6.2: Energía y Propiedades (Ejercicios)
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Se trata de ejercicios de tarea para acompañar al Capítulo 6 del LibreTexto de la Universidad de Kentucky para CHE 103 - Química para la Salud Aliada. Las soluciones están disponibles debajo de las preguntas.
Preguntas
(haga clic aquí para obtener soluciones)
Q6.1.1
Definir la energía potencial y la energía potencial química.
Q6.1.2
¿Cuál es un uso potencial de sustancias que tienen una gran cantidad de energía potencial química?
Q6.1.3
Describa lo que sucede cuando dos objetos que tienen diferentes temperaturas entran en contacto entre sí.
Q6.1.4
Distinguir entre sistema y entorno.
Q6.1.5
Distinguir entre endotérmico y exotérmico.
Q6.1.6
Dos reacciones diferentes se realizan en dos tubos de ensayo idénticos. En la reacción A, el tubo de ensayo se vuelve muy caliente a medida que ocurre la reacción. En la reacción B, el tubo de ensayo se enfría. ¿Qué reacción es endotérmica y cuál es exotérmica? Explique.
Q6.1.7
¿Cuál es el signo de q para un proceso endotérmico? ¿Para un proceso exotérmico?
Q6.1.8
Clasificar los siguientes como procesos endotérmicos o exotérmicos.
- Agua hirviendo
- Sudoración
- Papel ardiente
- Congelación de agua
Q6.1.9
Convertir cada valor a las unidades indicadas.
- 150. kcal a Cal
- 355 J a cal
- 200. Cal a J
- 225 kcal a cal
- 3450. cal a kcal
- 450. Cal a kJ
- 175 kJ a cal
Q6.1.10
Se aplican cantidades iguales de calor a las muestras de 10.0 g de hierro y aluminio, ambas originalmente a 25°C ¿Cuál estará a la temperatura más alta?
Q6.1.11
¿Qué muestra requerirá más calor para aumentar la temperatura en 10°C?
- 25.0 g cobre
- 25.0 g de plomo
Q6.1.12
¿Cuánta energía se requiere para calentar 50.0 g de plata de 30°C a 50°C?
Q6.1.13
¿Cuál es la temperatura final cuando se aplica 125 J a 20.0 g de plomo, inicialmente a 15°C?
Q6.1.14
¿Cuánta energía se requiere para elevar la temperatura de 13.7 g de aluminio de 25.2°C a 61.9°C?
Q6.1.15
Una muestra de 274 g de aire se calienta con 2250 J de calor y su temperatura aumenta 8.11°C ¿Cuál es el calor específico del aire en estas condiciones?
Q6.1.16
Se suministra 98.3 J de calor a 12.28 g de una sustancia, y su temperatura aumenta 5.42°C. ¿Cuál es el calor específico de la sustancia?
Q6.1.17
Una cantidad de etanol se enfría de 47.9°C a 12.3°C y libera 3.12 kJ de calor. ¿Cuál es la masa de la muestra de etanol?
RESPUESTAS
6.1: Flujo de calor
Q6.1.1
La energía potencial se suele describir como la energía de la posición. La energía potencial química es la energía almacenada dentro de los enlaces químicos de una sustancia.
Q6.1.2
Las respuestas variarán. El ejemplo más común en la vida cotidiana es la quema de combustibles fósiles para generar electricidad o para hacer funcionar un vehículo.
Q6.1.3
La temperatura del objeto caliente disminuye y la temperatura del objeto frío aumenta a medida que el calor se transfiere del objeto caliente al objeto frío. El cambio de temperatura de cada uno depende de la identidad y propiedades de cada sustancia.
Q6.1.4
El sistema es la porción específica de materia que se observa en un experimento y es designada por el experimentador. El entorno es todo lo que no es el sistema.
Q6.1.5
Los procesos endotérmicos dan como resultado la ganancia de calor al sistema, mientras que los procesos exotérmicos están asociados con la pérdida de calor del sistema.
Q6.1.6
La reacción A es exotérmica porque el calor está saliendo del sistema haciendo que el tubo de ensayo se sienta caliente. La reacción B es endotérmica porque el calor está siendo absorbido por el sistema haciendo que el tubo de ensayo se sienta frío.
Q6.1.7
q es positivo para procesos endotérmicos y q es negativo para procesos exotérmicos.
Q6.1.8
Clasificar los siguientes como procesos endotérmicos o exotérmicos.
- Endotérmico porque se le está agregando calor al agua para que pase del estado líquido al estado gaseoso.
- Endotérmica porque se consume energía para evaporar la humedad en tu piel lo que baja tu temperatura.
- Exotérmico porque la quema (también conocida como combustión) libera calor.
- Exotérmica porque la energía está saliendo del sistema para pasar de líquido a sólido. Otra forma de mirarlo es considerar el proceso opuesto de fusión. La energía se consume (endotérmica) para fundir el hielo (sólido a líquido) por lo que el proceso opuesto (líquido a sólido) debe ser exotérmico.
