¡Descarga exercicis termodinàmica y más Ejercicios en PDF de Química solo en Docsity!
QUÍMICA BÀSICA II
Grup A2 – Dr. Francesc A. Centellas
Facultat de Química
Objectius: Consolidar els conceptes presentats. Saber aplicar els conceptes a la resolució de problemes. Millorar les habilitats en l’ús de les eines matemàtiques.
1- The element mercury, Hg, is a silvery liquid at room temperature. The normal freezing point of mercury is –38.9 ºC and its standard enthalpy of fusion is Δfus H^0 = 2.29 kJ/mol. What is the entropy change of the system when 50.0 g of Hg(l) freezes at the normal freezing point? Resolution process: 1. Convert the g of Hg to moles. 2. From the enthalpy of fusion calculate the heat that would be exchanges for this amount in joules. Remember that freezing is an exothermic process so the energy is going to leave the system so it will have a negative value (-Δfus H = -2.29 kJ/mol).3. Convert the temperature to K. 4. Use the suitable formula. 5. Δ S would be a negative value because heat flows from the system. Answer: Δ S = -2.44 J·K-
2- Exercici 7.10 (Atkins-3) i 8.14 (Atkins-5). Des d’una font de calor a 300 ºC arriben 100 J d’energia a una turbina que converteix part d’aquesta energia en treball i la resta va a parar a un focus fred que es troba a 20 ºC. Calculeu el treball màxim que pot realitzar la turbina. Quin serà el rendiment de la màquina? Si la temperatura del focus fred es rebaixa fins a 0 ºC, quin serà el rendiment de la màquina? Nota: Considereu que en el decurs de la transferència de calor, les temperatures de la font de calor i del focus fred no varien (masses molt grans). Respostes: treball màxim = 48,9 J i rendiment: 48,9 % ; rendiment: 52,5 %
3- The normal boiling point is the temperature at which a pure liquid is in equilibrium with its vapor at a pressure of 1 atm. Write the chemical equation that defines the normal boiling point of liquid carbon tetrachloride, CCl 4 (l), and using the suitable thermodynamic data estimate the normal boiling point of CCl 4. Data: Δvap S º at the normal boiling point = 92.82 J·K -1·mol -1^ ; Δvap H º at the normal boiling point = 32. kJ·mol -1. Answer: 77.4 ºC (experimental value = 76.7 ºC).
4- Els valors de les entalpies i les entropies de vaporització i fusió de l’aigua a 0,01 ºC i 611,7 Pa són els que s’indiquen en la taula adjunta.
Δvap H / kJ·mol -1^ Δvap S / J·K-1·mol-1^ Δfus H / kJ·mol-1^ Δfus S / J·K-1·mol- 40,05 165,0 6,004 21,
Calculeu els valors de Δsub H i Δsub S de l’aigua a 0,01 ºC i 611,73 Pa. Resposta: Δsub H = 51,054 kJ·mol-1^ ; Δsub S = 186,98 J·K-1·mol-
5- In an adiabatic container 250 g of water at 80 °C is mixed with 250 g of water at 10 °C. Find the entropy changes for (a) the hot water, (b) the cool water, and (c) the total system. ( C P, water = 75. J·K-1·mol -1). Answer: Final temperature for both the hot and cold water is 45 ºC; Δ S H = -109.02 J·K-1^ ; Δ S C =121.73 J·K-1^ ; Δ S TOTAL =12.71 J·K -1.
6- Exercici 8-45 (Atkins-5). Dins d’un vas Dewar de parets adiabàtiques ideals es disposa 50 g d’H 2 O(l) a 20 ºC i 65 g d’H 2 O(l) a 56 ºC.
1- Expliqueu el procés que té lloc en el vas. 2- Aquest procés, té lloc de manera espontània? 3- Es produeix un augment del desordre del sistema en el decurs del procés? 3- Determineu ΔS, ΔSentorn ΔStotal.
2ª LLEI DE LA TERMODINÀMICA
EXERCICIS i PROBLEMES
Dada: C e (H 2 O) = 4,18 J·g
Respostes: 0,80 J·K
- , 0 J·K - i 0,80 J·K - Exercici semblant: 8.46 Atkins 5
7- En el procés de tremp, l’acer es sotmet a un refredament brusc per tal d’augmentar-ne la duresa. 7.1- En un procés de tremp, es submergeix un peça d’acer de 3,50 kg a 427 ºC en 17,68 kg d’oli a 5 ºC i, un cop assolit l’equilibri tèrmic, temperatura final del sistema acer + oli és de 21 ºC. Considereu que en el decurs del procés de tremp no s’ha intercanviat calor entre el sistema oli + acer i el seu entorn i calculeu Δ S acer , Δ S oli i Δ S total. Raoneu el significat dels valors obtinguts. 7.2- En un procés de refredament convencional es deixa refredar la mateixa peça d’acer de 3,50 kg a 427 ºC en contacte amb una gran massa d’aire a 21 ºC. Considereu que en el decurs d’aquest refredament no varia la temperatura de l’aire i calculeu Δ S acer , Δ S aire i Δ S total.
