Problemas de termodinámica química

UNI FIQT – AACB Termodinámica
Química
I. PROBLEMAS DE TERMODINÁMICA QUÍMICA
1. Indique verdadero (V) o falso (F) a las proposiciones siguientes:
a) La capacidad calorífica es una propiedad extensiva de los cuerpos.
( )
b) La termodinámica, estudia la energía y sus transformaciones. ( )
c) La entalpía de formación estándar de una sustancia sólo es negativo. ( )
d) La energía interna se puede determinar mediante la ley de Hess. ( )
e) El calor específico de los metales es mayor que del agua líquida. ( )
2. Considere la reacción:
H2 (g) + Cl2 (g) → 2 HCl (g) ∆H° = -184,6 kJ
Si 3 mol de H2 reacciona con 3 mol de Cl2 para formar HCl.
a) ¿Cuál es el trabajo realizado, contra una presión de 1 atm a
25°C, en kJ?
b) ¿Cuál es el cambio en la energía interna para esta reacción, en kJ?
3. Determine el calor liberado en la combustión completa de 1,5 L de benceno
(C6H6), dar la respuesta en kJ.
Densidad del benceno = 0,88 g/mL
4. Determine la energía liberada en la reacción de dos kilogramos de monóxido de
nitrógeno, en condiciones estándar a 25 ºC
2 NO (g) + O2 (g)  2 NO2 (g)
Sustancia NO (g) O2 (g) NO2 (g)
Ing. J. J. Flores Ramos 1

Química
∆Hºf (kJ/mol) 90,25 ------ 33,18
5. Determinar el calor producido en la formación del par iónico: NaCl (s), cuando
un mol de Na+
(g) se combina con un mol de Cl-
(g), mediante los siguientes
datos:
Na (s) + ½ Cl2 (g)  NaCl (S) ΔHº = - 98,23 kcal
Na (s)  Na (g) ΔHº = 25,98 kcal
Na (g)  Na+
(g) + e-
ΔHº = 120,00 kcal
Cl2 (g)  2Cl (g) ΔHº = 58,02 kcal
Cl-
(g)  Cl (g) + e-
ΔHº = 87,30 kcal
6. Indique el valor de verdad a las proposiciones siguientes:
a) El calor especifico, es una propiedad intensiva de los cuerpos. ( )
b) El trabajo es una función de estado porque, depende del peso del
cuerpo. ( )
c) La entalpía específica es una propiedad intensiva. ( )
d) En la fusión del hielo, el cambio de energía interna es aproximadamente
igual al cambio de entalpía. ( )
e) En un sistema cerrado, no hay intercambio de materia y energía con los
alrededores. ( )
a) El calor es una propiedad extensiva de los cuerpos. ( )

Química
b) El cambio de energía interna se determina en un calorímetro a
volumen constante. ( )
c) La entalpía de formación estándar del grafito y el diamante es cero a
25 ºC. ( )
d) La entalpía estándar especifica, es una propiedad intensiva. ( )
e) En condiciones estándar, la presión y la temperatura están bien
definidas, cuyos valores son una atmósfera y 0 °C. ( )
8. A partir de las entalpías de reacción siguientes:
NO (g) + O3 (g) → NO2 (g) + O2 (g) KJH 9,198º
−=∆
O3 (g) → 1,5 O2 (g) KJH 3,142º
−=∆
O2 (g) → 2 O (g) KJH 0,495º
+=∆
Calcular ∆ Hº para la reacción:
NO (g) + O (g) → NO2 (g)
9. Determine el cambio de entalpía estándar para la reacción: (8 puntos)
N2H4 (ℓ) + 2 H2O2 (ℓ) → N2 (g) + 4 H2O (ℓ)
A partir de los siguientes datos:
N2H4 (ℓ) + O2 (g) → N2 (g) + 2 H2O (ℓ) KJH 2,622º
−=∆
H2 (g) + 0,5 O2 (g) → H2O (ℓ) KJH 8,285º
−=∆
H2 (g) + O2 (g) → H2O2 (g) KJH 8,187º
−=∆
10. El tetracloruro de carbono es un importante disolvente comercial que se
prepara mediante la reacción entre Cl2 (g) y disulfuro de carbono. Determine el
calor involucrado en la obtención de 20 L de tetracloruro de carbono.
Densidad del tetracloruro de carbono = 1,595 g/mL

