H=Qreación

2 mol de H 2O2=68 g

5 g .−196 kJ

68 g=14,41 kJ

64. Cuando un estudiante mezcla 50 ml de HCl 1.0 M y 50 mL de NaOH 1.0 M en un

calorímetro de vasos de café, la temperatura de la disolución resultante aumenta de

21.0ºC a 27.5ºC. Calcule el cambio de entalpía de la reacción, suponiendo que el

calorímetro pierde una cantidad insignificante de calor, que el volumen total de la

disolución es de 100 mL, que su densidad es de 1.0 g/mL y que su calor específico es

de 4.18J/g-K.

Solución

Si Q=m. C e . ∆ T

Son 100ml de solución

m=D . V

m=1 gml

.100 ml=100 g

Q=100.4,18 Jg °C

. (27,5−21 )° c

Q=2717J

En la reacción

HCl+NaOH → NaCl+ H 2O

Si M=¿molesV litr os

NaCl=1 M ;NaOH=1 M

¿moles=M .V

¿mole sNaCl=1.0,05=0,05 moles

¿mole sNaOH=1.0,05 moles=0,05 moles

→ ∆ °H

mol=1mol .

2717 J0,05 mol

=54340 Jmol



65. El cambio de entalpía estándar para la reacción:

CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)

Es de 178.1 kJ. A partir de los valores de las entalpías estándar de formación de

CaO(s) y CO2(g) ,calcule la entalpía estándar de formación de CaCO3(s).

Solución


∆ H ° f (CaO )=−635,5 kJ

∆ H ° f (C O2 )=−393,5 kJ

178,1 kJ=(−635,5 kJ−393,5 kJ )−∆ H ° f (CaC O3)

∆ H ° f (CaC O3 )=−1207,1 kJ

66. Determina la variación de entropía en la reacción:

H 2( g)+12

O2( g)→ H 2 O(l)

Datos:

S ° ( H 2(g ) )=130,7J

mol ° C;S ° (O2( g) )=204,8

Jmol °C

; S ° ( H 2O(l ) )=69,8J

mol ° C

Solución

H 2( g)+12

O2( g)→ H 2 O(l)

∆ ° S=∑ ∆ ° SProductos−∑ ∆ ° Sreactantes

69,8 J /° C – (130,7J

° C+

204,8J

° C2

)=– 163,3 J /°C

∆ ° S (H 2O (l) )=−163,4 J

mol ° c

67. El trabajo realizado para comprimir un gas es de 98 J. Como resultado, liberan 67 J

de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía del gas.

Solución:



∆ U=−Q+W

∆ U=−67 J+98 J

∆ U=31 J

68. Dadas las entalpías estándar de formación:

∆ ° H f :C O (g )=−110,5 kJ ;C O2( g)=−393,5 kJ

Hallar la entalpía de la siguiente reacción:

C O( g )+12

O2( g) →C O2( g )

Solución

∆ H=∑ ∆ ° HProducto s−∑ ∆ ° H reactantes

∆ ° H=−393,5 kJ−(−110,5kJ )

∆ ° H=−283 kJ

69. Calcula el calor de formación del ácido metanoico (HCOOH), a partir de los

siguientes calores de reacción:

C (s )+12

O2( g )→ C O( g) ;∆ ° H =−110,4 kJ

H 2( g)+12

O2( g)→ H 2 O(l) ;∆ ° H−285,5 kj

C O( g )+12

O2( g) →C O2( g ); ∆° H=−283 kJ

HCOO H (l)+12

O2( g)→ H 2 O(l )+C O2( g );∆ ° H=−259,6 kJ

Solución

1. C (s )+12

O2( g )→ C O( g) ;∆ ° H =−110,4 kJ

2. H 2( g)+12

O2( g)→ H 2 O(l) ;∆ ° H−285,5 kj

3. C O( g )+12

O2( g) →C O2( g ); ∆° H=−283 kJ



4. H 2 O(l)+C O2( g )→ HCOO H (l )+12

O2( g );∆ ° H=259,6 kJ

C (s )+ H 2(g )+O2(g )→ HCOO H ( l); ∆ ° H=(−110,4−285,5−283+259,6)

∆ ° H=419,3 kJ

70. Calcula el calor de formación del óxido de cinc con los siguientes datos:

H 2 SO 4+Zn → ZnS O4+ H 2 ∆° H=334,8 kJ

O2( g)+2 H 2(g )→ 2 H 2O(l ) ∆ ° H =570,98 kJ

H 2 SO 4+ZnO → ZnS O4+H 2O ∆ ° H=211,17 kJ

SoluciónH 2 SO 4+Zn → ZnS O4+ H 2 ∆° H=334,8 kJ

12

O2( g)

+H 2( g)→ H 2 O(l) ∆ ° H=285,49 kJ

ZnS O4+H 2 O→ H 2 S O4+ZnO ∆ ° H=−211,17 kJ

12

O2( g)

+Zn → ZnO ∆ ° H=409,12kJ

Bibliografía

Ejercicios extraídos de:- http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdf

- http:colegiosansaturio.com/web_depto_ciencias/ejercicios/2bach/

2TERMOQUIMICA.doc


http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdf


- http://www.ivlabs.org/6to_de_medicina/entropia_energialibre.doc

- Raymond Chang “Química”

- Brown LeMay Bursten “Química la ciencia central”


http://www.ivlabs.org/6to_de_medicina/entropia_energialibre.doc

problemas de qumica termodinamica

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