Gas Ideal TERMODINÁMICA Felipe López Garduza

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Leyes Generales de los Gases: Estados Inicial y Final

1. Un gas ideal ocupa un volumen de 4.00 m3 a 200 kPa de presión absoluta. ¿Cuál será la nueva

presión si el gas se comprime lentamente a 2.00 m3 de manera isotérmica (temperatura

constante)?

2. La presión absoluta de una muestra de un gas ideal es 300 kPa con un volumen de 2.6 m3. Si la

presión disminuye a 101 kPa a temperatura constante, ¿cuál es el nuevo volumen?

3. Doscientos centímetros cúbicos de un gas ideal a 20°C se expanden a un volumen de 212 cm3

a presión constante. ¿Cuál es la temperatura final?

4. La temperatura de una muestra de gas disminuye de 55°C a 25°C a presión constante. Si el

volumen inicial fue 400 mL, ¿cuál es el volumen final?

5. Un cilindro de acero contiene un gas ideal a 27°C. La presión manométrica es 140 kPa. Si la

temperatura de un contenedor aumenta a 79°C, ¿cuál es la nueva presión manométrica?

6. La presión absoluta de una muestra de gas inicialmente a 300 K se duplica mientras el

volumen se mantiene constante. ¿Cuál es la nueva temperatura?

7. Un cilindro de acero contiene 2.00 kg de un gas ideal. Durante la noche la temperatura y el

volumen se mantienen constantes, pero la presión absoluta disminuye de 500 kPa a 450 kPa.

¿Cuántos gramos de gas se escaparon durante la noche?

8. Cinco litro de un gas a 25°C tiene una presión absoluta de 200 kPa. Si la presión absoluta

disminuye a 120 kPa y la temperatura aumenta a 60°C, ¿cuál es el volumen final?

9. Un compresor de aire toma 2 m3 de aire a 20°C y a una atmósfera (101.3 kPa) de presión. Si

el compresor descarga dentro de un tanque de 0.3 m3 a una presión absoluta de 1500 kPa,

¿cuál es la temperatura del aire descargado?

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10. Un tanque de 6 L mantiene una muestra de gas por debajo de una presión absoluta de 600

kPa y una temperatura de 57°C. ¿Cuál será la nueva presión si la misma muestra de gas se

coloca dentro de un contenedor de 3 L a 7°C.

11. Si 0.8 L de un gas a 10°C se calienta a 90°C a presión constante. ¿Cuál es el nuevo

volumen?

12. El interior de una llanta de automóvil está a una presión manométrica de 30 lb/in2 a 4°C.

Después de varias horas, la temperatura interior del aire aumenta a 50°C. Asumiendo volumen

constante, ¿cuál es la nueva presión manométrica?

13. Una muestra de gas de 2 L tiene una presión absoluta de 300 kPa a 300 K. Si la presión y el

volumen experimentan un aumento hasta el doble de sus valores iniciales, ¿cuál es la

temperatura final?

Masa Molecular y el Mol

14. ¿Cuántos moles están contenidos en 600 g de aire (M = 29 g/mol)?

15. ¿Cuántos moles de gas hay en 400 g de nitrógeno gaseoso (M = 28 g/mol)? ¿Cuántas

moléculas hay en esta muestra?

16. ¿Cuál es la masa de una muestra de 4 moles de aire (M = 29 g/mol)?

17. ¿Cuántos gramos de gas hidrógeno (M = 2 g/mol) hay en 3.0 moles de hidrógeno? ¿Cuántos

gramos de aire (M = 29 g/mol) hay en 3.0 moles de aire?

*18. ¿Cuántas moléculas de gas hidrógeno (M = 2 g/mol) se necesitan para tener la misma masa

que 4 g de oxígeno (M = 32 g/mol)? ¿Cuántos moles hay en cada muestra?

*19. ¿Cuál es la masa de una molécula de oxígeno (M = 32 g/mol)?

*20. La masa molecular del CO2 es 44 g/mol. ¿Cuál es la masa de una molécula de CO2?

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Ecuación de Estado del Gas Ideal

21. Tres moles de un gas ideal tienen un volumen de 0.026 m3 y una presión de 300 kPa. ¿Cuál

es la temperatura del gas en grados Celsius?

22. Un tanque de 16 L contiene 200 g de aire (M = 29 g/mol) a 27°C. ¿Cuál es la presión

absoluta de esta muestra?

23. ¿Cuántos kilogramos de gas nitrógeno (M = 28 g/mol) ocuparán un volumen de 2000 L a una

presión absoluta de 202 kPa y una temperatura de 80°C? [ T = (80 + 273) = 353 K ]

24. ¿Qué volumen es ocupado por 8 g de gas nitrógeno (M = 28 g/mol) a presión y temperatura

estándar?