Química
CS2 (ℓ) + 3 Cl2 (g) CCl4 (ℓ) + S2Cl2 (ℓ)
Seleccione los datos adecuados de entre los que se dan a continuación a fin
de ayudarte en la resolución del problema.
CS2 (ℓ) + 3 O2 (g) CO2 (g) + 2 SO2 (g) ∆Hº = -1077 kJ
2 S (s) + Cl2 (g) S2Cl2 (ℓ) ∆Hº = -58,20 kJ
C (s) + 2 Cl2 (g) CCl4 (ℓ) ∆Hº = -135,4 kJ
S (s) + O2 (g) SO2 (g) ∆Hº = -296,8 kJ
SO2 (g) + Cl2 (g) SO2Cl2 (ℓ) ∆Hº = +97,30 kJ
C (s) + O2 (g) CO2 (g) ∆Hº = -393,50 kJ
CCl4 (ℓ) + O2 (g) COCl2 (g) + Cl2O (g) ∆Hº = -5,20 kJ
11. Un balón conteniendo 440 g de gas propano a la temperatura de 25 ºC explota
accidentalmente en el Laboratorio Nº 15 de Química. Determine la
temperatura máxima obtenida en esta explosión, (considerar la composición
del aire en volumen: 20 % de oxígeno y 80 % de nitrógeno).
Sustancia ΔHº Kcal/mol Cp = a + bT Cal/ mol.K
a bx103
N2 --------- 6.45 1.41
C02 - 94,14 6,4 10,2
H20 (g) --------- 7,2 2,4
02 --------- 6,1 3,3
C3H8 - 24,82 27,5 8,1
H2O (ℓ) - 68,3 …… ……

Química
λ vaporización del agua = 9720 Cal/mol Cp del agua = 18 cal/mol.K
12. Calcular la temperatura teórica de llama, en el proceso siguiente:
S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ∆Hº (25 ºC) = -296,83KJ
Se alimenta a un reactor 1 mol de azufre y oxígeno contenido en el aire en una
cantidad estequiómetrica a 25ºC
Composición en volumen del aire: 20 % O2 y 80 %N2
Sustancia a b x 103
SO2 39,87 0,25
O2 29,96 4,18
N2 28,58 3,77
Cp = a + bT (J/mol.K)
a) La energía interna específica es propiedad extensiva de los cuerpos.
b) El cambio de entalpía se determina en un calorímetro a presión constante.
c) Dos propiedades extensivas independientes son suficientes para
determinar el estado termodinámico de una sustancia pura.
d) En un proceso cíclico es imposible realizar un trabajo sin consumir energía
e) El calor específico del agua varía con la temperatura .
14. En una hornilla de cocina cuando se enciende el metano se
produce una reacción de combustión representado por:

Química
CH4 (g) + 2O2 (g) → CO2 (g) + 2H2O (g)
¿Cuántos gramos de metano hay que quemar para evaporar un
kilogramo de agua, cuyo calor de vaporización es 536 cal/g?
Sustancia CH4(g) CO2(g) H2O(g)
∆H° (Kcal/mol) -17,89 -94,05 -57,8
15. Calcular la temperatura teórica de llama, en ºC que se obtendría
en la combustión del azufre con oxígeno puro, en condiciones
adiabáticas, según la ecuación:
S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ∆Hº = - 70960 cal/mol
La relación estequimétrica azufre-oxígeno a 25ºC antes de la
reacción es de 1 mol de azufre por 2 mol de oxígeno.
Cp = a + bT; unidad de Cp= cal/mol.K
Sustancia a b.103
O2(g) 6,76 0,61
SO2 (g) 6,16 16,02
16. En la combustión del azufre con aire según la reacción:
S(s) + O2(g) → SO2(g)
Se obtiene a 298 K, ∆H°rxn = -296.83 KJ/mol
Es un reactor de ladrillos refractarios, se desea quemar 1 mol de
S(s) con aire, ambos inicialmente a 25 °C (composición en
volumen del aire: 21% O2 y 79% N2) pero que la temperatura de
salida de los gases producidos sea máxima 1000 K, Calcúlese la
cantidad de aire que debe ingresar, por cada mol de S, al reactor
para lograr el objetivo propuesto.
Datos Capacidad calorífica, Cp

