FQ-Engel

12 CAPÍTULO 1 Conceptos fundamentales de Termodinámica
0.120 atm. Suponga que el aire seco tiene una composición de
78.0% molar de N 2
, 21.0% molar de O 2
y un 1.00% molar
de Ar.
a. ¿Cuáles son los porcentajes molares de cada uno de los
gases presentes en la muestra?
b. El porcentaje de humedad relativa se define como %RH =
P P*
HO donde P
2 HO 2
HO 2
es la presión parcial del agua en la
muestra y P∗
HO 2
= 0.197 atm es la presión del vapor del
agua en equilibrio a 60°C. El gas se comprime a 60°C
hasta que la humedad relativa es del 100%. ¿Qué volumen
contiene ahora la mezcla?
c. ¿Qué fracción del agua se condensará, si la presión total de
la mezcla aumenta isotérmicamente hasta 200 atm?
P1.7 Una mezcla de 2.50 × 10 −3 g de O 2
, 3.51 × 10 −3 moles
de N 2
y 4.67 × 10 20 moléculas de CO se ponen en un
recipiente de 3.50 L a 5.20°C.
a. Calcule la presión total del recipiente.
b. Calcule las fracciones molares y las presiones parciales de
cada gas.
P1.8 El N 2
líquido tiene una densidad de 875.4 kg m −3 en su
punto de ebullición normal. ¿Qué volumen tendrá un globo a
18.5°C y a una presión de 1.00 atm si se inyectan 2.00 × 10 −3
L de N 2
líquido?
P1.9 Un recipiente rígido de volumen 0.500 m 3 conteniendo
H 2
a 20.5°C y a una presión de 611 × 10 3 Pa se conecta a un
segundo recipiente rígido de volumen 0.750 m 3 conteniendo
Ar a 31.2°C a una presión de 433 × 10 3 Pa. Se abre una
válvula que los separa y ambos se enfrían a una temperatura
de 14.5°C. ¿Cuál es la presión final en los recipientes?
P1.10 Se sitúa una muestra de propano (C 3
H 8
) en un
recipiente cerrado con una cantidad de O 2
que es 3.00 veces
la cantidad precisa para oxidar totalmente el propano a CO 2
y H 2
O a temperatura constante. Calcule la fracción molar
de cada componente en la mezcla resultante, después de la
oxidación, suponiendo que el H 2
O está presente como gas.
P1.11 Una bombilla de vidrio de volumen 0.136 L contiene
0.7031 g de gas a 759.0 Torr y 99.5°C. ¿Cuál es la masa
molar del gas?
P1.12 La presión total de una mezcla de oxígeno e
hidrógeno es 1.00 atm. La mezcla se inflama y se elimina el
agua. El gas remanente es hidrógeno puro y ejerce una
presión de 0.400 atm cuando se mide a los mismos valores de
T y V que la mezcla original. ¿Cuál era la composición de la
mezcla original en porcentaje molar?
P1.13 Se sabe que una muestra de gas es una mezcla
de etano y butano. Una bombilla que tiene 200.0 cm 3 de
capacidad se llena con gas a una presión de 100.0 × 10 3 Pa
a 20.0°C. Si el peso del gas en la bombilla es de 0.3846 g,
¿cuál es el porcentaje molar del butano en la mezcla?
P1.14 Cuando Julio César expiró, su última exhalación
tuvo un volumen de 500 cm 3 y contenía un 1.00% molar de
argón. Suponga que T = 300 K y P = 1.00 atm en el lugar de
su fallecimiento. Suponga, además, que T y P usualmente
tienen los mismos valores en cualquier punto de la
atmósfera. Si todas las moléculas de CO 2
exhaladas se
distribuyen uniformemente en la atmósfera (que para
nuestros cálculos tomamos un espesor de 1.00 km), ¿cuántas
inhalaciones de 500 cm 3 debemos hacer para inhalar una
molécula de Ar exhalada en la última expiración de César?
Suponga que el radio de la Tierra es 6.37 × 10 6 m.
[Sugerencia: calcule el número de átomos de Ar en la
atmósfera para la geometría simplificada de un plano de área
igual a la de la superficie de la Tierra y altura igual al espesor
de la atmósfera. Véase el Problema 1.15 para la dependencia
de la presión barométrica con la altura por encima de la
superficie de la Tierra.]
P1.15 La presión barométrica en la atmósfera de la Tierra
disminuye con la altura por encima del nivel del mar en la
Mgz RT
forma Pi
= P0
−
e i
i donde P i
es la presión parcial a la
altura z, P0
i es la presión parcial del componente i a nivel del
mar, g es la aceleración de la gravedad, R es la constante
de los gases y T es la temperatura absoluta. Considere una
atmósfera que tiene la composición x N
= 0. 600 y x CO2
= 0.
400
2
y que T = 300 K. cerca del nivel del mar, la presión total es
1.00 bar. Calcule las fracciones molares de los dos
componentes a la altura de 50.0 km. ¿Por qué es diferente la
composición de su valor a nivel del mar?
P1.16 Suponga que el aire tiene una masa molar media
de 28.9 g mol −1 y que la atmósfera tiene una temperatura de
25.0°C. Calcule la presión barométrica en Denver, donde
z = 1,600 m. Use la información del Problema P1.15.
P1.17 Calcule la presión ejercida por Ar para un volumen
molar de 1.42 L a 300 K usando la ecuación de estado de van
der Waals. Los parámetros de van der Waals a y b, para el Ar
son 1.355 bar dm 6 mol −2 y 0.0320 dm 3 mol –1 , respectivamente.
En esas condiciones ¿es dominante la porción del potencial
atractiva o la repulsiva?
P1.18 Calcule la presión ejercida por el benceno para un
volumen molar de 1.42 L a 790 K usando la ecuación de
estado de Redlich-Kwong:
RT a
nRT n a
P =
V − b
− 1 = −
2 1
T V ( V + b) V − nb T VV ( + nb)
m m m
Los parámetros Redlich-Kwong a y b para el benceno son
452.0 bar dm 6 mol −2 K 1/2 y 0.08271 dm 3 mol −1 , respectivamente.
En esas condiciones ¿es dominante la porción del potencial
atractiva o la repulsiva?
P1.19 Idee una escala de temperatura, abreviadamente G,
para la que la constante del gas ideal sea 1.00 J G −1 mol −1 .
P1.20 Una mezcla de oxígeno e hidrógeno se analiza
pasándola sobre óxido de cobre caliente y a través de un tubo
de secado. El hidrógeno reduce el CuO, de acuerdo con la
reacción CuO + H 2
→ Cu + H 2
O, y el oxígeno vuelve a oxidar
al cobre formado de acuerdo con Cu + 1/2 O 2
→ CuO. A 25°C
y 750 Torr, 100.0 cm 3 de la mezcla rinden 84.5 cm 3 de
oxígeno seco, medido a 25°C y 750 Torr después de pasar
sobre CuO y el desecador. ¿Cuál es la composición original
de la mezcla?