PROBLEMAS DE QUMICA TERMODINAMICA

PROBLEMA 1Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre desde 10 ºC a 100 ºC. Considere:

Solución

PROBLEMA 2Suponiendo 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. .

Solución

PROBLEMA 3Un 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:

PROBLEMA 4Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0ºC y 300 g de agua a 50ºC.Solución

PROBLEMA 5Hallar 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

PROBLEMA 6Un 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.

Solución

PROBLEMA 7Hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 300 g de cobre desde 40 ºC a 100 ºC. Considere

Solución

PROBLEMA 8La 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

PROBLEMA 9El 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

Si tomamos como masa del agua a

Además si

PROBLEMA 10

¿Cuánto calor debe agregarse a 20 g de aluminio a 20 ºC para fundirlo completamente? Calor de fusión del aluminio

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

Solución

Además calor necesario para que cambie de estado es

PROBLEMA 11Una 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

PROBLEMA 12¿Qué energía desprenden al aire 80 g de vapor de agua que se condensan en una ventana? En caloríasDatos: Vapor Le = 2257 J/gSolución:

PROBLEMA 13Una 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?

Solución

PROBLEMA 14A 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)

b)

PROBLEMA 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

PROBLEMA 16Un 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·KSolución

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

-) Energía de cambio de fase

PROBLEMA 17Se 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

PROBLEMA 18Se 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.Solución

PROBLEMA 19En 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

PROBLEMA 20¿Qué energía desprenden al aire 10 g de vapor de agua que se condensan en una ventana?Datos: Vapor Le = 2257 J/gSolución

PROBLEMA 21¿Cuánto calor hay que transferir para fundir una barra de hierro de masa 10 kg que se encuentra a 0 ºC? Considere: Temperatura de fusión del hierro 1535 ºC, Lf = 25,080 J/g, ce = 0,489 J/g·K.Solución

PROBLEMA 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

PROBLEMA 23Una 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. ;

Solución

PROBLEMA 24En 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

PROBLEMA 25

En un reactor libera 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

PROBLEMA 26Un 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?

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

PROBLEMA 27Cierto 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 a.

b. L.1,5atm

Además Como es expansión (-)

PROBLEMA 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

PROBLEMA 29Una 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

Además en ambos es expansión Cuando la presión es 0,80atm.

Cuando es a 3,7 atm.

PROBLEMA 30el 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

PROBLEMA 31calcule 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,

Solución

PROBLEMA 32Calcule 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

Volumen del vapor

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

PROBLEMA 33el 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

PROBLEMA 34Un 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:

PROBLEMA 35Una 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

Si un mol de Mg=24,4

PROBLEMA 36Calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

PROBLEMA 37Calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

PROBLEMA 38

Calcule el cambio de entropía estándar para las siguiente reacción a

Solución

PROBLEMA 39Un 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?

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

PROBLEMA 40Un 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. . Encuentre la entropía del cobre cuando está en equilibrio.

Solución

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

Nos pide la entropía del cobre al llegar al equilibrio

.

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

Solución

PROBLEMA 42Dada la reacción:

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/molSolución

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

PROBLEMA 43Un 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

PROBLEMA 44Al 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 sistemaSolución

PROBLEMA 45Calcula 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 SoluciónComo es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

PROBLEMA 46Calcula 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/molSoluciónComo es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

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

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/molSolución

PROBLEMA 48A partir de los siguientes datos

Calcule el cambio de entalpia para transformar Solución

Simplificando y sumando ambas ecuaciones tenemos

PROBLEMA 49

Calcule el trabajo realizado cuando se disuelven de estaño en un exceso de acido 1,00atm y 25°C.

Solución

PROBLEMA 50Un 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

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

PROBLEMA 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

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

PROBLEMA 52El 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

PROBLEMA 53Calcule la cantidad de calor en (KJ) por 400g de mercurio cuando se calienta desde 10°C hasta 15°C. Considere:

Solución

PROBLEMA 54Un 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 yb. su temperatura final.Solución

a.

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

PROBLEMA 55Se 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?

Solucióna.

b.

PROBLEMA 56Un 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 negativoComo absorbe calor, el calor es positivo

PROBLEMA 57Un 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.

Solución

PROBLEMA 58Calcule la cantidad de calor liberado en (KJ) por 366g de mercurio cuando se enfría desde 77°C hasta 12°C. Considere:

Solución

PROBLEMA 59Una 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. ;

Solución

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

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

PROBLEMA 61De los siguientes calores de combustión

Calcule la entalpia de formación del metanol ( ) a partir de sus elementos.

Solución

Ordenamos para aplicar la ley de Hees

PROBLEMA 62

Una muestra de 0.5865 g de ácido láctico 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

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

b. Si un mol de pesa

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

Calcule el valor de q cuando 5.00 g de se descompone a presión constante.Solución

PROBLEMA 64Cuando 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 Son 100ml de solución

En la reacción

Si

PROBLEMA 65El cambio de entalpía estándar para la reacción:

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

PROBLEMA 66Determina la variación de entropía en la reacción:

Datos:

Solución

PROBLEMA 67El 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:

PROBLEMA 68Dadas las entalpías estándar de formación:

Hallar la entalpía de la siguiente reacción:

Solución

PROBLEMA 69Calcula el calor de formación del ácido metanoico (HCOOH), a partir de los siguientes calores de reacción:

Solución

1.

2.

3.

4.

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

Solución

BibliografíaEjercicios extraídos de:- http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdf - http:colegiosansaturio.com/web_depto_ciencias/ejercicios/2bach/2TERMOQUIMICA.doc- http://www.ivlabs.org/6to_de_medicina/entropia_energialibre.doc - Raymond Chang “Química”- Brown LeMay Bursten “Química la ciencia central”