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EXAMEN FINAL FISICOQUIMICA I QMC – 1206 “B” I/2014 1. Encuentre la trayectoria a la cual la espontaneidad de la reacción se invierte 2𝐶𝑂𝑔 = 𝐶𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑡𝑜 + 𝐶𝑂2 (𝑔)

Para la formación del 𝐶𝑂2:

Para la formación de CO:

𝑐 ∆𝐺298 = −24,256[𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

𝑜 ∆𝐺298 = −32.780[𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

𝑜 ∆𝐻298 = −94,051[𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

𝑜 ∆𝐻298 = −26.416[𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

𝐶𝑝 (𝐶𝑂2 ) = 5,152 + 15,224 ∗ 10−3 𝑇 − 96,81 ∗ 10−7 𝑇 2 + 2,313 ∗ 10−9 𝑇 3 𝐶𝑝 (𝐶𝑂) = 6,420 + 1,665 ∗ 10−3 𝑇 − 1,96 ∗ 10−7 𝑇 2 𝐶𝑝 (𝐶𝑔𝑟𝑎𝑓 ) = 2,673 + 2,617 ∗ 10−3 𝑇 − 1,169 ∗ 105 𝑇 −2

2. Se hace que dos moles de un gas mono atómico ideal a 0°C sufren una transformación reversible, según una trayectoria en la que se cumple 𝑇 = 𝐾𝑉 2, con 𝐾 = 𝑐𝑡𝑒 si se observó un cambio entrópico de 4,576 𝑐𝑎𝑙𝐾 −1𝑚𝑜𝑙−1. Cuál es la temperatura final para gases mono atomico ideales si 𝐶𝑣 = 3/2𝑅 3. Para las reacciones: 𝐹𝑒𝑂(5) + 𝐶𝑂(𝑔) → 𝐹𝑒(5) + 𝐶𝑂2 (𝑔)

𝐾1

𝐹𝑒𝑂(5) +𝐻2 (𝑔) → 𝐹𝑒(5) + 𝐻2 𝑂(𝑔)

𝐾2

Se tienen las constantes de equilibrio a varias temperaturas: 𝑇, °𝐾: 873 973 𝐾1 : 0.900 0.673 𝐾2 : 0.332 0.422

1073 0.535 0.499

1173 0.453 0.594

1273 0.396 0.668

a) Calcular la constante de equilibrio para: 𝐶𝑂(𝑔) + 𝐻2 𝑂 = 𝐶𝑂2 (𝑔) + 𝐻2 (𝑔)

b) Considerando solo la reacción 1, un reactor se encuentra a 1073 °K y las gases tienen un análisis de 28% CO, 13% 𝐶𝑂2 Y 59% 𝑁2 . En estas condiciones será posible la reacción 1. 4. Se conocen los valores de la 𝑇𝑐 = 32,1 °𝐶 Y 𝑃𝑐 = 48,8 𝑎𝑡𝑚 para el 𝐶2𝐻6(𝑔) Calcular la constante de Vander Waals y con estos valores hallar la presión ejercida por 10gr de 𝐶2𝐻6 cuando se hallan contenidos en un frasco de 1 Lt a la T=17°C. Encontrar el tamaño de las moléculas de 𝐶2𝐻6 . 5. Inicialmente a 300 K y P= 10 atm 1 mol de gas se expande adiabáticamente contra una presión constante de 4 atm. Hasta alcanzar el equilibrio suponga que el gas es ideal con 𝐶𝑝 = 28,58 + 1,76 × 10−2𝑇[𝐽𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙−1] y calcule ∆𝑈, ∆𝐻 y ∆𝑆.

