3.E: Primera Ley de Termodinámica (Ejercicios)

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Q3.1

En el intento de medir el equivalente de calor del trabajo mecánico (como lo hizo Joule en su famoso experimento) un estudiante utiliza un aparato similar al que se muestra a continuación:

El peso de 1.50 kg se levanta 30.0 cm contra la fuerza debida a la gravedad (9.8 N). Si el calor específico del agua es de 4.184 J/ (g °C), ¿cuál es el incremento de temperatura esperado de los 1.5 kg de agua en el bote?

Q3.2

1.00 mol de un gas ideal, ocupando inicialmente 12.2 L a 298 K, se expande isotérmicamente contra una presión externa constante de 1.00 atm hasta que la presión del gas es igual a la presión externa. Calcular\(\Delta p\)\(q\),\(w\),\(\Delta U\),, y\(\Delta H\) para la expansión.

Q3.3

Considere 1.00 mol de un gas ideal expandiéndose isotérmicamente a 298 K desde un volumen inicial de 12.2 L hasta un volumen final de 22.4 L. Calcular\(\Delta p\)\(q\),\(w\),\(\Delta U\), y\(\Delta H\) para la expansión.

Q3.4

Considerar 1.00 mol de un gas ideal (C _V = 3/2 R) Ocupando 22.4 L que sufre un incremento isocórico (volumen constante) de temperatura de 298 K a 342 K. Calcular\(\Delta p\)\(q\),\(w\),\(\Delta U\), y\(\Delta H\) para el cambio.

Q3.5

Considerar 1.00 mol de un gas ideal (C _p = 5/2 R) inicialmente a 1.00 atm que experimenta una expansión isobárica de 12.2 L a 22.4 L. Calcular\(\Delta T\)\(q\),\(w\),\(\Delta U\), y\(\Delta H\) para el cambio.

Q3.6

Considerar 1.00 mol de un gas ideal (C _V = 3/2 R) inicialmente a 12.2 L que experimenta una expansión adiabática a 22.4 L. Calcular\(\Delta T\),\(q\),\(w\),\(\Delta U\), y\(\Delta H\) para el cambio.

Q3.7

Derivar una expresión para el trabajo de una expansión isotérmica, reversible de un gas que sigue la ecuación de estado (en la que\(a\) se encuentra un parámetro del gas)

\[ pV = nRT -\dfrac{an^2}{V}\]

de\(V_1\) a\(V_2\).

Q3.8

Utilice los siguientes datos [Huff, Squitieri, y Snyder, J. Am. Chem. Soc., 70, 3380 (1948)] para calcular la entalpía estándar de formación de carburo de tungsteno,\(WC(s)\).

Reacción	\(\Delta H^o\)(kJ)
\(C(gr) + O_2(g) \rightarrow CO_2(g)\)	\ (\ Delta H^O\) (kJ) ">-393.51
\(WC(s) + 5/2 O_2(g) \rightarrow WO_3(s) + CO_2(g)\)	\ (\ Delta H^O\) (kJ) ">-1195.79
\(W(s) + 3/2 O_2(g) \rightarrow WO_3(s)\)	\ (\ Delta H^O\) (kJ) ">-837,42

Q3.9

La entalpía molar estándar de combustión (\(\Delta H_c\)) del gas propano viene dada por

\[C_3H_8(g) + 5 O_2(g) \rightarrow 3 CO_2(g) + 4 H_2O(l)\]

con\(\Delta H_c = -2220 \,kJ/mol\)

La entalpía molar estándar de vaporización (\(\Delta H_{vap}\)) para propano líquido

\[C_3H_8(l) \rightarrow C_3H_8(g)\]

con\(\Delta H_{vap} = 15\, kJ/mol\)

Calcular la entalpía estándar de combustión de propano líquido.
Calcular el cambio de energía interna estándar de vaporización (\(\Delta U_{vap}\)) para propano líquido.
Calcular el cambio de energía interna estándar de combustión (\(\Delta H_c\)) para propano líquido.

Q3.10

La entalpía de combustión (\(\Delta H_c\)) del borohidruro de aluminio,\(Al(BH_4)_3(l)\), se midió para ser -4138.4 kJ/mol [Rulon y Mason, J. Am. Chem. Soc. , 73, 5491 (1951)]. La reacción de combustión para este compuesto viene dada por

\[ Al(BH_4)_3(l) + 6 O_2(g) \rightarrow ½ Al_2O_3(s) + 3/2 B_2O_3(s) + 6 H_2O(l)\]

Dados los siguientes datos adicionales, calcular la entalpía de formación de\(Al(BH_4)_3(g)\).

\(Al_2O_3(s)\):\(\Delta H_f = -1669.8 \, kJ/mol\)
\(B_2O_3(s)\):\(\Delta H_f = -1267.8 \, kJ/mol\)
\(H_2O(l)\):\(\Delta H_f = -285.84 \, kJ/mol\)
\(Al(BH_4)_3(l)\):\(\Delta H_{vap} = 30.125 \, kJ/mol\)

Q3.11

La entalpía estándar de formación (\(\Delta H_f^o\)) para el vapor de agua es de -241.82 kJ/mol a 25 °C. Utilice los datos de la siguiente tabla para calcular el valor a 100 °C.

Sustancia	\(C_p\)(J mol ^-1 K ^-1)
H ₂ (g)	28.84
O ₂ (g)	29.37
H ₂ O (g)	33.58

Q3.12

\(\Delta C_p = (1.00 + 2.00 \times 10^{-3} T)\, J/K\)y\(\Delta H_{298} = -5.00\, kJ\) para una reacción de dimerización

\[2 A \rightarrow A_2\]

Encuentra la temperatura a la que\(\Delta H = 0\).

Q3.13

A partir de los siguientes datos, determinar la energía de celosía de\(BaBr_2\).

\[Ca(s) \rightarrow Ca(g)\]

con\(\Delta H_{sub} = 129\, kJ/mol\)

\[Br_2(l) \rightarrow Br_2(g)\]

con\(\Delta H_{vap} = 31\, kJ/mol\)

\[Br_2(g) \rightarrow 2 Br(g)\]

con\(D(Br-Br) = 193 \, kJ/mol\)

\[Ca(g) \rightarrow Ca^+(g) + e^-\]

con\(1^{st} \, IP(K) = 589.8 \, kJ/mol\)

\[Ca^+(g) \rightarrow Ca^{2+}(g) + e^-\]

con\(2^{nd} IP(K) = 1145.4 \,kJ/mol\)

\[Br(g) + e^- \rightarrow Br-(g) \]

con\(1^{st} EA(Br) = 194 \, kJ/mol\)

\[Ca(s) + Br_2^-(l) \rightarrow CaBr_2(s)\]

con\(\Delta H_f = -675 \, kJ/mol\)

Q3.15

Usando energías de enlace promedio (Tabla T3) estimar la entalpía de reacción para la reacción

\[C_2H_4 + HBr \rightarrow C_2H_5Br\]

Colaboradores y Atribuciones

Patrick E. Fleming (Department of Chemistry and Biochemistry; California State University, East Bay)