Problemes Tema 3 (amb respostes) (2009)

Examen Catalán
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Ciencias Ambientales - 1º curso
Asignatura Termodinàmica i Cinètica química
Año del apunte 2009
Páginas 2
Fecha de subida 25/05/2014
Descargas 4
Subido por

Vista previa del texto

TERMODINÀMICA I CINÈTICA QUÍMICA Ciències ambientals. 2007/08 Lliçó 3. SEGON PRINCIPI DE LA TERMODINÀMICA 1. Mitjançant una font isotèrmica a 0 oC, es refreden a pressió constant 72 g d'aigua des de 25 ºC fins a 20oC. Calcular: a) la variació d'entropia de l'aigua, b) la calor perduda per l'aigua, c) la variació d'entropia de la font. Discutir si es tracta d'un procés irreversible.
Dada: Cp,m (H2O)= 18 cal K-1 mol-1.
R: a) ∆SH2O = -1.2 cal K-1 b) q = -0.36 kcal c) ∆Sfont = 1.3 cal K-1 2. a) Un quilogram d’aigua líquida a 0 oC es posa en contacte amb una font isotèrmica a 90 ºC. Després d’arribar a l’equilibri, quina ha estat la variació d’entropia de l’aigua? I la de la font? b) Si l’escalfament l’haguéssim fet posant-la primer en contacte amb una font de 50 ºC i desprès amb una de 90 ºC, quina hagués estat la variació d’entropia de l’univers? Dada: Cp,m (H2O (l)) = 18 cal K-1 mol-1.
R: a) ∆SH2O 1 = 284.9 cal K-1 ∆Sfont 1 = -247.9 cal K-1 b) ∆Sunivers = 19.9 cal K-1 3. Un mol d’ozó (suposem que es comporta idealment) a 27 ºC s’expandeix isotèrmicament des d’una pressió inicial de 3 atm fins una pressió final d’1 atm de dues maneres diferents: a) mitjançant un procés reversible, b) contra una pressió externa constant d’1 atm.
Per a cada procés determina la variació d’entropia del sistema, de l’entorn i la total.
R: a) ∆Sozó = 9.1 J K-1 ∆Sentorn = -9.1 J K-1 b) ∆Sozó = 9.1 J K-1 ∆Sentorn = -5.5 J K-1 4. Dos mols d’un gas ideal evolucionen a volum constant des de 27 ºC fins a 127 ºC.
Quina serà la variació d'entropia del gas? I si el procés és isobàric? Dada: Cv,m= 5 cal K-1 mol-1.
R: a) ∆Sgas = 2.9 cal K-1 b) ∆Sgas = 4.0 cal K-1 5. La capacitat calorífica del CO és una funció de la temperatura i varia segons l'equació Cp,m= 6.34 + 1.8x10-3 T (cal K-1 mol-1).
a) Quina és la variació d'entropia que correspon a l'escalfament reversible, a pressió constant, d'1 mol de CO des de -10oC fins a 100oC? b) I si el procés fos irreversible? R: a) ∆SCO = 2.4 cal K-1 b) ∆SCO = 2.4 cal K-1 6. Un mol de gas ideal experimenta un procés irreversible des de 27 ºC i 1 atm fins a 127 ºC i 0.2 atm. Calcular la variació d'entropia del gas, sabent que 7 cal K-1 mol-1.
R: C P,m= ∆Sgas = 5.2 cal K-1 7. Un cilindre de 100 cm2 de secció conté 1.5 mols de CO2 a 15 ºC i 9 atm de pressió. La mostra s’expandeix adiabàticament contra una pressió externa de 6.4 atm. Tenint en compte que el pistó s’ha desplaçat 15 cm i que Cv,m = 28.8 J K-1 mol-1, determinar la variació d’entropia del sistema.
R: ∆SCO2 = 3.2 J K-1 8. Dos blocs iguals del mateix metall, un a temperatura T1 i l'altre a T2, es posen en contacte i s'arriba a l'equilibri tèrmic. Suposant que la capacitat calorífica molar és constant en aquest interval de temperatures i que té un valor de 24.4 J K -1 mol-1, determinar el canvi d'entropia pel cas de dos blocs de 500 g de Cu amb T1= 500 K i T2= 250 K.
R: ∆Stotal = 22.6 J K-1 9. Un recipient aïllat conté 70 g d’etanol a 20 ºC. Calcular la variació d’entropia si s’afegeixen 25 g d’etanol a 50 ºC. Es tracta d’un procés reversible? Dada: Cp,m = 111.5 J K-1 mol-1.
R ∆Sunivers = 0.2 J K-1 : 10. El metanol és un compost emprat com a combustible, sobretot en combinació amb la benzina. És bastant volàtil (Tebullició = 64.1 ºC), fet pel qual crema amb facilitat i pot resultar explosiu. A més, la seva volatilitat fa que les emissions a l’atmosfera d’aquest compost siguin majors, augmentant la seva toxicitat. L’entalpia de vaporització del metanol és 35.27 kJ mol-1 en el seu punt normal d’ebullició.
a) Calcular l’entropia de vaporització molar d’aquest compost a aquesta temperatura.
b) Calcular la variació d’entropia que experimenta 1 mol de metanol en els processos següents: • s’escalfa el metanol líquid a 64.1 ºC fins una temperatura de 100 ºC; • des d’aquest estat es torna a refredar fins una temperatura de 0 ºC.
Dades: Cp,m (metanol, gas) = 49.0 J K-1 mol-1; Cp,m (metanol, líquid) = 81.11 J K-1 mol-1.
R: a) ∆vapSm = 104.6 J K-1 mol-1 b) i. ∆Smetanol = 109.6 J K-1 ii. ∆Smetanol = -126.7 J K-1 ...