Química
(joule/mol.K)
Sustancia
SO2
O2
N2
a b.103
39,87 0,25
29,96 4,18
28,58 3,77
17. Considerando que logramos confinar un mol de N2 a 27°C y 5 atm
de presión en un cilindro provisto de un émbolo móvil y sin peso
(térmicamente aislado), si luego permitimos que se expanda
isotérmica y reversiblemente hasta que alcance la presión
atmosférica (Cv = 5 cal/mol.K)
a) Cuál es la temperatura final del sistema?
b) Calcular ∆U, ∆H, ∆S que experimenta el sistema
c) Calcular Q, W asociados al proceso
18. Considerando un proceso adiabático, determine la temperatura de
llama en °C que resulta de la combustión del C2H5OH y aire (20%
en volumen de O2). Si los gases ingresan a 25°C y el aire se halla
en una cantidad al doble del requerido estequiométricamente;
asuma que no hay pérdida de calor por radiación.
Cp = a + bT (cal/mol.K)
Gas a b.103
AH°f kcal/mol
H2O(g)
CO2
O2
N2
7,19
6,40
6,10
6,45
2,37
10,19
3,25
1,41
C2H5OH(l) – 66,30
H2O(l) – 68,3
CO2(g) –94,14
Calor latente de vaporización del agua= 9720 cal/mol
Calor específico del agua = 18 cal/mol.K

Química
19. Calcular la temperatura de llama teórica de la reacción siguiente:
S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ∆Hº = -296,83 KJ
Se alimenta a un reactor 1 mol de azufre y oxígeno contenido en el aire en una
cantidad estequiómetrica a 25 ºC
Composición en volumen del aire: 20 % O2 y 80 %N2
Sustancia gaseosa a b . 103
SO2 39,87 0,25
O2 29,96 4,18
N2 28,58 3,77
Cp = a + bT (J/mol. K)
20. Calcular la temperatura máxima, en °C de combustión cuando
reacciona el azufre con oxígeno de acuerdo a la reacción química.
S(s) + O2(g) → SO2(g) ∆H°rxn = -70960 cal/mol
Si sucede que la combustión azufre-oxígeno es estequiométrica
(el oxígeno, O2 proviene del aire) y el azufre como el aire se halla
inicialmente a 298K. La composición en volumen del aire es: 80 %
N2 y 20 % O2.
Datos de Cp = a + bT Unidades de Cp: cal/mol. K
Sustancia a b.103
O2
N2
SO2
6,76
6,76
6,76
0,61
0,61
16,02

Química
21. En la combustión del gas propano, C3H8 con oxígeno según la
reacción:
C3H8(g) + 5O2(g) → 3CO2(g) + 4H2O(g)
En un reactor adiabático, ingresan los gases propano y oxígeno a
87 °C en cantidad estequiométrica. ¿Cuál es la temperatura de
llama?
Sustancia ∆Hf 





mol
Kcal Cp = a + bT (cal/mol.K)
a b.103
CO2(g)
H2O(g)
O2(g)
C3H8(g)
-94,14
-24,82
6,4
7,2
6,1
27,5
10,2
2,4
3,3
8.1
Para el H2O(g)
∆H = 68,3 kcal/mol
∆Hvap = 9720 cal/mol
Cp = 18 cal/mol. K
22. Se le encarga a un joven estudiante de Química II, determinar la temperatura
teórica de llama o flama para elegir el material apropiado para construir una
bomba calorimétrica. El alumno cuenta con la siguiente información:
a. Se dispone de un tanque A de 122,18 L de capacidad, el cuál contiene gas
propano a 25 ºC y 10 atm. En otro tanque B de mayor volumen se tiene una
mezcla de gaseosa constituida por oxígeno y nitrógeno, (composición en
volumen 20 % de O2 y 80 % de N2) a 25 ºC y 10 atm.
b. Se hace ingresar todo el gas propano a la bomba calorimétrica y además la
mezcla del tanque B en 20 % en exceso al requerido por la estequiometría.
c. Considere que a las condiciones indicadas no reacciona el nitrógeno.
d. Considere sólo los datos necesarios, según su criterio.

