Ayudantía 03
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Departamento de Ingenier´ ıa Qu´ ımica y de Bioprocesos IIQ2043 Fisicoqu´ ımica Profesora Loreto Valenzuela Primer Semestre de 2015 Ayudant´ ıa 3 Joaqu´ ın Amen´ abar [email protected] I˜ naki Abadie [email protected] Catalina Villouta [email protected] 1. a ) Calcule la diferencia de volumen molar entre agua l´ ıquida y hielo, sabiendo que la densidad del agua es ρ l = 1,00 gr/mL y la del hielo ρ s = 0,916 gr/mL. El peso molecular del H 2 O es 18,0 g/mol. b ) Usando el dato obtenido m´as arriba y, sabiendo que el punto triple del agua tiene una presi´ on P * = 612 Pa y una temperatura T * = 0,01 ◦ C, calcule las entalp´ ıas molares de los cambios de fase del agua (fusi´on, ebullici´ on y sublimaci´ on). Dato: P = 1,5 Kbar, el agua funde a T = -11 ◦ C. Identifique los datos que us´o. 2. a ) El punto normal de ebullici´on del n-butanol es de 118 ◦ C y su calor de vaporizaci´ on en este punto es de 10.610 cal/mol a 1 atm. ¿A qu´ e temperatura se evapora el n-butanol a la presi´ on de 20 mmHg ? b ) Interesa conocer por inter´ es cient´ ıfico cuanto var´ ıa la presi´on en el punto de ebullici´on del agua si la temperatura es de 120 ◦ C. En el punto de ebullici´on normal del agua se tiene que la entalp´ ıa de vaporizaci´on es de 40,7 kJ/mol. 3. La regla de Trouton indica que una amplia gama de l´ ıquidos tienen aproximadamente la misma entrop´ ıa de vaporizaci´on, ΔS va = 85 J/molK. A 25 ◦ C, la presi´ on de vapor de CCl 4 aumenta 4 % por grado. Usando la regla de Trouton, calcule Δh vap y la temperatura de ebullici´ on del CCl 4 . 4. El cambio de entalp´ ıa de una especie est´ a dado por dh = C p * dT + v * dP . La ecuaci´on de Clausius relaciona dp y dT en el equilibrio: de este modo, la ´ ultima ecuaci´ on sirve para obtener una expresi´ on del cambio de Δh a lo largo del l´ ımite de fases cuando var´ ıa la temperatura, permaneciendo las fases en equilibrio. Determinar esta expresi´ on y resolverla para Δh(T ), suponiendo que el C p de ambas fases es independiente de la temperatura. Utilizar esta dependencia de la temperatura de la entalp´ ıa de transici´ on en la ecuaci´ on de Clausius-Clapeyron para demostrar que la presi´on de vapor depende de la temperatura seg´ un la expresi´ on: P P * = T T * a , donde a = Δh(T * ) RT * + ΔC p 2R ln T T *
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Departamento de Ingeniera Qumica y de BioprocesosIIQ2043 FisicoqumicaProfesora Loreto ValenzuelaPrimer Semestre de 2015
Ayudanta 3
Joaqun Amenabar [email protected] Abadie [email protected] Villouta [email protected]
1. a) Calcule la diferencia de volumen molar entre agua lquida y hielo, sabiendo que ladensidad del agua es l = 1,00 gr/mL y la del hielo s = 0,916 gr/mL. El pesomolecular del H2O es 18,0 g/mol.
b) Usando el dato obtenido mas arriba y, sabiendo que el punto triple del agua tiene unapresion P = 612 Pa y una temperatura T = 0,01C, calcule las entalpas molares delos cambios de fase del agua (fusion, ebullicion y sublimacion). Dato: P = 1,5 Kbar,el agua funde a T = -11C. Identifique los datos que uso.
2. a) El punto normal de ebullicion del n-butanol es de 118C y su calor de vaporizacion eneste punto es de 10.610 cal/mol a 1 atm. A que temperatura se evapora el n-butanola la presion de 20 mmHg ?
b) Interesa conocer por interes cientfico cuanto vara la presion en el punto de ebulliciondel agua si la temperatura es de 120C. En el punto de ebullicion normal del agua setiene que la entalpa de vaporizacion es de 40,7 kJ/mol.
3. La regla de Trouton indica que una amplia gama de lquidos tienen aproximadamente lamisma entropa de vaporizacion, Sva= 85 J/molK. A 25
C, la presion de vapor de CCl4aumenta 4 % por grado. Usando la regla de Trouton, calcule hvap y la temperatura deebullicion del CCl4.
4. El cambio de entalpa de una especie esta dado por dh = Cp dT + v dP . La ecuacionde Clausius relaciona dp y dT en el equilibrio: de este modo, la ultima ecuacion sirvepara obtener una expresion del cambio de h a lo largo del lmite de fases cuando vara latemperatura, permaneciendo las fases en equilibrio. Determinar esta expresion y resolverlapara h(T ), suponiendo que el Cp de ambas fases es independiente de la temperatura.Utilizar esta dependencia de la temperatura de la entalpa de transicion en la ecuacion deClausius-Clapeyron para demostrar que la presion de vapor depende de la temperaturasegun la expresion:(
P
P
)=
(T
T
)a, donde a =
h(T )RT
+Cp2R
ln
(T
T
)
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5. Usando el diagrama de fases del CO2, describir los cambios de fase que sucederan si:
a) CO2 a 8 atm y -60C se calienta hasta 10 C, manteniendo la presion constante.
b) La presion de una muestra de CO2 mantenida a -20C se incrementa de 1 a 10 atm.
Diagrama para el CO2:
