299493746-guia-principios-de-quimica.pdf

Problemas Tema 1. Problema 1.1. La constante universal R de los gases ideales tiene un valor de 0,082 Convertir este valor a

Lt.atm . gmol . K

BTU . lbmol . R

Problema 1.2. La capacidad calorífica se define como la cantidad de calor necesaria para incrementar la temperatura de un cuerpo un grado. Para el amoníaco líquido, NH 3 (l ) , a una temperatura de –40°C esta tiene un valor de C p  1,051 este valor en unidades de

BTU . Se desea convertir lb. F

Cal . gr.C

Problema 1.3. ¿Qué volumen en cc, ocupan 125 gr de etanol líquido a 20°C.? Dato: La densidad del etanol a 20°C es 0,789 gr/cc.

Problema 1.4. 3 Expresar un flujo de líquido (Q) de 60 m

hr

3 en pie

seg

.

Problema 1.5. La cantidad requerida de calor para variar la temperatura de un cuerpo sólido de T1 a T2 viene dada por la ecuación:

Q  m  c p (T2  T1 )

en donde: Q  cantidad de calor en Kcal m  masa del cuerpo en kg

c p  capacidad calorífica a presión constante en

kcal kg.C

T1 y T2 = temperaturas inicial y final en °C. Cuantas kilocalorías se requieren para calentar 5 kg de un determinado sólido desde 20°C hasta 100°C. El valor de c p es igual a 0,75

kcal . kg.C

Problema 1.6. Expresar las siguientes unidades de peso en gramos y en miligramos: a) 0,020 kg

b) 50 dg

c) cg

Problema 1.7. Expresar en litros los siguientes volúmenes: a) 10 m3

b) 5,9 dm3

c) 20 ml

Problema 1.8. Realizar las siguientes conversiones de temperatura: a) 120 °C a °K

b) 375 °F a °C

c) 279 °R a °F

Problema 1.9. Expresar en atmósferas y milímetros de mercurio una presión de trabajo de 35 lb

pu lg 2

(psi).

Problema 1.10.

Expresar en kilovatio-hora (Kw-h) y en BTU una cantidad de calor Q de 550 calorías (cal).

Problema 1.11. Las especificaciones técnicas de un equipo de bombeo, indican que este tiene una potencia de 3 kilovatios (Kw). Expresar esta potencia en caballos de vapor (HP) y en vatios o watt.

Problema 1.12. La viscosidad dinámica de un determinado líquido es de 1,5 lb

pie.seg

. Expresar esta

viscosidad en poise.

Problema 1.13 Un manual indica que el grabado de microchips se ajusta aproximadamente a la relación.

donde d es la profundidad del grabado en micras (micrómetros; Pm) y t es el tiempo de grabado en segundos. ¿Qué unidades se asocian a los números 16.2 y 0.021? Convierta la relación de modo que d se exprese en pulgadas y t en minutos.

Problema 1.14 Se utiliza un medidor de orificio para medir la velocidad de flujo en una tubería. La velocidad de flujo se relaciona con la caída de presión mediante una ecuación de la forma

donde u = velocidad del fluido (m/s) Δp = caída de presión (Pa) ρ= densidad del fluido que fluye (Kg/m3) c = constante de proporcionalidad Qué unidades tiene c en el sistema internacional de unidades ?

Problema 1.15 La conductividad térmica k de un metal líquido se predice usando la ecuación empírica k = Aexp (BIT), donde k está dado en J/(s)(m)(K) y A y B son constantes. ¿Qué unidades tienen A y B?

Problema 1.16 En la siguiente tabla se recogen las presiones de vapor de agua en función de la temperatura: temperatura (Cº)

8

25

presión (mm Hg)

9.3

32.2

a) Calcula por interpolación lineal la presión del vapor de agua a la temperatura de 20 ºC b) Calcula por extrapolación lineal la presión del vapor de agua a la temperatura de 5 ºC Problema 1.17 En una planta química se sintetiza un producto que es utilizado posteriormente como conservante de productos enlatados. El rendimiento del proceso depende de la temperatura.

Se considera un rendimiento óptimo el que va de 38.5 a 45, por lo que la planta trabaja a 175 ◦C. Si la temperatura de trabajo cae a 162 ◦C por una avería, ¿será el proceso satisfactorio hasta que sea reparada?

Problema 1.18 En una planta se bombea esencia de trementina, 60 ◦C, desde la base de una columna de fraccionamiento hasta un gran tanque de almacenamiento descubierto. La columna opera a 1,29 atmósferas. En la siguiente tabla se representan los datos relativos los litros por hora que puede bombear la bomba en función de la potencia en watios a la que es necesario que trabaje:

Se desea saber si la bomba será capaz de impulsar un caudal de 1000 l/h de trementina hasta el tanque de almacenamiento trabajando a un máximo de 373 w.

Problema 1.18 El pentóxido de dinitrógeno gaseoso puro reacciona en un reactor intermitente según la reacción estequiométrica

Calculamos la concentración de pentóxido de dinitrógeno existente en ciertos instantes, obteniendo los siguientes datos:

Si lo tenemos en el reactor un tiempo máximo de 5, 15, 35 y 60 minutos ¿cuál es la concentración de pentóxido de dinitrógeno que queda sin reaccionar en cada tiempo?

