Problemas de qumica termodinamica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO ING: MIGUEL, MONTREUIL FRIAS

PROBLEMAS DE QUMICA TERMODINAMICA

1. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 100 g de cobre
desde 10 ºC a 100 ºC.

Solución

2. suponiendo que a 100 g de aluminio a 10 ºC se le suministre la cantidad de calor
necesario del ejercicio anterior deducir que cuerpo, cobre o aluminio, estará más
caliente. .

Solución

3. Un trozo de 6,22 Kg de cobre metálico se calienta dese 20,5 °C hasta 324,3 °C.
calcule el calor absorbido (en KJ) por el metal.

Solución:

CAMPOS VASQUEZ, HENRY QUIMICA INDUSTRIAL


4. Hallar la temperatura resultante de la mezcla de 150 g de hielo a 0ºC y 300 g de
agua a50ºC.
Solución

5. Hallar el calor que se debe extraer de 20 g de vapor de agua a 100 ºC para
condensarlo y enfriarlo hasta 20 ºC calor de vaporización 540 cal/g

Solución

6. Un calorímetro de 55 g de cobre contiene 250 g de agua a 18 ºC. Se introduce en él
75 g de una aleación a una temperatura de 100 ºC, y la temperatura resultante es de
20,4 ºC. Hallar el calor específico de la aleación.

Solución



7. hallar la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 300 g de cobre
desde 40 ºC a 100 ºC.

Solución

8. La combustión de 5 g de coque eleva la temperatura de 1 l de agua desde 10 ºC hasta
47 ºC. Hallar el poder calorífico del coque.

Solución


9. El agua en la parte superior de las cataratas del Niágara tiene una temperatura de 10
ºC. Si ésta cae una distancia total de 50 m y toda su energía potencial se emplea para
calentar el agua, calcule la temperatura del agua en el fondo de la catarata

Solución

Si tomamos como masa del agua a

Además si

10. ¿Cuánto calor debe agregarse a 20 g de aluminio a 20 ºC para fundirlo

completamente? Calor de fusión del aluminio ; Calor específico

del aluminio 0,215 cal/g ºC; Punto de fusión del aluminio: 660 ºC

Solución

Además calor necesario para que cambie de estado es



11. Una bala de plomo de 3 g se desplaza a 240 m/s cuando se incrusta en un bloque de
hielo a 0 ºC. Si todo el calor generado funde el hielo, ¿qué cantidad de hielo se
derrite? (el calor latente de fusión para el hielo es de 80 kcal/kg y el calor específico
del plomo es de 0,030 kcal/kg. ºC.

Solución

12. ¿Qué energía desprenden al aire 80 g devapor de agua que se condensan en una
ventana? En calorías
Datos: Vapor Le= 2257 J/g

Solución:



13. Una herradura de hierro de 1,5 Kg inicialmente a 600 ºC se sumerge en una cubeta
que contiene 20 Kg de agua a 25 ºC. ¿Cuál es la temperatura final?

Solución

14. A una sarténde acero de 300 g de masa sele aumenta la energía interna en200 J:
a) ¿Qué aumento de temperatura se produce?
b) Si su temperatura inicial es de 25 ºC, ¿Cuál será la temperatura final? Dato: Calor
específico del acero 450 J/kg·K.

Solución
a)

b)


15. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 500 g de agua si se aumenta su temperatura
de 50 ºC a 60 ºC?suponga volumen constante

Solución

16. Un cubito de hielo de 30 g de masa seencuentra a –5 ºC. Calcula la energía que
hay que comunicar para que se pase al estado líquido.
Datos: Hielo Lf= 334,4 J/g. ce= 2,13 J/g·K

Solución

Energía necesaria = energía para cambio de fase + energía para la variación de
temperatura

-) Energía de variación de temperatura

-) Energía de cambio de fase

17. Se pone en contacto 500 g de agua a 10 ºC con 500 g de hierro a 90º C. Calcula la
temperatura a la que se produce el equilibrio térmico.
Datos: Hierro ce= 0.489 J/g·K.