25. Un frasco de 2 L contiene 2 × 1023 moléculas de aire (M = 29 g/mol) a 300 K. ¿Cuál es la

presión absoluta del gas?

26. Un tanque de 2 m3 contiene gas nitrógeno (M = 28 g/mole) a una presión manométrica de

500 kPa. Si la temperatura es 27°C, ¿Cuál es la masa del gas en el tanque?

27. ¿Cuántos moles de gas están contenidos en un volumen de 2000 cm3 en condiciones estándar

de presión y temperatura?

28. Un cilindro de 0.30 cm3 contiene 0.27 g de vapor de agua (M = 18 g/mol) a 340°C. ¿Cuál es

su presión absoluta asumiendo que el vapor de agua es un gas ideal?

Problemas de Repaso

29. Una muestra de gas ocupa 12 L a 7°C y a una presión absoluta de 102 kPa. Calcula su

temperatura cuando el volumen se reduce a 10 L y la presión aumenta a 230 kPa.

30. Un globo contiene 2.8 ft3 de aire a una presión manométrica de 70 lb/in2. ¿Qué volumen de

aire, a una atmósfera de presión, se requiere para llenar esta llanta si no hay cambio de

temperatura?

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31. Un contenedor de 3 L se llena con 0.230 moles de un gas ideal a 300 K. ¿Cuál es la presión

del gas? ¿Cuántas moléculas hay en esta muestra de gas?

32. ¿Cuántos moles de gas helio (M = 4 g/mol) hay en un tanque de 6 L cuando la presión es

2×105 Pa y la temperatura es 27°C? ¿Cuál es la masa del helio?

33. ¿Cuántos gramos de aire (M = 29 g/mol) se deben bombear dentro de una llanta de automóvil

si debe tener una presión manométrica de 31 lb/in2? Asume que el volumen de la llanta es

5000 cm3 y su temperatura es 27°C

34. ¿Cuál es la densidad del oxígeno gaseoso (M = 32 g/mol) a una temperatura de 23°C a

presión atmosférica?

*35. Un tanque de 5000 cm3 está lleno con dióxido de carbono (M = 44 g/mol) a 300 K y a 1 atm

de presión. ¿Cuántos gramos de CO2 se pueden añadir al tanque si la presión absoluta máxima

es 60 atm y no hay cambio de temperatura?

*36. La densidad de un gas desconocido a condiciones estándar de presión y temperatura es 1.25

kg/m3. ¿Cuál es la densidad de este gas a 18 atm y 60°C?

Preguntas de Pensamiento Crítico

*37. Un tanque con una capacidad de 14 L contiene helio a 24°C a una presión manométrica de

2700 kPa. (a) ¿Cuál será el volumen de un globo llenado con este gas si el helio se expande a

una presión interna absoluta de 1 atm y la temperatura cae a −35°C (Extra: Explicar porqué

disminuye la temperatura del gas al llenar el globo)? (b) Ahora suponga que el sistema regresa

a su temperatura original (24°C). ¿Cuál es el volumen final del globo?

*38. Un tanque está lleno con oxígeno. Una noche cuando la temperatura es 27°C, el manómetro

en el tanque indica una presión de 400 kPa. Durante la noche se desarrolla una fuga en el

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tanque. La siguiente mañana se nota que la presión en el manómetro es sólo de 300 kPa y que

la temperatura es 15°C. ¿Qué porcentaje del gas original permanece en el tanque?

*39. Un frasco de 2 L está lleno de nitrógeno (M = 28 g/mol) a 27°C y a 1 atm de presión

absoluta. Se abre una llave de paso en la parte superior del frasco y el sistema se calienta a

una temperatura 127°C. Se cierra la llave de paso y se permite que el sistema regrese a 27°C.

¿Qué masa de nitrógeno está en el frasco? ¿Cuál es la presión final?

*40. ¿Cuál es el volumen de 8 g de dióxido de azufre (M = 64 g/mol) si tiene una presión

absoluta de 10 atm y una temperatura de 300 K? Si se fugan 1020 moléculas de este volumen

cada segundo, ¿cuánto tiempo llevará reducir la presión a la mitad?

*41. Un frasco contiene 2 g de helio (M = 4 g/mol) a 57°C y 12 atm de presión absoluta.

Entonces, la temperatura disminuye a 17°C y la presión cae a 7 atm. ¿Cuántos gramos de

helio se escaparon del contenedor?

*42. ¿Cuál debe ser la temperatura del aire en un globo aerostático para que la masa del aire sea

0.97 veces la de un volumen igual de aire a una temperatura de 27°C?