Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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EQUILIBRIO QUÍMICO Y DE FASE
16-17 Una mezcla gaseosa de 30 por ciento (por fracción
molar) de metano y 70 por ciento de nitrógeno se calienta a
1.200 K manteniendo su presión a 1 atm. Determine la composición
de equilibrio (por fracción molar) de la mezcla resultante.
El logaritmo natural de la constante de equilibrio para la
reacción C 2H 2 Δ CH 4 a 1.200 K es 4.147.
Respuestas: 0.000415 (CH 4 ). 0.187 (C), 0.375 (H 2 ), 0.438 (CO 2 )
16-18 Determine la composición de los productos de la reacción
de disociación CO 2 Δ CO O cuando los productos
están a 1 atm y 2.500 K. Nota: Primero evalúe la K p de esta
reacción usando valores K P de las reacciones CO 2 Δ CO
1
2 O 2 y 0.5O 2 Δ O.
16-19 Considere la reacción de disociación CO 2 Δ CO
O a 1 atm y 2.500 K. Ahora se agregan 3 moles de nitrógeno
al mol de CO 2 . Determine la composición de equilibrio de los
productos a la misma temperatura y a la misma presión con el
nitrógeno adicional. Nota: Evalúe primero la K P de esta reacción
usando los valores de K P de las reacciones CO 2 Δ CO
1 2 O 2 y 0.5O 2 Δ O.
16-20 La reacción N 2 O 2 Δ 2NO ocurre en los motores
de combustión interna. Determine la fracción molar de equilibrio
del NO cuando la presión es de 101 kPa y la temperatura
es de 1.600 K.
16-21E Usando los datos de la función de Gibbs, determine
la constante de equilibrio K P para la reacción H 2 1 2 O 2 Δ
H 2 O a) a 537 R y b) a 4.320 R. Compare sus resultados con
los valores de K P listados en la tabla A-28.
Respuestas: a) 1.12 10 40 , b) 283
16-22 Determine la constante de equilibrio K P para el proceso
CO 1 2 O 2 CO 2 a) a 298 K y b) a 2.000 K. Compare
sus resultados con los valores de K P listados en la tabla A-28.
16-23 Estudie el efecto de variar el porcentaje de exceso
de aire durante la combustión de hidrógeno
en un proceso de flujo estacionario a una presión de 1 atm. ¿A
qué temperatura se quemará a agua el 97 por ciento del H 2 ?
Suponga que la mezcla de equilibrio consiste en H 2 O, H 2 , O 2
y N 2 .
16-24 Determine la constante de equilibrio K P para la reacción
CH 4 2O 2 Δ CO 2 2H 2 O a 25 °C.
Respuesta: 1.96 10 140
16-25 Usando los datos de la función de Gibbs, determine la
constante de equilibrio K P para el proceso de disociación CO 2
Δ CO 1 2 O 2 a) a 298 K y b) a 1 800 K. Compare sus resultados
con los valores K P listados en la tabla A-28.
16-26 Se quema monóxido de carbono con 100 por
ciento de exceso de aire durante un proceso de
flujo estacionario a una presión de 1 atm. ¿A qué temperatura
se quemará a CO 2 el 93 por ciento del CO? Suponga que la
mezcla de equilibrio consiste en CO 2 , CO, O 2 y N 2 .
Respuesta: 2 424 K
16-27 Reconsidere el problema 16-26. Usando el software
EES (u otro), estudie el efecto de variar el
porcentaje de exceso de aire durante el proceso de flujo estacionario,
de 0 a 200 por ciento, sobre la temperatura a la cual
el 93 por ciento del CO se quema a CO 2 . Grafique la temperatura
contra el porcentaje de exceso de aire, y explique los
resultados.
16-28E Repita el problema 16-26 usando los datos en unidades
inglesas.
16-29 Se quema hidrógeno con 150 por ciento de aire teórico
durante un proceso de flujo estacionario a una presión de
1 atm. ¿A qué temperatura se quemará a H 2 O el 98 por ciento
del H 2 ? Suponga que la mezcla de equilibrio consiste en H 2 O,
H 2 , O 2 y N 2 .
16-30 Se calienta a 2.000 K aire (79 por ciento de N 2 y 21
por ciento de O 2 ), a una presión constante de 2 atm. Suponiendo
que la mezcla de equilibrio consiste en N 2 , O 2 y NO,
determine la composición de equilibrio en este estado. ¿Es
realista suponer que no estará presente oxígeno monoatómico
ni nitrógeno monoatómico en la mezcla de equilibrio? ¿Cambiará
la composición de equilibrio si la presión se duplica a
temperatura constante?
16-31 Se calienta a 4.000 K hidrógeno (H 2 ) a una presión
constante de 5 atm. Determine el porcentaje de H 2 que se disociará
a H durante este proceso. Respuesta: 33.6 por ciento
16-32E Una mezcla de 2 mol de CO, 2 mol de O 2 y 6 mol
de N 2 se calienta a 4.320 R a una presión de 3 atm. Determine
la composición de equilibrio de la mezcla.
Respuestas: 1.93 de CO 2 , 0.07 de CO, 1.035 de O 2 , 6 de N 2
16-33 Una mezcla de 3 moles de N 2 , 1 mol de O 2 y 0.1 mol
de Ar se calienta a 2.400 K a una presión constante de 10 atm.
Suponiendo que la mezcla de equilibrio consiste en N 2 , O 2 , Ar
y NO, determine la composición de equilibrio.
Respuestas: 0.0823 de NO, 2.9589 de N 2 , 0.9589 de O 2 , 0.1 de Ar
16-34 Determine la fracción molar de sodio que se ioniza de
acuerdo con la reacción Na Δ Na e a 2 000 K y 1.5 atm
(K P 0.668 para esta reacción).
Respuesta: 55.5 por ciento
16-35 Un kmol de oxígeno se calienta de 1 atm y 298 K a
10 atm y 2.200 K. Calcule la cantidad total de transferencia de
calor que se necesita, en kJ/kmol, si a) se desprecia la disociación
y b) se considera la disociación.
16-36 El oxígeno del problema 16-35 se reemplaza por aire.
Compare la transferencia total de calor necesaria, en kJ/kg,
para calentar este aire de la misma manera a) despreciando la
disociación y b) incluyendo la disociación.
Respuesta: b) 1.660 kJ/kg
16-37 Entra propano líquido (C 3 H 8 ) a una cámara de combustión
a 25 °C, a razón de 1.2 kg/min. En la cámara se mezcla
y se quema con 150 por ciento de exceso de aire que entra
a la cámara de combustión a 12 °C. Si los gases de combustión
consisten en CO 2 , H 2 O, CO, O 2 y N 2 y salen a 1.200 K y
2 atm, determine a) la composición de equilibrio de los gases
productos de combustión y b) la tasa de transferencia de calor
de la cámara de combustión. ¿Es realista despreciar la presencia
del NO en los gases de combustión? Respuestas: a) 3 de
CO 2 , 7.5 de O 2 , 4 de H 2 O, 47 de N 2 , b) 5 066 kJ/min