Solución



18. Se quiere fundir 1 kg de hielo a 0 ºC echando agua a 60 ºC. ¿Qué cantidad de agua
se necesita?
Datos: Hielo Lf= 334,4 J/g.

Solución

19. En un experimento se suministran 40000 J de energía en formade calor y esto eleva
la temperatura de un bloque de aluminio 80 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es
de 300 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

20. ¿Qué energía desprenden al aire 10 g devapor de agua que se condensan en una
ventana?
Datos: Vapor Le= 2257 J/g


Solución

21. ¿Cuánto calor hay que transferir para fundir una barra de hierro de masa 10 kg que
se encuentra a 0 ºC?
Datos: Temperatura de fusión del hierro 1535 ºC, Lf= 25,080 J/g, ce= 0,489 J/g·K.

Solución

22. ¿Cuánto aumenta la energía interna de 400 g de agua si se aumenta su temperatura
de 30 ºC a 80 ºC? si el sistema realiza un trabajo de 400J.

Solución

23. Una hoja de oro que pesa 15g y se encuentra a una temperatura de 20°C se coloca
sobre una hoja de hierro que pesa 30g y que esta una temperatura de 60°C ¿Cuál es
la temperatura final de la combinación de los dos metales? Suponga que no perdida
de calor al alrededor. ;



Solución

24. En un experimento se suministran 5820 J de energía en formade calor y esto eleva la
temperatura de un bloque de aluminio 30 ºC. Si la masa del bloque de aluminio es
de 200 g, ¿cuál es el valor del calor específico del aluminio?

Solución

25. En un reactor libera de energía en formade calor y esto eleva la
temperatura de su revestimiento 0,1 ºC. Si la masa del revestimiento es de 2Tn
¿cuál es el valor del calor específico del revestimiento?

Solución



26. Un jugador eleva un metal de 10 kg desde el suelo hasta una altura de 6 m y luego la
deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la bola?

Solución
Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

27. Cierto gas se expande de un volumen de 2.5 L a 5 L a temperatura constante calcule
el trabajo realizado por el gas si la expansión ocurre:
a) Contra el vacío.
b) Contra de una presión constante de 1.5 atm

Solución
Si
a.

b. L.1,5atm
Además
Como es expansión (-)

28. Un gas se expande de 200 ml a 500ml a temperatura constante. Calcule el trabajo
realizado por el gas (J) si se expande contra una presión constante de 5 atm.



Solución

29. Una muestra de nitrógeno gaseoso expande su volumen de 3L a 8 L a temperatura
constante calcula el trabajo realizado en J si el gas se expande contra una presión
constante de 0.80 atm , y contra una presión de 3,7 atm

Solución
Nos dice a presión constante si
Además en ambos es expansión
Cuando la presión es 0,80atm.

Cuando es a 3,7 atm.

30. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 74 J, como resultado liberan 26 J
de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución



31. calcule el cambio de energía interna cuando 2 moles de metano se queman y forman
dióxido de carbono y agua a 3 atm y 300K. en la siguiente ecuación,

Solución

32. calcule el trabajo realizado en joule cuando se evapora 3 moles de agua a 2.5 atm y
100°C. suponga que el volumen del agua líquida es despreciable comparado con el
volumen del vapor a 100°C .suponga un comportamiento de gas ideal.

Solución

Volumen del vapor

Como el volumen del agua es despreciable, se toma el volumen del vapor como la
variación del volumen.

33. el trabajo realizado para comprimir un gas es de 900J, como resultado liberan 100 J
de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía de gas

Solución



34. Un trozo de plata con una masa de 362 g tiene una capacidad calorífica de 85,7 J/ °C.
¿Cuál es el calor específico de la plata?

Solución:

35. una muestra de 0.1375g de magnesio solido se quema en una bomba calorimétrica a
volumen constante que tiene un capacidad calorífica de 1769J/°C. el colorímetro
contiene exactamente 300g de agua y el aumento de la temperatura es de 1.126°C.
calcule el calor liberado por la combustión de Mg, en KJ/g y en KJ/mol.