Química
Si usted es el alumno, ¿cuál es la temperatura teórica de flama?
Cp = a + bT ( cal/mol.K)
Sustancia, gaseosa a b.103
N2 6,45 1,41
CO2 6,40 10,20
H2O 7,20 2,40
O2 6,10 3,30
C3H8 7,5 8,1
Sustancia CO2 (g) H2O (ℓ) C3H8 (g)
∆Hºf (kcal/mol)
A 25 ºC
-94,14 -68,3 -24,82
∆H vaporización del agua = 9720 cal/mol
Cp del agua líquida = 18 cal/mol.K
23. Se tiene 220 g de gas propano a la temperatura de 37 ºC, el cual se quema
por completo en aire de composición volumétrica 20 % de oxígeno y 80 % de
nitrógeno. Determinar la temperatura teórica de flama, en ºC.
Considere que el aire interviene en una cantidad al doble del requerido por la
estequiometria a 37 ºC.
Sustancia ΔHº (kcal/mol) Cp = a + bT (cal/ mol.K)
a b
N2 (g) --------- 6,45 1,41
C02 (g) - 94,14 6,4 10,2

Química
H20 (g) --------- 7,2 2,4
02 (g) --------- 6,1 3,3
C3H8 (g) - 24,82 27,5 8,1
H2O (ℓ) - 68,3 …… ……
∆H (vaporización del agua) = 9720 cal/mol.
Cp del agua = 18 cal/mol.K
a) En un proceso isotérmico la entalpía no cambia. ( )
b) En un proceso adiabático de un gas ideal diatómico, el trabajo de
expansión es -nR∆T/0,4 ( )
c) El calor liberado en la combustión completa de un mol de metano es igual
que en la combustión de un mol de etino. ( )
d) En el siguiente proceso, se puede afirmar con seguridad que el cambio de
entalpía es negativo. ( )
4 A (s) + 3 B2 (g) → 2 E (s)
25. Calcule el cambio de entropía total, AS cuando 2 mol de argón
que ocupan 20 L, se calienta de 100 K a 200 K a volumen
constante, a continuación se comprime a 2 L a temperatura
constante.
26. Empleando la siguiente ecuación química, determine la variación en la energía
interna en kilojoule. Considere que se hace reaccionar en cantidades
estequiométricas el monóxido de nitrógeno y el oxígeno formándose 5 mol de
dióxido de nitrógeno a 25 ºC y 1 atmosfera de presión externa. (7 Puntos)

Química
2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
Sustancia NO(g) NO2 (g)
∆Hºf (kJ.mol-1
) 90,25 33,18
27. ¿Cuál es el valor del cambio de energía interna para las
reacciones siguientes a 25 °C?
a. C3H8 (g) + 5O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4H2O (l) ∆H° = -22,20 kJ
b. 2 KClO3 (s) → 2KCl(s) + 3 O2 (g) ∆H° = -89,4 kJ
28. Tres moles de gas ideal a 27°C se expande isotérmica y
reversible desde 20 L hasta 60 L ¿Calcular el trabajo, en kJ?
29. Cinco moles de nitrógeno a la temperatura de 27 ° C se expande a
temperatura constante y reversiblemente desde una presión de 4,1
atm hasta 1 atm. Calcule en joule:
a) El Trabajo efectuado.
b) El cambio en la energía interna del gas.
30. Si 10 g de N2 a 17°C se comprime adiabática y reversiblemente
desde 8 L a 5 L. Calcular:
a) Temperatura final en °C. b) W c) ∆U d) ∆H
31. Se observa que 24 g de gas helio se expande desde 5 ºC y 25 atm hasta una
presión final de 3 atm, siguiendo un proceso adiabático reversible. Suponiendo

