Saltar al contenido principal
LibreTexts Español

5.E: La Segunda Ley (Ejercicios)

  1. Última actualización
  2. Guardar como PDF
  • Page ID
    72417

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    Q5.1

    ¿Cuál es la cantidad mínima de trabajo necesaria para eliminar 10.0 J de energía de un congelador a -10.0 °C, depositando la energía en una habitación que es de 22.4 °C?

    Q5.2

    Considere la expansión isotérmica reversible de 1.00 mol de un gas ideal monatómico (C V = 3/2 R) de 10.0 L a 25.0 L a 298 K. Calcular\(q\)\(w\),\(\Delta U\),\(\Delta H\), y\(\Delta S\) para la expansión.

    Q5.3

    Considera la expansión isobárica reversible de 1.00 mol de un gas ideal monatómico (C p = 5/2 R) de 10.0 L a 25.0 L a 1.00 atm. Calcular\(q\)\(w\),\(\Delta U\),\(\Delta H\),, y\(\Delta S\) para la expansión.

    Q5.4

    Considerar el incremento isocórico, reversible de la temperatura de 1.00 mol de un gas ideal monatómico (C V = 3/2 R) °Cacopiando 25.0 L de 298 K a 345 K. Calcular\(q\)\(w\)\(\Delta U\),\(\Delta H\),, y\(\Delta S\) para este proceso.

    Q5.5

    Considerar la expansión adiabática de 1.00 mol de un gas ideal monatómico (C V = 3/2 R) desde 10.0 L a 273 K hasta un volumen final de 45.0 L. Calcular\(\Delta T\)\(q\),\(w\),\(\Delta U\),\(\Delta H\), y\(\Delta S\) para la expansión.

    Q5.6

    15.0 g de hielo (\(\Delta H_{fus} = 6.009\, kJ/mol\)) a 0 °C se asienta en una habitación que está a 21 °C. El hielo se funde para formar líquido a 0 °C. Calcular el cambio de entropía para el hielo, la habitación y el universo. ¿Cuál tiene la mayor magnitud?

    Q5.7

    15.0 g de agua líquida (C p = 75.38 J mol -1 °C -1) a 0 °C se asienta en una habitación que está a 21 °C. El líquido se calienta de 0 °C a 21 °C. Calcular el cambio de entropía para el líquido, la habitación y el universo. ¿Cuál tiene la mayor magnitud?

    Q5.8

    Calcular el cambio de entropía para tomar 12.0 g de H 2 O de la fase sólida (C p = 36.9 J mol -1 K -1) a -12.0 °C a líquido (C p = 75.2 J mol -1 K -1) a 13.0 °C La entalpía de fusión para agua es\(\Delta H_{fus} = 6.009 \,kJ/mol\).

    Q5.9

    Utilizando la Tabla T1, calcular las entropías de reacción estándar (\(\Delta S^o\)) para las siguientes reacciones a 298 K.

    1. \(CH_3CH_2OH(l) + 3 O_2(g) \rightarrow 2 CO_2(g) + 3 H_2O(l)\)
    2. \(C_{12}H_{22}O_{11}(s) + 12 O_2 \rightarrow 12 CO_2(g) + 11 H_2O(l)\)
    3. \(2 POCl_3(l) \rightarrow 2 PCl_3(l) + O_2(g)\)
    4. \(2 KBr(s) + Cl2(g) \rightarrow 2 KCl(s) + Br_2(l)\)
    5. \(SiH_4(g) + 2 Cl(g) \rightarrow SiCl_4(l) + 2 H_2(g)\)

    Q5.10

    Se toman 1,00 moles de un gas ideal a través de un proceso cíclico que implica tres etapas:

    1. Expansión isotérmica de V 1 a V 2 en T 1
    2. Calentamiento isocórico de, T 1 a T 2 en V 2
    3. Compresión adiabática de V 2 a V 1

    1. Grafica el proceso en un diagrama V-T.
    2. Encuentra\(q\),\(w\),\(\Delta U\), y\(\Delta S\) para cada pierna. (Si quieres, ¡\(\Delta H\)también puedes encontrar!)
    3. Utilizar el hecho de que\(\Delta S\) para todo el ciclo debe ser cero (entropía siendo una función de estado y todo...), determinar la relación entre V 1 y V 2 en términos de C v, T 1 y T 2.

    Q5.11

    2.00 moles de un gas ideal monatómico (C V = 3/2 R) inicialmente ejercen una presión de 1.00 atm a 300.0 K. El gas se somete a los siguientes tres pasos, todos los cuales son reversibles:

    1. compresión isotérmica a una presión final de 2.00 atm,
    2. Aumento de la temperatura isobárica a una temperatura final de 400.0 K, y
    3. Un retorno al estado inicial a lo largo de un camino en el que

    \[p = a+bT\]

    donde\(a\) y\(b\) son constantes. Esboce el ciclo en una gráfica presión-temperatura, y calcule\(\Delta U\) y\(\Delta S\) para cada una de las patas. ¿Son\(\Delta U\) y\(\Delta S\) cero para la suma de las tres piernas?

    Q5.12

    Una pieza de hierro de 10.0 g (C = 0.443 J/g °C) inicialmente a 97.6 °C se coloca en 50.0 g de agua (C = 4.184 J/g °C) inicialmente a 22.3 °C en un recipiente aislado. Luego se permite que el sistema llegue al equilibrio térmico. Suponiendo que no hay flujo de calor hacia o desde el entorno, calcule

    1. la temperatura final del metal y el agua
    2. el cambio en la entropía para el metal
    3. el cambio en la entropía para el agua
    4. el cambio en la entropía para el universo

    Q5.13

    Considera\(CHFClBr\) que un cristal tiene cuatro orientaciones energéticamente equivalentes para cada molécula. ¿Cuál es la entropía residual esperada a 0 K para 2.50 mol de la sustancia?

    Q5.14

    Se mide una muestra de cierto sólido para tener una capacidad calorífica de presión constante de 0.436 J mol -1 K -1 a 10.0 K. Suponiendo el modelo de extrapolación de Debeye

    \[ C_p(T) = aT^3\]

    mantiene a bajas temperaturas, calcular la entropía molar de la sustancia a 12.0 K.

    This page titled 5.E: La Segunda Ley (Ejercicios) is shared under a CC BY-NC-SA 4.0 license and was authored, remixed, and/or curated by Patrick Fleming.