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Diagrama Fases y Equilibrios Químicos: Yodo, Azeótropos, Disoluciones y Reacciones Gases -, Exámenes de Fisicoquímica

Este documento contiene ejercicios resueltos sobre temas relacionados con la físicoquímica, específicamente sobre el estudio de diagramas de fases, azeótropos, disoluciones ideales y reacciones de gases. Se abordan conceptos como el diagrama de fases del yodo, la formación de azeótropos, el comportamiento de líquidos en evaporación y la ley de le chatelier. Además, se incluyen problemas resueltos para prácticas de calcular propiedades termodinámicas.

Tipo: Exámenes

2011/2012

Subido el 30/06/2012

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FISICOQUÍMICA II GRUPOS B 03-07-2012
TEORIA
1.- a) Represente aproximadamente, el diagrama de fases del yodo, teniendo en cuenta que sublima a la presión atmosférica
normal.
b) Indique las divergencias que presenta ese diagrama con respecto al diagrama de fases del agua, justificando las
respuestas.
c) Señale con un punto (1) el estado del sistema en el que el nº de grados de libertad del sistema es cero, con un punto (2) un
estado del sistema para el que el nº de grados de libertad sea uno y con un punto (3) un estado del sistma para el que el nº de
grados de libertad sea dos. Justifique brevemente las respuestas.
2.- Los líquidos A y B cuando se mezclan, constituyen un sistema con fuertes desviaciones positivas de la ley de Raoult, que
conducen a la formación de un azeótropo cuando la concentración de A es del 80%.
a) Dibuje aproximadamente los diagramas P-composición y T- composición.
b) Razone si las fuerzas de atracción entre moléculas de A y de B son mayores, iguales o menores que las existentes entre las
propias moléculas de A.
c) Si destilamos una mezcla con el 60% de A, razone qué composición tendrá el líquido que quede en el hervidor y cual será
la del destilado final obtenido por destilación fraccionada.
d) Si lo que ponemos a destilar es la mezcla de A y B con el 80% de A ¿podremos obtener en el destilado el líquido A puro?.
Justifique las respuestas
3.- En un líquido puro cuya densidad es mayor que la del correspondiente sólido en las mismas condiciones de presión y
temperatura, se disuelve un soluto no volátil que no forma parte de la fase sólida obtenida al congelar la disolución.
a) Dibuje esquemáticamente los diagramas de fases P-T correspondientes al líquido puro y a la disolución
b) Indique en los mismos el aumento de la temperatura de ebullición y el descenso del punto de congelación de la disolución
correspondiente a la presión normal.
c) Señale si la presión de vapor de la disolución coincide o no con la del líquido puro a una temperatura superior a la del
punto triple. ¿Y a una temperatura inferior?. Justifique la respuesta
4.-Para el equilibrio heterogéneo: SHNH4(s) SH2(g) + NH3(g)
a) Indique la expresión del potencial químico de cada una de las sustancias que intervienen en la reacción. Defina los
estados normales de cada uno de los componentes.
c) Indique las expresiones de G0 y la constante de equilibrio
d) ¿Cómo afecta un aumento en la presión a la que se realiza la reacción en la composición en el equilibrio y en el valor de la
constante de equilibrio?. Justifique la respuesta.
5.- Dado el equilibrio de solubilidad: BaSO4(s) SO4=
(aq) + Ba+2
(aq) .
a) Partiendo de la expresión termodinámica de la constante del producto de solubilidad del BaSO4(s), indique la relación
existente entre la misma y la solubilidad de esta sal.
b) ¿Cómo influye en la solubilidad de la sal la adición de NaNO3. Justifique la respuesta.
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FISICOQUÍMICA II GRUPOS B 03-07-

TEORIA

1.- a) Represente aproximadamente, el diagrama de fases del yodo, teniendo en cuenta que sublima a la presión atmosférica normal. b) Indique las divergencias que presenta ese diagrama con respecto al diagrama de fases del agua, justificando las respuestas. c) Señale con un punto (1) el estado del sistema en el que el nº de grados de libertad del sistema es cero, con un punto (2) un estado del sistema para el que el nº de grados de libertad sea uno y con un punto (3) un estado del sistma para el que el nº de grados de libertad sea dos. Justifique brevemente las respuestas.

