1.1 ) La ubicacin de la frontera entre el sistema y el entorno es una opcinque debe hacerse por el termodinmico . Considere la posibilidad de un vaso de agua hirviendo en unahabitacin hermtico. Es el sistema abierto o cerrado si coloca el lmite a las afueras de laagua lquida ? Es el sistema abierto o cerrado si coloca el lmite dentro de las murallasde la habitacin?Si los lmites del sistema estn justo fuera del agua en estado lquido , el sistema es abiertoporque el agua puede escapar de la superficie superior . El sistema se cierra si lalmite es justo dentro de las paredes , porque la habitacin es hermtico .Q1.2 ) paredes reales no son nunca totalmente adiabtico. Ordene las siguientes paredes en el aumento dela orden con respecto a ser diatrmano : hormign 1 cm de espesor , de 1 cm de espesor de vaco , 1 - cmthickcobre , corcho 1 cm de espesor .Vaco de 1 cm de espesor < corcho 1 cm de espesor < hormign 1 cm de espesor < cobre de 1 cm de espesorQ1.3 ) Por qu es la posibilidad de intercambio de materia o energa apropiada a la variablede inters es una condicin necesaria para el equilibrio entre dos sistemas?El equilibrio es un proceso dinmico en el que las tasas de dos procesos opuestosson iguales . Sin embargo , si la tasa en cada direccin es cero , ningn intercambio es posible ,y por lo tanto el sistema no puede alcanzar el equilibrio .Q1.4 ) a temperaturas suficientemente altas , la ecuacin de van der Waals tiene la formamP RTV b-. Tenga en cuenta que la parte atractiva del potencial no tiene ninguna influencia en esteexpresin . Justifica este comportamiento utilizando el diagrama de energa potencial en la Figura 1.6 .A altas temperaturas , la energa de la molcula es grande como se indica por larea rectangular de color en la siguiente figura .Conceptos Captulo 1/Fundamental de la Termodinmica1-2En este caso , la profundidad del pozo es una pequea fraccin de la energa total . Por lo tanto , lade partcula no se ve afectada por la parte atractiva del potencial .Q1.5 ) El parmetro a en la ecuacin de van der Waals es mayor para H2O que para l .Qu dice esto acerca de la forma de la funcin potencial en la Figura 1.6 para los doslos gases ?Se dice que la profundidad del potencial atractivo es mayor para H2O que para l .ProblemasP1.1 ) Se carg un matraz sellado con una capacidad de 1,00 dm3 contiene 5,00 g de etano . El matraz setan dbil que va a estallar si la presin es superior a 1,00 106 Pa. A qu temperatura sela presin del gas exceda de la temperatura de ruptura ?6 3 31 111.00 10 Pa 10 m 5,00 g 723 K 8.314J mol K30.07 g molT ALnR---== = P1.2 ) Considere una mezcla de gases en un matraz de 2.00 dm3 a 27,0 C. Para cada uno de la siguientemezclas , calcular la presin parcial de cada gas , la presin total , y elcomposicin de la mezcla en porcentaje en moles .a) 1,00 g 1,00 g H2 y O2b ) 1,00 g y 1,00 g N2 O2c ) 1,00 g CH4 y 1,00 g de NH3Conceptos Captulo 1/Fundamental de la Termodinmica1-3a)22221 153 31 143 351,00 2,016 mol 8.314 J mol K 300 K 6.24 10 Pa2.00 10 m1,00 32,00 mol 8,314 J mol K 300 K 3.90 10 Pa2.00 10 m6.57 10 PaHHOOtotaln RTPVn RTPVP----== === == 222 2222 2mol % H 100 mol H 100 1,00 2.016 94,1 %mol mol H O 1,00 2,016 1,00 32,00mol % O 100 O 100 moles 1,00 32,00 5,9 %mol mol H O 1,00 2,016 1,00 32,00= = =+ += = =+ +b )22221 143 31 143 341,00 28,02 mol 8,314 J mol K 300 K 4.45 10 Pa2.00 10 m1,00 32,00 mol 8,314 J mol K 300 K 3.90 10 Pa2.00 10 m8,35 10 PaNNOOtotaln RTPVn RTPVP----== === == 222 2222 2% en moles de N 100 moles de N 100 1,00 28,02 53,3 %mol mol N O 1.00 28.02 1.00 32.00mol % O 100 O 100 moles 1,00 32,00 46,7 %mol mol N O 1.00 28.02 1.00 32.00= = =+ += = =+ +c )33441 143 31 143 351,00 17,03 mol 8,314 J mol K 300 K 7.32 10 Pa2.00 10 m1,00 16,04 mol 8,314 J mol K 300 K 7.77 10 Pa2.00 10 m1.51 10 PaNHNHCHCHtotaln RTPVn RTPVP----== === == 333 4423 4% en moles de NH 100 moles de NH 100 1,00 17,03 48,5 %mol mol NH CH 1.00 17.03 1.00 16.04mol % O 100 mol CH 100 1,00 16,04 51,5 %mol mol NH CH 1.00 17.03 1.00 16.04= = =+ += = =+ +P1.3 ) Suponga que usted midi el producto PV de un mol de un gas diluido y encontradoque PV = 22.98 L atm a 0 C y 31,18 L atm a 100 C. Supongamos que la ley del gas ideal