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EJERCICIOS PROPUESTOS EN CLASE

1. Calcular la variación de energía libre de mezcla asociada a la disolución a 1900 K de un mol de aluminio sólido en el hierro líquido (1900 K, 1627 ºC). La concentración final del aluminio disuelta en el hierro líquido es de 0,024% ( 24 milésimas) y el coeficiente de actividad a dilución infinita de Raoult es de 0,063. Calcular igualmente, la actividad deHenry del aluminio en el hierro líquido cuando la concentración es de 0,024 % a 1900 K.
Datos: Considerar que el calor específico medio, o , del aluminio sólido y líquido es respectivamente: 28,20 y 29,29 J·átomo-g-1·K-1, siendo su temperatura de fusión 659 ºC (932 K). La adición- aleación del aluminio de realiza a la temperatura ambiente (298 K).
2. Calcular el valor de la energía de activacióny del factor preexponencial del coeficiente de difusión del hidrógeno conociendo que a las temperaturas de 600 ºC y 900 ºC los valores del coeficiente de difusión del hidrógeno, en un medio reductor son las siguientes:
Para 600 ºC: 6,16 cm2·s-1 y a 900 ºC: 10,48 cm2·s-1
De forma semejante, calcular estos mismos parámetros para la constante de velocidad, (cm·s-1), de la reacción de reduccióncon gas de la hematita, conociendo que a la temperatura de 600 ºC el valor de (cm·s-1) es de 0,42 y a 900 ºC es igual a 5,49.

3. Si la cinética de reducción de un pelet (sólido denso y esférico) por hidrógeno puede representarse por la siguiente ecuación (modelo del núcleo sin reaccionar, Sancho y otros, 2000: 234) :

Calcular el tiempo necesario para alcanzar un 100% de conversión en lareducción del pelet para obtener hierro a 700 ºC y 1100 ºC bajo las siguientes condiciones:
Densidad del pelet : 4.500 kg·m-3. Diámetro de partícula 1,00 cm.. La presión parcial de hidrógeno en el gas, (H2) = 1,0 atmósferas; La presión total en el horno – reactor de reducción es de 1,40 atmósferas. Los valores del coeficiente de difusión del hidrógeno, , a 700 y 1100 ºC son respectivamente: 7,49y 13,92 cm2·s-1. Igualmente, los valores de la constante de velocidad, , a 700 y 1100 ºC son 0,32 y 6,55 cm·s-1.
Determinar el régimen cinético del proceso de reducción a 700 ºC y 1100 ºC. Indicar las dificultades se pueden encontrar si se quisiera efectuar la reducción de compuestos férricos a 700 ºC. Identificar al pelet como un compuesto formado por el 100% de hematita, Fe2O3.
4. Calcular elpotencial de descomposición mínimo para de una disolución de sulfato de cinc, ZnSO4, de concentración equivalente a 250 g·l-1 de ZnSO4 a una temperatura de 35 ºC y un pH de 5. Suponer que la presión de descarga anódica del oxígeno es de 1,0 atmósferas.
Finalmente, obtener el rendimiento energético para una planta de electrólisis de sulfato de cinc que, además de operar bajo las condicionesindicadas anteriormente, trabaja con un potencial aplicado entre cátodo y ánodo de 3,30 voltios y un rendimiento de corriente del 94 %.
5. En el diagrama de Pourbaix para el cobre a 298 K (25 ºC) y cuando la concentración de cobre en disolución, Cu2+, se mantiene constante e igual a 10-3 moles·kg-1, determinar la ecuación de la recta potencial, E-pH, para el equilibrio Cu2O/Cu. Finalmente, calcular elvalor del pH de la disolución para el cual los potenciales de los equilibrios de reducción Cu2+/Cu y Cu2O/Cu son iguales.
Datos: El potencial estándar de reducción para las siguientes reacciones:
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) = 0,34 V
½ O2 (g) + 2 H+(aq) + 2e- H2O (l) = 1,23 V

6. Razonar si el níquel, Ni, puede obtenerse por obtenerse a partir del sulfuro de níquel, NiS, mediantela fusión oxidante del mismo en un horno eléctrico a la temperatura de 1.500 ºC. En definitiva, se pide estudiar la termodinámica de la siguiente reacción:
Ni S(s;f) + O2(g) Ni (s;l) + SO2 (g)
Calcular a 1.500 ºC, el valor de la constante de equilibrio. Igualmente, para 1.500 ºC calcular la presión parcial de SO2 en equilibrio cuando la P(O2) en los gases del horno alcanza el valor de...