Solución

Si un mol de Mg=24,4


36. calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

37. Calcule el calor de combustión de la siguiente reacción

Solución

38. Calcule el cambio de entropía estándar para las siguientereacción a

Solución

39. Un jugador levanta una bola de boliche de 5.4 kg desde el suelo hasta una altura de 1.6
m y luego la deja caer al suelo. ¿Qué cantidad de trabajo, en J, se realiza para levantar la
bola?


Solución
Como el trabajo que se realiza es igual a la energía que gana el cuerpo

40. Untrozode500gramosdecobreque seencuentraa200ºC sesumergeendoslitrosde aguaa10

ºC mezclándoseisobáricay adiabáticamente. . encuentre la entropía del

cobre cuando está en equilibrio.

Solución

Hallamos la variación de entalpia si sabemos que está a presión constante

Nos pide la entropía del cobre al llegar al equilibrio



.

41. Un sistema absorbe360Jdecaloryrealizauntrabajode25J.Calcular la variación de
energía interna

Solución

42. Dada la reacción:

Calcula el calor desprendido o absorbido cuando se descomponen 45 g de óxido de
plata a 25 ºC. Dato: ∆Hºf Ag2O(s) = - 30,6 KJ/mol
Solución

Si el Peso molar de 124g/mol 2 moles = 248g

43. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye
400 J. Si al mismo tiempo se hacen 300 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el
calor transferido por, o hacía, el sistema.

Solución
Como el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo.
Además



44. Al quemarse la gasolina en un cilindro del motor de un coche se liberan 120 kJ. Si el
trabajo realizado por los gases producidos en la combustión es de 50 kJ, calcula
cuánto valdrá la variación de energía interna del sistema
Solución

45. Calcula el calor de combustión de 250 g de propano teniendo en cuenta los
siguientes datos: ∆Hºf C3H8(g) = - 103,8; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = -
285,8 KJ/mol
Solución
Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

46. Calcula el calor de combustión de 1 kg de butano con los siguientes datos:
∆Hºf C4H10(g) = - 124,7; ∆Hºf CO2(g) = -393,13; ∆Hºf H2O(l) = - 285,8 KJ/mol
Solución


Como es una reacción de combustión su ecuación es la siguiente

47. Calcula el calor de reacción en el siguiente proceso:

Teniendo en cuenta los siguientes datos:
∆Hºf CH4 (g) = - 74,9; ∆Hºf CO2 (g) = -393,13; ∆Hºf H2O (l) = - 285,8; ∆Hºf CuO = -
155 KJ/mol
Solución

48. a partir de los siguientes datos

Calcule el cambio de entalpia para transformar

Solución


Simplificando y sumando ambas ecuaciones tenemos

49. calcule el trabajo realizado cuando se disuelven de estaño en un exceso de acido
1,00atm y 25°C.

Solución

50. Un sistema termodinámico sigue un proceso en el cual su energía interna disminuye
500 J. Si al mismo tiempo se hacen 220 J de trabajo sobre el sistema, encuentre el
calor transferido por, o hacía, el sistema.

Solución
Como el trabajo es realizado sobre el sistema tiene signo positivo.
Además

Como el calor es negativo significa que el sistema ha perdido calor.

51. ¿Cuánto trabajo hace el sistema cuando 1 mol de agua a 100ºC hierve y se convierte
en un mol de vapor a 100ºC a una presión de 1 atm? Determine el cambio en la
energía interna del vapor al evaporarse. Considere el vapor como un gas ideal.

Solución
Si



Si despreciamos el volumen inicial ya que el volumen va a aumentar estamos en una
expansión por lo que el trabajo va a ser negativo

52. El trabajo realizado cuando se comprime un gas en un cilindro es de 462 J. durante
este proceso hay una transferencia de calor de 128 J del gas hacia los alrededores.
Calcule el cambio de energía para este proceso.