PRIMER EXAMEN PARCIAL FISICOQUIMICA I QMC – 1206 “B” II/2012 1. Un pistón ejerce una presión de 1 atm y descansa sobre una superficie de agua a 100 °C. La presión se reduce infinitesimalmente y como resultado se evaporan 10 gr de agua. Este, proceso absorbe 22,2 KJ de calor. Cuáles son los valores de calor, trabajo, cambio de energía intercambio de entalpia para la vaporización. 2. Dos moles de dióxido de carbono que ocupan un volumen fijo de 15𝑑𝑚3 absorbe 2,35 KJ en forma de calor. En consecuencia la temperatura del gas aumenta de 300°K a 341 °K. Suponga que el 𝐶𝑂2 obedece la ecuación de estado de Van der Waals y calcule el 𝜔, ∆𝑈, ∆𝐻. El 𝑎 = 3,59 (

3. Calcúlese

∆𝐻

°

𝑎𝑡𝑚𝐿2 𝑚𝑜𝑙 2

)

𝑏 = 4,27 ∗ 10−2 (

𝐿

𝑚𝑜𝑙

)

a 1193 °K para la reacción,

𝑍𝑛𝑂(𝑠) + 𝐶(𝑆) = 𝑍𝑛(𝑔) + 𝐶𝑂(𝑔)

El calor latente de fusión del Zn es de 1.58 [Kcal/atm-gr] en su punto de fusión de 693 °K y su calor latente de vaporización de 31.1 [Kcal/atm-gr] en su punto de ebullición de 1193 °K. Las capacidades caloríficas promedio a presión constante de 1 atm son de 6.6 [cal/at-gr°K] del 𝑍𝑛(𝑠) , 10 [cal/at-gr°K] del 𝑍𝑛(𝑙) y 13 [cal/at-gr°K] del 𝑍𝑛𝑂(𝑠) ). Si: 𝐶𝑝𝐶(𝑔𝑟𝑎𝑓𝑖𝑡𝑜)

(𝑠)

= 1.5 + 0.004 𝑇 [𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑚𝑜𝑙 ]

𝐶𝑝𝐶𝑂(𝑔) = 6.42 + 0.00157 𝑇 [𝑐𝑎𝑙⁄𝐾𝑚𝑜𝑙 ]

El calor de formación del ZnO(s) a 25 °C es igual a -813.17 [Kcal/mol] y del CO(g) es -26.416 [Kcal/mol]. 4. Un mol de gas ideal experimenta una compresión adiabática en una sola etapa contra una presión constante de 101 MPa. Inicialmente el gas se encuentra a 27°C y 0.1 MPa de presión. La presión final es 1MPa. Calcúlese la temperatura final del gas, q, 𝜔, ∆𝑈, ∆𝐻. Hágase esta para 2 casos, a). Para un gas monoatómico que tiene una capacidad color 𝐶𝑣 = 3/2𝑅. b). Gas diatómico 𝐶𝑣 = 5/2𝑅 5. Calcúlese la velocidad media de los átomos de Cesio en un horno calentado a 500°K. Cuál es la velocidad media de las partículas que se mueven en la dirección positiva del eje x. Calcular el número de colisiones que realiza un único átomo de cesio por segundo. Si el volumen del horno es de 50 𝑐𝑚3, cual es el número total de colisiones por segundo en el interior del horno. La presión de vapor del cesio a 500°K es 80 torr el diámetro de colisión de 1 átomo de cesio es 540 pm. Calcular el recorrido libra medio de atm de cesio en las condiciones indicadas.

SEGUNDO EXAMEN PARCIAL FISICOQUIMICA I QMC – 1206 “B” II/2012 1. Una cantidad de 0,355 moles de un gas ideal que se encuentra inicialmente a 15,6°C se expande de 1,2 litros a 7,4 litros. Calcular los valores de 𝜔, 𝑞, ∆𝑈, ∆𝑆 𝑦 ∆𝐺 si el proceso se lleva acabo: a) De manera isotérmica irreversible b) De manera isotérmica e irreversible contra una presión externa de 1,0 atm. 2. Un mol de gas ideal monoatómico (𝐶 = 3/2𝑅) se comprime de 2 a 6 atm y al mismo tiempo se enfría de 400 a 300 ºK. Calcule los valores de ∆𝑈, ∆𝐻 y ∆𝑆 del proceso. 𝑣