2.- Los líquidos A y B cuando se mezclan, constituyen un sistema con fuertes desviaciones positivas de la ley de Raoult, que conducen a la formación de un azeótropo cuando la concentración de A es del 80%. a) Dibuje aproximadamente los diagramas P-composición y T- composición. b) Razone si las fuerzas de atracción entre moléculas de A y de B son mayores, iguales o menores que las existentes entre las propias moléculas de A. c) Si destilamos una mezcla con el 60% de A, razone qué composición tendrá el líquido que quede en el hervidor y cual será la del destilado final obtenido por destilación fraccionada. d) Si lo que ponemos a destilar es la mezcla de A y B con el 80% de A ¿podremos obtener en el destilado el líquido A puro?. Justifique las respuestas

3.- En un líquido puro cuya densidad es mayor que la del correspondiente sólido en las mismas condiciones de presión y temperatura, se disuelve un soluto no volátil que no forma parte de la fase sólida obtenida al congelar la disolución. a) Dibuje esquemáticamente los diagramas de fases P-T correspondientes al líquido puro y a la disolución b) Indique en los mismos el aumento de la temperatura de ebullición y el descenso del punto de congelación de la disolución correspondiente a la presión normal. c) Señale si la presión de vapor de la disolución coincide o no con la del líquido puro a una temperatura superior a la del punto triple. ¿Y a una temperatura inferior?. Justifique la respuesta

4.- Para el equilibrio heterogéneo: SHNH4(s)  SH (^) 2(g) + NH (^) 3(g) a) Indique la expresión del potencial químico de cada una de las sustancias que intervienen en la reacción. Defina los estados normales de cada uno de los componentes. c) Indique las expresiones de G 0 y la constante de equilibrio d) ¿Cómo afecta un aumento en la presión a la que se realiza la reacción en la composición en el equilibrio y en el valor de la constante de equilibrio?. Justifique la respuesta.

5 .- Dado el equilibrio de solubilidad: BaSO4(s)  SO 4=(aq) + Ba+2(aq). a) Partiendo de la expresión termodinámica de la constante del producto de solubilidad del BaSO4(s) , indique la relación existente entre la misma y la solubilidad de esta sal. b) ¿Cómo influye en la solubilidad de la sal la adición de NaNO 3. Justifique la respuesta.

PROBLEMAS

1.- La presión de vapor del benceno líquido en función de la temperatura viene dada por la siguiente expresión:

T

ln P (mmHg) B ^ A

A) Calcular Δ H de vaporización del benceno (supuesto constante en el intervalo de temperaturas considerado) sabiendo que la presión y la temperatura correspondientes al equilibrio de las tres fases son 36,36 mmHg y 278,33 ºK, y que su temperatura normal de ebullición es de 353,24 ºK. B) Calcular los valores de A y B que figuran en la ecuación. C) El benceno y el tolueno líquidos forman disoluciones ideales. Una disolución líquida de benceno y tolueno formada por igual número de moles de ambas sustancias se dispone en un cilindro provisto de un émbolo móvil que permite variar la presión. Dicha disolución se evapora reversiblemente disminuyendo la presión a la temperatura constante de 318 o^ K. Calcular la composición de las fases presentes cuando se forman las primeras trazas de vapor. D) Calcular la composición de las fases presentes cuando sólo queda una gota de líquido al final de la vaporización.

D ATOS : Presiones de vapor a la temperatura de 318 oK: PBENCENO o^  217 , 38 mmHg PTOLUENO o^  75 , 06 mmHg

Resultados: A) 7979 cal/mol; B) A= 3989,7174(ºK) y B= 17,92795; C) X’benceno = 0,74; D) X (^) benceno = 0,

2.- Para la siguiente reacción entre gases con comportamiento ideal: A (g) + 3B (g)  2C (g) El valor de la entalpía de reacción es de 4 280 cal/mol. A) Al mezclar a presión y temperatura constantes de 5 atm y 25 oC, 10 moles de A (g) y 10 moles de B (g) se observa que al alcanzar el equilibrio el número de moles formados de C (g) es de 2,6087. Calcular el valor de la constante de equilibrio en estas condiciones. B) Calcular la temperatura a que debemos someter el sistema para que la constante de equilibrio tenga un valor de 1,

Resultados: A) 0,029; B) 661,46ºK