Química
que el helio se comporta bajo estas condiciones como un gas ideal, calcular
ΔE, ΔH, W , V1 y V2
32. Cuatro moles de un gas ideal monoatómico a 25 ºC y 10 atm, son expandidos
hasta una presión final de 1 atm. Calcular:
a) El trabajo, calor, ∆E y ∆H. Si el proceso ocurre en forma reversible y
adiabática.
b) Demostrar, además, que el cambio en la energía interna y entalpía para el
proceso es independiente del camino tomado entre el estado inicial y el final
en los siguientes procesos:
b.1 Proceso isobárico seguido de un proceso isocórico.
b.2 Proceso isotérmico seguido de un proceso isobárico.
c) Esquematice ambos procesos en un diagrama P v/s V
33. Dos mol de gas a 27 ºC y 10 atmósfera se expande adiabaticamente hasta
una presión de 1atm.
Cv = 7,5 + 3,2.10-3
T (cal/mol.K)
Determine:
a) La temperatura final en ºC.
b) El trabajo de expansión en calorías.
c) El cambio de entalpía en el proceso, en calorías
d) El cambio de energía interna en el proceso, en calorías.
34. A partir de que temperatura en Kelvin la siguiente reacción
química será espontánea.

Química
SiO2(g) + 2C(gráfito) + 2Cl2(f) → SiCl4(g) + 2CO(g)
Utilice datos de ∆H° y ∆S° de tablas a 25°C.
35. Un mol de un gas ideal monoatómico a 25 ºC y 10 atm, son expandidos hasta
una presión final de 1 atm. Calcular:
a) El trabajo, calor, ∆E y ∆H , si el proceso ocurre en forma reversible y
adiabática.
b) Demostrar, además, que el cambio en la energía interna y entalpía para
el proceso es independiente del camino tomado entre el estado inicial y el
final en los siguientes procesos:
b.1 Proceso isobárico seguido de un proceso isocórico.
b.2 Proceso isotérmico seguido de un proceso isobárico.
c. Esquematice ambos procesos en un diagrama P v/s V
36. Calcule ∆G para la expansión isotérmica de un mol de gas ideal
desde 0,01 m3
hasta 0,1 m3
a 25°C.
a) En un proceso reversible, el cambio de entropía del sistema es cero. ( )
b) El proceso reversible es un proceso cuasi estático, infinitamente lento y
pasa por sucesivos estados de equilibrio. ( )
c) En un proceso isocórico, el cambio de energía interna es igual al trabajo.
d) El proceso isotérmico, es un proceso reversible. ( )
e) Para un mol de gas de moléculas diatómicas y en un proceso adiabático,
el trabajo se puede calcular conociendo el cambio de temperatura. ( )

Química
38. Para el siguiente proceso indique el valor de verdad a las siguientes
proposiciones:
2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O(l)
Sustancia C2H2 (g) CO2 (g) H2O(l)
∆Gºf (kJ/mol) 209,2 -394,4 -237,2
I. La reacción es espontanea a 25 ºC (
)
II. La reacción es espontánea a cualquier temperatura. ( )
III. El cambio de entropía es negativo a 25 ºC (
)
IV. El proceso es espontáneo a elevada temperatura. ( )
V. El proceso es espontáneo a baja temperatura. ( )
a) Los procesos no espontáneos son posibles de efectuar. ( )
b) En un proceso adiabático de un gas ideal, el cambio de entalpia es
cero. ( )
c) En la expansión isotérmica de un gas ideal, la entropía aumenta. ( )
d) En el siguiente proceso, el cambio de entropía es positivo. ( )
A (s) + 3 B2 (g) → 2 E (s)
e) La neutralización ácido y base es un proceso espontáneo. ( )
f) En un proceso isotérmico de un gas ideal, el cambio de entalpía es igual al
trabajo involucrado en modulo. ( )
g) Si para un proceso ∆H< 0 y ∆S < 0, será espontaneo a baja
temperatura.
h) El proceso isotérmico de un gas ideal es un proceso reversible. ( )