3. Determinar si es posible la reacción de cloruración del óxido de Zirconio a 777 ºC Para 𝑍𝑟𝐶𝑙4(𝑠) :

𝑍𝑟𝑂2(𝑠) + 2𝐶𝑙2(𝑔) + 𝐶(𝑠) = 𝑍𝑟𝐶𝑙4(𝑠) + 𝐶𝑂2(𝑔)

∆𝐻 𝑜 298 = −234.7 [𝐾𝑐𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 ] ∆𝑆 𝑜 298 = 40.819 [𝐶𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾] 𝐶𝑝 = 31.92 − 2.91 × 105 𝑇 −2 [𝐶𝑎𝑙 𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

Para 𝐶𝑂2(𝑔): ∆𝐻 𝑜 298 = −94.05 [𝐾𝑐𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 ] ∆𝑆 𝑜 298 = 51.092 [𝐶𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾] 𝐶𝑝 = 10.55 + 2.16 × 10−3 𝑇 − 2.05 × 105 𝑇 −2 [𝐶𝑎𝑙 𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙 −1 ] Para 𝑍𝑟𝑂2(𝑠): ∆𝐻 𝑜 298 = −259.5 [𝐾𝑐𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 ] ∆𝑆 𝑜 298 = 12.04 [𝐶𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾] 𝐶𝑝 = 16.64 + 1.8 × 10−3 𝑇 − 3.36 × 105 𝑇 −2 [𝐶𝑎𝑙 𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

Para 𝐶𝑙2(𝑔) : ∆𝐻 𝑜 298 = 0 [𝐾𝑐𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 ] ∆𝑆 𝑜 298 = 53.317 [𝐶𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾] 𝐶𝑝 = 8.82 − 0.06 × 10−3 𝑇 − 0.68 × 105 𝑇 −2 [𝐶𝑎𝑙 𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

Para 𝐶(𝑠) : ∆𝐻 𝑜 298 = 0 [𝐾𝑐𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 ] ∆𝑆 𝑜 298 = 1.372 [𝐶𝑎𝑙 ⁄𝑚𝑜𝑙 𝐾] 𝐶𝑝 = 4.1 + 1.02 × 10−3 𝑇 − 2.1 × 105 𝑇 −2 [𝐶𝑎𝑙 𝐾 −1 𝑚𝑜𝑙 −1 ]

Con estos datos hallar la expresión de la energía estándar de Gibbs en función de la temperatura y luego calcular la constante de equilibrio cuando la temperatura es igual a 1000 °K. 4. A 1024 °C la presión de oxigeno gaseoso previamente de la descomposición del CuO es de 0,49 bares 4𝐶𝑢𝑂(𝑠) = 2𝐶𝑢2 𝑂(𝑠) + 𝑂2 (𝑔)

a) ¿Cuál es el valor de la Kp de la reacción? b) Calcule la fracción de CuO que se descompondrá si se colocan a 0,16 moles del mismo en un vaso de 2,0 litros a 1024 °C. c) ¿Cuál sería la fracción si se utiliza una muestra de un mol de CuO? d) ¿Cuál es la menor cantidad de CuO en moles que establecería el equilibrio? 5. Para la reacción 𝐶𝑢2 𝑆 + 2𝐶𝑢2 𝑂 = 6𝐶𝑢 + 𝑆𝑂3 (𝑔) Se conocen ∆𝐺 0 = 28530,02 + 14,06𝑇𝑙𝑜𝑔𝑇 − 70,43𝑇[𝑐𝑎𝑙] 0 0 a) Calcular ∆𝐻298 𝑦 ∆𝑆298 e) ¿A qué temperatura se invertirá la espontaneidad de la reacción?