Q6.1.9
Convertir cada valor a las unidades indicadas.
- \(150\; kcal\left ( \frac{1\;Cal}{1\;kcal} \right )=150\;Cal\)
- \(355\;J\left ( \frac{1\;cal}{4.184\;J} \right )=84.8\;cal\)
- \(200.\;Cal\left ( \frac{1000\;cal}{1\;Cal} \right )\left ( \frac{4.184\;J}{1\;cal} \right )=8.37\times 10^{5}\;J\)
- \(225\;kcal\left ( \frac{1000\;cal}{1\;kcal} \right )=2.25\times 10^{5}\;cal\)
- \(3450.\;cal\left ( \frac{1 kcal\;kJ}{1000\;cal} \right )=3.450\;kcal\)
- \(450.\;Cal\left ( \frac{1000\;cal}{1\;Cal} \right )\left ( \frac{4.184\;J}{1\;cal} \right )\left ( \frac{1\;kJ}{1000\;J} \right )=1.88\times 10^{3}\;kJ\) or \(450.\;Cal\left ( \frac{4.184\;kJ}{1\;Cal} \right )=1.88\times 10^{3}\;kJ\)
- \(175\;kJ\left ( \frac{1000\;J}{1\;kJ} \right )\left ( \frac{1\;cal}{4.184\;J} \right )=4.18\times 10^{4}\;cal\)
Q6.1.10
El hierro tiene una capacidad calorífica específica de 0.449\(\text{J/g} \cdot ^\text{o} \text{C}\) which means it takes 0.449 J of energy to raise 1 gram of iron by 1\(^\text{o} \text{C}\). Aluminum has a specific heat capacity of 0.897 \( \text{J/g} \cdot ^\text{o} \text{C} \) which means it takes 0.897 J of energy to raise 1 gram of aluminum by 1\(^\text{o} \text{C}\). When equal amounts of heat are applied, the temperature of the iron will increase more because it takes less energy (heat) to raise its temperature so iron will be at a higher temperature since they both start at 25\(^\text{o} \text{C}\).
Q6.1.11
Ambas muestras son de la misma masa por lo que se debe comparar una comparación del calor específico. El cobre tiene un calor específico de 0.385\(\text{J/g} \cdot ^\text{o} \text{C}\) which means it takes 0.385 J of energy to raise 1 gram of copper by 1^\text{o} \text{C}\). Lead has a specific heat of 0.129 \(\text{J/g} \cdot ^\text{o} \text{C}\) which means it takes 0.129 J of energy to raise 1 gram of copper by 1^\text{o} \text{C}\). More energy is needed to raise the temperature of copper so more heat will be needed to increase the temperature of copper by 10 ^\text{o} \text{C}\).
Q6.1.12
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
q=50.0\; g\ cdot 0.233\;\ frac {J} {g\ cdot^\ text {o}\ text {C}}\ cdot\ left (50^\ text {o}\ text {C} -30^\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o} C}\ derecha)\\
q=50.0\; g\ cdot 0.233\;\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {C}}\ cdot\ izquierda (20^\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\\
q=233\; J
\ fin {matriz}\)
Q6.1.13
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
125\; J=20.0\; g\ cdot 0.129\;\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {C}}\ cdot\ izquierda (T_ {f} -15^\ texto {o}\ texto {C}\ derecho)\\
48.4^\ texto {o}\ texto {C} =T_ {f} -15^\ texto {o}\ texto {C}\\
T_ {f} =63^\ texto {o}\ texto {C}
\ end {array}\)
Q6.1.14
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
q=13.7\; g\ cdot 0.897\;\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {C}}\ cdot\ left (61.9^\ texto {o}\ texto {o}\ texto {C}\ derecha)\\
q=13.7\; g\ cdot 0.897\;\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {C}}\ cdot\ izquierda (36.7^\ texto {o }\ texto {C}\ derecha)\\
q=451\; J
\ fin {matriz}\)
Q6.1.15
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
2250\; J=274\; g\ cdot C_ {p}\ cdot 8.11^\ text {o}\ text {C}\
C_ {p} =1.01\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o}\ texto {o}\ texto C}}
\ end {array}\)
Q6.1.16
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
98.3\; J=12.28\; g\ cdot C_ {p}\ cdot 5.42^\ text {o}\ text {C}\
C_ {p} =1.48\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {o}\ texto {C}}
\ fin {matriz}\)
Q6.1.17
\ (\ begin {array} {c}
q=m\ cdot C_ {p}\ cdot\ Delta T\\
-3.12\; kJ=m\ cdot 2.44\ frac {J} {g\ cdot^\ text {o}\ text {C}\ left (12.3^\ text {o}\ text {o}\ text {C} -47.9^\ text {o}\ text {o}}\ derecha)\\
-3.12\ horas10^ {3}\; J=M\ cdot 2.44\ frac {J} {g\ cdot^\ texto {o}\ texto {C}}\ izquierda (-35.6^\ texto {o} \ text {C}\ derecha)\\
m=35.9\; g
\ end {array}\)