Ejercicios Termodinamica

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TERMOQUÍMICA

SOLUCIONES A LAS ACTIVIDADES DE FINAL DE UNIDAD
Energía, trabajo y calor 1. Calcula el trabajo que desarrolla el gas encerrado en un cilindro cuando sufre una expansión de 50 cm3 sometido a la presión constante de 5 atm. Expresa el resultado en julios. W p∆V 5 atm × 101 325 Pa 1 m3 × 50 cm3 × 6 1 atm 10 cm3 25,3 J

2. Razona si son termodinámicamente correctas lasexpresiones “acumulador de calor” y “fuente de calor”. No son correctas. El calor no es un fluido que está guardado dentro de los cuerpos. En termodinámica, el calor es un mecanismo de transferencia de energía. 3. Un sistema recibe 200 cal del ambiente y realiza un trabajo de 500 J sobre sus alrededores. Calcula la variación de energía interna del sistema. ∆U q W ; ∆U 200 cal × 4,184 J 1 cal 500 J 336,8 J4. Explica el significado de los siguienes conceptos termodinámicos: a) Paredes adiabáticas. b) Sistema cerrado. c) Proceso isócoro. d) Trabajo pV. a) Que no permiten el paso de calor. b) No intercambia materia con el ambiente. c) A volumen constante. d) Trabajo de expansión-compresión. 5. Se mezclan rápidamente 100 g de agua a 10 °C con 200 g de agua a 80 °C. ¿Cuál será la temperatura finaldel agua? Llamamos t a la temperatura final: m1 · c · ∆t m2 · c · ∆t ; 100 (t 10) 200 (80 t) ; t 56,7 °C

6. ¿Cuánto hielo a 0 °C puede fundirse utilizando 50 g de agua caliente a 65 °C? Datos: cp (agua) 4,184 J · g
1

·K

1

qfusión (hielo)
Unidad 6. Termoquímica

80 cal/g

1

Cuando el agua se enfría desde 65 °C hasta 0 °C, se desprende: 50 g × 4,184 J · 4,184 J · g 1 · K 1 calse pueden fundir: 13 598 J × : 80 cal · g 1 4,184 J qp m · cp · ∆T
1

× 65 K

13 598 J. Con este calor,

40,6 g de hielo a 0 °C

7. Explica la diferencia entre las funciones de estado y las que no lo son. Pon ejemplos. Las funciones de estado, como la energía, “no tienen memoria”, es decir, su valor solo depende del estado del sistema y no de cómo se ha llegado a él. El trabajo y el calorno son funciones de estado, en general, porque su valor sí depende del camino concreto por el que se ha alcanzado un determinado estado. 8. Un sistema realiza un proceso cíclico en el cual recibe un trabajo de 2,3 kJ. Obtén ∆U y q para ese proceso. Proceso cíclico: ∆U 0. Como W 2,3 kJ, q W 2,3 kJ

9. Calcula la capacidad calorífica de un calorímetro sabiendo que cuando contiene 100,0 g de agua yrecibe 1 255 J de calor la temperatura del conjunto sube 2,4 °C. q Ccal · ∆T magua · Cagua · ∆T ; 1 255 Ccal Ccal × 2,4 104,5 J · K
1

100,0 × 4,184 × 2,4

De donde, 10 Demuestra que si solo existe trabajo pV, se cumple que ∆U ∆U q W. Si solo hay trabajo pV, ∆U ∆U ∆ (pV). 0 ∆H ∆U p · ∆V qp p · ∆V p · ∆V; ∆H qp q p · ∆V qv Por tanto, a volumen constante, ∆V Por otra parte, ∆H A presiónconstante, ∆p 0, ∆U qv y ∆H

qp.

Aplicaciones químicas del primer principio 11. Explica la diferencia entre reacciones endotérmicas y exotérmicas utilizando diagramas entálpicos.
PROCESO EXOTÉRMICO Reactivos PROCESO ENDOTÉRMICO

Entalpía, H

Entalpía, H

∆H < 0 (negativo) Productos

Productos

∆H > 0 (positivo) Reactivos

Camino de reacción

Camino de reacción

Unidad 6.Termoquímica

2

12. El metanol es un posible sustituto de las gasolinas como combustible en los motores de explosión. Si la entalpía de combustión del metanol vale ∆Hc 762 kJ/mol: a) halla el calor liberado cuando se queman 200 g de metanol en exceso de oxígeno; b) ¿qué masa de O2 se consume cuando se liberan 1 225 kJ de calor? a) 200 g × b) CH3OH 1 225 kJ × 1 mol metanol 762 kJ × 32 g 1 mol 3 O → CO22 2 1 mol 762 kJ 2H2O 4 762,5 kJ se liberan;

1,61 mol de CH3OH. Por tanto: 3/2 mol O2 1 mol CH3OH × 32 g O2 1 mol O2 77,3 g O2

1,61 mol CH3OH ×

13. Calcula ∆Hr para el proceso: PbO(s) C(s) → Pb(s) CO(g)

sabiendo que debemos aportar 23,8 kJ para transformar en Pb 49,7 gramos de PbO. 23,8 kJ 223,2 g × 49,7 g 1 mol PbO 106,9 kJ ; ∆Hr 106,9 kJ

14. ¿Cuánto calor, en kJ, se desarrolla...