Dades: C p (acer) = 500 J·kg–1·K–1; C p (oli) = 2512 J·kg–1·K– Respostes: Δ S acer = -1517,6 J·K-1^ ; Δ S oli = 2483,9 J·K-1^ i Δ S total = 966,3 J·K-1^ ; Δ S acer = -1517,6 J·K-1^ ; Δ S airei = 2413,7 J·K-1^ i Δ S total = 896,1 J·K-
8- A mass “ m ” of fluid with a specific heat “ c ” at temperature T 1 is mixed under adiabatic conditions with an equal amount of the same fluid at temperature T 2. Prove that the resultant change of entropy of the universe is: 2· m · c ·ln [½·( T 1 + T 2 )/ ( T 1 · T 2 ) 1/2^ ] and also prove that it is always positive.
9- Exercici 7-12 (Atkins 3). Calculeu l’entropia de vaporització d’1 mol d’aigua a la temperatura normal d’ebullició. Quan valdria aquesta entropia si la vaporització tingués lloc a 25 ºC? Perquè és més gran aquest valor que l’anterior? Com justificaríem amb criteris termodinàmics que l’aigua no entri en ebullició de manera espontània a 25 ºC? Dada: Δ H = 40,7 kJ·mol-1. Respostes: 109,1 J·K-1 i 136,5 J·K-1 Exercicis semblants: 8.17 i 8.19 Atkins 5
10- Exercici 8-8 (Atkins 5). Determineu el canvi d’entropia que té lloc quan es comprimeixen isotèrmicament 4,8 mol d’un gas ideal monoatòmic passant de 12, 86 L a 4,80 L. Resposta: -39,3 J·K -
11- Exercici 8-10 (Atkins 5). Determineu el canvi d’entropia que té lloc quan es comprimeixen isotèrmicament 79,9 g de metà tot passant de 7,00 kPa a 350,0 kPa. Representeu en un diagrama P (ordenades) – V (abscisses) aquesta compressió. Resposta: -144 J·K -
12- Exercici 8-12 (Atkins 5). Determineu el canvi d’entropia que té lloc quan s’expandeixen 3,44 g d’He des de 125,0 kPa a 65,0 kPa tot considerant que en el decurs d’aquesta expansió la temperatura del gas passa de 335 K a 273 K. Representeu en un diagrama P (ordenades) – V (abscisses) aquesta expansió i raoneu si es pot considerar que aquesta expansió tindrà lloc de manera espontània. Considereu que l’He presenta un comportament ideal. Resposta: Δ S 2 = -3,65 J·K-1^ ; Δ S 1 = 4,67 J·K-1^ ; Δ S = 1,02 J·K-1. Comentaris: Si representeu la transformació de l’enunciat i teniu present que S és una magnitud d’estat, observareu que la Δ S d’aquesta expansió pot relacionar-se amb les variacions d’entropia d’una expansió isotèrmica Δ S 1 i d’una compressió isobàrica Δ S 2.
13- Un reactor de 2,5 L a 0 ºC i 3,32 atm conté un 40 % en volum de Ne i la resta és F 2. Determineu la variació d’entropia de la mescla gasosa quan el reactor s’escalfi fins a 15 ºC. Resposta: Δ S = 0,345 J·K- Comentaris: La Δ S del sistema serà la suma de les Δ S de cada gas.
14- Exercici 7-14 (Atkins 3). El valor experimental de la temperatura normal d’ebullició del brom líquid és 58,8 ºC i les seves Δvap H º i Δvap S º a 25 ºC són, respectivament, 30,91 kJ·mol -1^ i 93,23 J·K-1· mol -1. Determineu el valor aproximat de la temperatura normal d’ebullició del Br 2 mitjançant la regla de Trouton i raoneu, tot comparant aquest valor amb el valor obtingut experimentalment, quina mena d’enllaços intermoleculars s’estableixen en el brom líquid. Resposta: 58,4 ºC ; interaccions dipol induït – dipol induït (enllaços intermoleculars molt febles).
Última actualització: 17 de febrer de 2014