esvlida, con T = t ( C ) + a, y que no se conoce el valor de R . Determinar R y una delas medidas proporcionadas .Expresando la ley de los gases ideales en forma PV = R (t + a) = m (t + a) ,Conceptos Captulo 1/Fundamental de la Termodinmica1-4( )( )11 o 1o31,18-22,98 l atmmol0.08200 atmmol C100-0 Cm PV Rt-= == - =11 o 131.18l atmmol 100 C 280.2 C0.08200 atmmol Cun PV tR-- = - = - = P1.4 ) Un cilindro de gas comprimido contiene 1,50 103 g de gas N2 a una presin de2,00 107 Pa y una temperatura de 17,1 C. Qu volumen de gas ha sido liberado en elatmsfera si la presin final en el cilindro es de 1,80 105 Pa ? Supongamos comportamiento idealy que la temperatura del gas no se ha modificado .Vamos Ni y NF ser el nmero inicial y final de moles de N2 en el cilindro .3 51 7311.50 10 1,80 g 10 Pa 0,482 mol28.01gmol 2,00 10 Pa1,50 10 g 53,55 mol28.01gmoli fi fFf iyoyon n RT RTP PPn nPn--=== ===El volumen de gas liberado a la atmsfera est dada por( ) ( ) 2 1 1353,55 0,482 mol 8,2057 10 290,2 Latmmol K K1 atm1,26 10 Lf i n n RTVP-----=== P1.5 ) Un globo lleno con 10,50 l de Ar a 18,0 C y 1 atm eleva a una altura en laatmsfera donde la presin es 248 Torr y la temperatura es -30,5 C. Cul es elvolumen final del globo?( )( )760 Torr 273,15 30.5 K 10,50 L 26.8 L248 Torr 273,15 18.0 Ki ff if iP T V VP T-===+P1.6 ) Considere una muestra 20.0 - L de aire hmedo a 60 C y 1 atm en el que la parcialla presin del vapor de agua es 0,120 atm . Suponga que el aire seco tiene la composicin 78,0 molpor ciento de N2 , 21,0 por ciento en moles de O2 , y 1,00 por ciento en moles de Ar.a) Cules son los porcentajes molares de cada uno de los gases en la muestra?b ) El porcentaje de humedad relativa se define como % de humedad relativa = 22*H OH OPPdonde P es el H2O parcialla presin de agua en la muestra y H2O * P = 0,197 atm es la presin de vapor de equilibrio deagua a 60 C. El gas se comprime a 60 C hasta que la humedad relativa es del 100 % . Quvolumen no la mezcla ahora ocupan ?Conceptos Captulo 1/Fundamental de la Termodinmica1-5c ) Qu fraccin del agua se puede condensar si la presin total de la mezcla esisotrmicamente aumentado a 200 atm ?a)222222% en moles de N = 100 100 0,78 0,88 atm 68,6 %1 atm% en moles de O = 100 100 0,21 0,88 atm 18,5 %1 atmmoles % de Ar = 100 100 0,01 0,88 atm 0,9 %1 atm% en moles de H O = 100 100 0,12 atm1 atmNtotalOtotalArkansastotalH OtotalPPPPPPPP = = = = = = = = 12,0 %b )222 222donde las cantidades con imprimacin se refieren a 100 % de humedad relativa0,12 atm 20,0 L 12,2 L0.197 atmH OH OH O H OH OH On RTP VVP V P VP VVP=' ' ='== ='c )Si toda el agua se mantuvo en la fase de gas , la presin parcial de agua a una presin totalde 200 atm sera2 2 fraccin mol HO = 200 atm 0,12 = 24,0 atm HO P total = P Sin embargo , la presin parcial de agua no puede ser mayor que 0.197 atm , y el excesose condensar . La fraccin que se condensa est dada porfraccin condensada = 24,0 atm atm 0.197 0.99224,0 atm- =P1.7 ) Una mezcla de 2,50 10-3 g de O2 , 3,51 10-3 moles de N2 , y 4,67 1020 molculasde CO se colocan en un recipiente de volumen de 3,50 L a 5,20 C.a) Calcule la presin total en el recipiente .b ) Calcular las fracciones molares y las presiones parciales de cada gas.a)23512,50 10 10 g 7,81 molO 32,0 gmol n--- == ;20423 14,67 10 molculas de 7,75 10 molCO 6,022 10 moleculesmol n --= =2 27,81 10 5 mol 3.51 7.75 10 3mol 10 4mol 4,36 10 totales 3mol EN CO n = n + n + n = - + - + - = -3 2 1 14,36 10 8,314 moles 10 Lbarmol K 278,3 K 2,88 10 2bartotal de 3,50 LP nRTV----== = -Conceptos Captulo 1/Fundamental de la Termodinmica1-6b )2537,81 10 moles 0.0179O 4,36 10 moles x-- == ; 2333,51 10 moles 0,803N 4,36 10 moles x-- == ;437,75 10 moles 0,178CO 4,36 10 moles x-- ==2 20,0179 2,88 5,16 10 2bar 10 4bar total de OO P = P x = - = -2 20,803 2,88 2,31 10 2bar 10 2bar NN P total = x P = - = -0,177 2,88 5,10 10 2bar 10 3bar CO CO P total = x P = - = -P1.8 ) N2 lquido tiene una densidad de 875,4 kg m - 3 en su punto de ebullicin normal . Qu volumenno ocupan un globo en 18,5 C y una presin de 1,00 atm si 2,00 10-3 L de N2 lquidose inyecta en ella?( )2222 2221 3 2 1 11875,4 g L 2,00 10 L 8,2057 10 LatmK mol 273,15 + 18,5 K28,01 gmol 1 atm1,50 LN liq