Tema 2

Problema 2.1. Se disuelven 10 g de NaCl y 15 g de azúcar (C 12H22O11) en 50 g de agua pura. El volumen del sistema resultante es 55 cm3. Cuáles son los números de moles de los tres componentes del sistema? cuáles son sus fracciones molares? Cuál es el volumen molar del sistema? Problema 2.2. Se mezclan 20 cm3 de cada una de las sustancias siguientes: alcohol etílico (C2H5OH; densidad = 0,79 g/cm3). Alcohol metílico (CH3OH: densidad = 0.81 g/cm3) y agua (H2O; densidad = 1,0 g/cm3). Cuáles son los números de moles de los tres componentes del sistema? Cuál es la fracción molar, la fracción másica y el peso molecular promedio? Problema 2.3. Los elementos más frecuentes en la naturaleza son mezclas de varios isótopos, y los pesos atómicos dados en las tablas químicas representan el peso atómico medio de la mezcla. Si el análisis termodinámico no tiene que aplicarse a problemas de separación de isótopos, su mezcla puede considerarse como una sola sustancia, y utilizarse el peso atómico medio para calcular el número de moles. En cambio, si presenta interés estudiar la separación de isótopos, cada uno de ellos tiene que considerarse como un elemento componente independiente, con su propio peso atómico individualizado. La composición del litio existente en estado natural es 7,5% atómico de Li6 (masa atómica = 6.01697) y 92,5% atómico de Li5 (masa atómica = 7,01822). Hállense los números de moles de cada uno de los isótopos en 1 kg de muestra. Problema 2.4. Una muestra de 10 g está constituida por 70% molecular de H2, 20 % molecular de HD (deuteriuro de hidrógeno), y 10 % molecular de D2. Qué masa adicional de D2 ha de añadirse si la fracción molar de D2 en la mezcla final tiene que ser 0,2? Problema 2.5. Si una cubeta contiene 2.00 Ib de NaOH (peso molecular = 40.0), a) Cuántas libras mol de NaOH contiene? b) Cuántos gramos mal de NaOH contiene?

Problema 2.6. Si el dibromopentano (DBP) tiene un peso específico relativo de 1.57, ¿cuál es su densidad en a) g/cm3? b) Ib/pie3? y c) kg/m3?

Problema 2.7. En la producción de un medicamento con peso molecular de 192, la corriente de salida del reactor fluye a una velocidad de 10,3 L/min. La concentración del medicamento es del 41.2% (peso en agua), y el peso específico relativo de la disolución es 1,025. Calcule la concentración del medicamento (en kg/L) en la corriente de salida, y la velocidad de flujo del medicamento en kg-mol/min.

Problema 2.8. Un recipiente contiene 1.704 Ib de HNO3/lb de H2O y tiene un peso específico relativo de 1,382 a 20°C. Calcule la composición de las siguientes formas: a) Porcentaje en peso de HNO3 b) Libras de HNO3 por pie cúbico de disolución a 20°C c) Molaridad a 20°C

Problema 2.9. El peso específico relativo del acero es 7.9. ¿Qué volumen en pies cúbicos tiene un lingote de acero que pesa 4000 Ib?

Problema 2.10. Una disolución contiene 25% en peso de sal en agua y tiene una densidad de 1.2 g/cm3. Exprese la composición como: a) Kilogramos de sal por kilogramo de H2O b) Libras de sal por pie cúbico de disolución

Problema 2.11.

La conductividad térmica del aluminio a 32ºF es 117 Btu/(h)(pies2)(ºF/pies). Calcule el valor equivalente a 0°C en términos de Btu/(h)(pies2)(K/pies).

Problema 2.12. La capacidad calorífica del ácido sulfúrico dada en un manual tiene las unidades J/(gmol)(ºC) y está dada por la relación.

Donde T se expresa en ºC. Modifique la fórmula de modo que la expresión resultante tenga asociadas las unidades de Btu/(lbmol)(R) y T este en R.

Problema 2.13. El aire fluye por un dueto sometido a una succión de 4.0 cm H2O. El barómetro indica que la presión atmosférica es de 730 mm Hg. ¿Cuál es la presión absoluta del gas en pulgadas de mércurio?

Problema 2.14. Los animales pequeños, como los ratones, pueden vivir a presiones reducidas de hasta 20 kPa (aunque incómodos). En un experimento, un manómetro de mercurio se conecta a un tanque como se muestra en la figura e indica una lectura de 64.5 cm Hg, mientras que el barómetro indica 100 kPa. $sobrevivirán los ratones?

Problema 2.15. Al medir el flujo de fluidos en una tubería, se puede utilizar un manómetro diferencial como el que se muestra en la figura, para determinar la diferencia de presión a través de una placa con un orificio. La tasa de flujo se puede calibrar empleando la caída de presión observada. Calcule la caída de presión p1-p2 en pascales para el manómetro de la figura

Problema 2.16. Un evaporador indica una lectura de 40 kPa de vacío. ¿Cuál es la presión absoluta en el evaporador en kilopascales?