EJERCICIOS PARA RESOLVER DE FISICOQUIMICA

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b) Si Cv,m = 5 cal/K mol, calcular Q, ΔU y ΔH.

14. a) El coeficiente de expansión térmica del agua líquida es 2.1 x 10-4 K y la densidad es 1 g/cm3. Si se calientan 200 cm3 de agua, de 25ºC a 50ºC bajo presión constante de 1 atm, calcular el W.

b) Si Cp,m = 18 cal/K mol, calcular Q y ΔH.

15. Una muestra que consiste en 1,00 mol de Ar es expandida en forma isotérmica a 0ºC desde 22,4 L hasta 44,8 L (a) reversiblemente, (b) en contra de una expresión externa igual a la presión final del gas y (c) libremente (en contra de una expresión externa cero). Para los tres procesos calcule Q, W, ΔU y ΔH.

16. En la compresión isotérmica reversible de 52,0 mmol de un gas perfecto a 260 K, el volumen del gas es reducido a un tercio de su valor inicial, Calcule w para este proceso.

17. El valor de Cp,m para una muestra de gas perfecto se encuentra que varía con la temperatura de acuerdo a la siguiente expresión Cp,m /(JK-1) = 20,17 + 0,3665 (T/K). Calcule q, w, ΔU, ΔH para un mol de cuando la temperatura es elevada de 25°C a 200°C. (a) a p constante, (b) a volumen constante.

18. Considere un gas perfecto contenido en un cilindro y separado en dos secciones A y B, por un pistón que se mueve sin fricción. La sección B está en contacto con un baño de agua que lo mantiene a temperatura constante. Inicialmente TA = TB = 300 K, VA = VB = 2,00 L y nA = nB = 2,00 moles. Se suministra calor a la sección A y el pistón se mueve hacia la derecha reversiblemente hasta que el volumen final de la sección B es 1,00 L. Calcule (a) el trabajo hecho por el gas en la sección A, (b) ΔU para el gas en la sección B, (c) Q para el gas en B, (d) ΔU para el gas en la sección A y (e) Q para el gas en A. Suponga CV,m = 20,0 J K-1 mol-1.

19. Una muestra consistiendo de 1 mol de un gas monoatómico perfecto (para el cual CV,m = 3/2 R) es llevado a través de un ciclo mostrado en la siguiente figura:

[pic 2]

(a) Determine las temperaturas en 1, 2 y 3

(b) Calcule Q, W, ΔU y ΔH para cada paso y para el ciclo total. Si no se puede dar una respuesta numérica entonces escriba, +, -, o ? como sea apropiado.

20. Una muestra que consiste en 1,00 mol de un gas perfecto monoatómico para el cual Cv,m = 3/2R, inicialmente a p1 = 1,00 atm y T1 = 300 K, es calentado reversiblemente a 400 K a volumen constante. Calcule la presión final, ΔU, Q y W.

21. Dadas las siguientes ecuaciones de estado:

a) PV = RT , con V volumen molar (gas ideal).

b) P (V - b) = RT, con b constante (ecuación de estado aproximada para un gas que toma en cuenta el tamaño finito de las moléculas).

c) PV = R T (1 + B/V), con B función solamente de la temperatura (ecuación de estado aproximada para gas real a presión moderada).

d) ( P + a / v2 ) ( v - b ) = R T, con a, b, R constantes.

Encuentre en cada caso el coeficiente de expansión volumétrica [pic 3]

y la compresibilidad isotérmica [pic 4].

22. Un mol de gas ideal sufre un proceso adiabático. Al comienzo del proceso, la presión es de 105 Pa, el volumen de 30 litros y la energía interna de 4500 J. Al final del proceso la energía interna es de 3000 J., la temperatura de 241 K y la presión de 5 x 104 Pa. Encuentre el trabajo realizado por el gas y el cambio de volumen.

23. Cuando un sistema es llevado desde el estado i al estado f a lo largo del camino iaf en la figura, se encuentra que Q = 50 cal y W = - 20 cal. A lo largo del camino ibf, Q = 36 Cal.

a) Cuanto vale W a lo largo de ibf?

b) Si para el trayecto curvo fi W = 13 Cal, cuánto vale Q para este trayecto?

c) Tome Ui = 10 cal. Cuánto vale Uf?

d) Si Ub = 22cal, cuánto vale Q para el proceso ib? y para el proceso bf?

[pic 5]

24. Un kilogramo de agua a 274 K se pone en contacto con una fuente de calor a 372 K. Suponiendo que el calor específico del agua líquida permanece constante en 1 cal/gr K, calcule el cambio de entropía del kilogramo de agua.

25. Un cuerpo de capacidad calórica CP constante, y a temperatura Ti, se pone en contacto con una fuente a una temperatura Tf superior. Mientras el cuerpo alcanza el equilibrio con la fuente la presión permanece constante. Demostrar que el cambio de entropía del universo está dado por:

CP [ x - ln(1+x)]

donde x = - ( Tf - Ti ) / Tf. Demuestre que este cambio de entropía es positivo.

26. Un cuerpo de capacidad calórica CP = 420 J/ºC constante, y a temperatura T1 = 30 ºC, se pone en contacto con una fuente que tiene una temperatura T2 = 5 ºC. Mientras el cuerpo alcanza el equilibrio con la fuente la presión permanece constante.

- Encuentre el cambio de entropía del cuerpo.

- Calcule el cambio de entropía del Universo.

27. Un ciclo de refrigeración que opera entre dos fuentes recibe energía QC desde una fuente fría a TC = 250 K y cede energía QH a una fuente caliente a TH = 300 K. Para cada uno de los casos siguientes, determine si el ciclo trabaja reversiblemente, irreversiblemente o es imposible. Fundamente.

a) QC = 1000 kJ, W = 400 kJ.

b) QC = 2000 kJ, W = 2200 kJ.

c) QH = 3000 kJ, W = 500 kJ.

d) W = 400 kJ, ω = 6.

28. Un mol de gas ideal se encuentra a 20 ºC y a una presión de 20 atm. Para dicho gas ideal, la energía interna depende sólo de la temperatura a través de la relación: U = B T, con B = 12,5 J/ºK. Si el gas se expande, encuentre en cada uno de los siguientes casos el trabajo realizado por el gas y el calor absorbido por él:

- Si el proceso es isotérmico y la presión final es 1 atm.

- Si el proceso es isobárico y el aumento de volumen es de 4 x 10-3 m3.

- Si el proceso es adiabático y la temperatura final es de 10 ºC.