Química
a) El calor específico es una propiedad extensiva de los cuerpos.
b) El cambio de entalpía se determina en un calorímetro a presión
constante
c) La entalpía de formación estándar del fósforo blanco es cero a 25 ºC
d) En un proceso en donde intervienen sólidos y líquidos únicamente, el
cambio de entalpía es similar al cambio de energía interna.
e) El cambio de entalpía a 25ºC es igual al cambio de entalpía a 90ºC, para un
proceso determinado.
41. Empleando la siguiente ecuación química, determine la energía involucrada
(en kJ) en la reacción de 12 kg de monóxido de nitrógeno, en condiciones
estándar a 25 ºC.
2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g)
b) En un proceso isotérmico la entalpía no cambia.
c) En un proceso adiabático de un gas ideal diatómico, el trabajo de
expansión es -nR∆T/0,4
d) El calor liberado en la combustión completa de un mol de metano es
igual que en la combustión de un mol de etino.
e) El siguiente proceso es espontáneos a baja temperatura.
4 A (s) + 3 B2 (g) → 2 E (s) + 237,1 kJ
f) En un proceso isotérmico, el calor involucrado es igual al trabajo en
modulo.
43. Calcular la temperatura de llama teórica de la reacción siguiente:
C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ΔHº (a 25º C) = -94,05 kcal

Química
Se alimenta a un reactor 36 kg de carbono y oxígeno en una cantidad
estequiómetrica a 25 ºC
Sustancia gaseosa a b . 103
CO2 6,4 10,2
Cp = a + bT (cal/mol. K)
44. Determine si el siguiente proceso es espontáneo a 25 ºC en caso contrario a
partir de que temperatura se vuelve espontánea.
C2H2 (g) + 2,5 O2 (g) → 2 CO2 (g) + H2O (ℓ)
45. Para el siguiente proceso indique el valor de verdad a las siguientes
proposiciones:
2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O (ℓ)
Sustancia C2H2 (g) CO2 (g) O2 (g) H2O(ℓ)
∆Gºf (kJ/mol) 209,2 -394,4 ---- -237,2
∆Hºf (kJ/mol) 226,7 -393,5 ------ -285,8
Sº (J/molxK) 200,9 213,7 205,1 69,91
I. La reacción es espontanea a 25 ºC ( )
II. El ∆Gº de la reacción química a 50 ºC es -645x102
kJ (
)
III. El cambio de entropía es negativo a 25 ºC (
)
46. 90 g de neón (masa atómica = 20 u) se calienta a volumen constante desde

Química
20 K a 120 K, a continuación se deja expandir reversiblemente de 10 L a 100 L
a 120 K. considerando un comportamiento ideal del gas, calcular:
a) El trabajo total en kilojoules.
b) El calor total en calorías.
c) El cambio de entalpía en calorías.
d) Representar en una grafica presión vs. el volumen el proceso.
a) En un proceso adiabático de un gas ideal, el cambio de entalpia es
cero. ( )
b) En la expansión isotérmica de un gas ideal, la entropía aumenta. ( )
c) En el siguiente proceso, el cambio de entropía es negativo. ( )
A (s) + 3 B2 (g) → 2 E (s)
d) La neutralización ácido y base es un proceso espontáneo. ( )
e) En un proceso isotérmico de un gas ideal, el cambio de entalpía es igual al
trabajo involucrado en modulo. ( )
f) Si para un proceso ∆H> 0 y ∆S < 0, será espontaneo a baja
temperatura.
( )
g) El proceso isotérmico de un gas ideal es un proceso reversible. ( )
h) En el proceso de condensación el cambio de entropía es negativo. (
)
En un proceso isocorico de un gas ideal con desprendimiento de calor, se
produce una disminución de la energía interna. ( )
48. Dos moles de gas ideal diatómico recorren el ciclo reversible indicado en la
figura siguiente:

P (atm)
2,0
0,3
20 50 V (L)
Química
49. Se observa que 32 g de gas helio se expande desde 5 ºC y 25 atm hasta una
presión final de 3 atm, siguiendo un proceso adiabático reversible. Suponiendo
que el helio se comporta bajo estas condiciones como un gas ideal, calcular
ΔU, ΔH, W, V1 y V2. Masa molar del He = 4 g/mol
1
2
Calcular el calor en joules,
para las etapas:
1-2, 2-3 y 3-1
3

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