Solución

53. Calcule la cantidad de calor en (KJ) por 400g de mercurio cuando se calienta desde
10°C hasta 15°C.

Solución


54. Un gas ideal inicialmente a 300 K se expande en forma isobárica a una presión de
2.5 kPa. Si el volumen aumenta de 1 m3 a 3 m3 y se agregan 12500 J de calor al
sistema, encuentre:
a. el cambio en la energía interna del gas y
b. su temperatura final.

Solución

a.

b. Calcular la temperatura final aplicaremos la ley de charles si P es constante

55. Se confina gas nitrógeno (m = 1.00 kg) en un cilindro con un émbolomovible
expuesto a presión atmosférica normal. Se agrega una cantidad de calor (Q = 25000
cal) al gas en un proceso isobárico y su energía interna aumenta en 8000 cal.
(a) ¿Cuánto trabajo realizó el gas?
(b) ¿Cuál es el cambio en el volumen?

Solución
a.

b.



56. Un gas se expande y realiza un trabajo sobre los alrededores igual a 279J al
mismo tiempo, absorbe 216J de calor de los alrededores. ¿cuál es el cambio en la
energía del sistema?

Solución
Como el sistema realiza el trabajo , el trabajo es negativo
Como absorbe calor , el calor es positivo

57. Un trozo de 6,22Kg de cobre metálico se calienta desde 20,5°C hasta 324,3°C.

calcule el calor absorbido (en kJ) por el metal.

Solución

58. Calcule la cantidad de calor liberado en (KJ) por 366g de mercurio cuando se enfría
desde 77°C hasta 12°C.

Solución



59. Una hoja de oro que pesa 10g y se encuentra a una temperatura 18°C se coloca sobre
una hoja de hierro que pesa 20g y que está a una temperatura de 55,6°C. ¿Cuál es la
temperatura final de la combinación de los dos metales ? suponga que no hay
pérdida de calor hacia los alrededores. ;

Solución

60. El cambio de entalpia estándar de formación para la siguiente reacción es 436,4kJ:

Calcule la entalpia estándar de formación del hidrogeno atómico (H).
Solución

61. De los siguientes calores de combustión



Calcule la entalpia de formación del metanol ( ) a partir de sus elementos.

S

Ordenamos para aplicar la ley de Hees

62. Una muestra de 0.5865 g de ácido láctico se quema en un calorímetro
cuya capacidad calorífica es de 4.182 kJ/ºC. La temperatura aumenta de 23.10ºC a
24.95ºC. Calcule el calor de combustión (a) del ácido láctico por gramo y (b) por
mol.

Solución

a. Si en 0,5865g libera 7,74kJ



b. Si un mol de pesa

63. El peróxido de hidrógeno puede descomponerse en agua y oxígeno por la reacción:

Calcule el valor de q cuando 5.00 g de se descompone a presión constante.

Solución

64. Cuando un estudiante mezcla 50 ml de HCl 1.0 M y 50 mL de NaOH 1.0 M en un
calorímetro de vasos de café, la temperatura de la disoluciónresultante aumenta de
21.0ºC a 27.5ºC. Calcule el cambio de entalpía de la reacción, suponiendo que el
calorímetro pierde una cantidadinsignificante de calor, que el volumen total de la
disolución es de 100 mL, que su densidad es de 1.0 g/mL y que su calor específico es
de 4.18J/g-K.

Solución
Si
Son 100ml de solución

En la reacción

Si



65. El cambio de entalpía estándar para la reacción:

Es de 178.1 kJ. A partir de los valores de las entalpías estándar de formación de
CaO(s) y CO2(g) ,calcule la entalpía estándarde formación de CaCO3(s).
Solución

66. Determina la variación de entropía en la reacción:

Datos:

Solución



67. El trabajo realizado para comprimir un gas es de 98 J. Como resultado, liberan 67 J
de calor hacia los alrededores. Calcule el cambio de energía del gas.

Solución:

68. Dadas las entalpías estándar de formación:

Hallar la entalpía de la siguiente reacción:

Solución

69. Calcula el calor de formación del ácido metanoico (HCOOH), a partir de los
siguientes calores de reacción:

Solución


1.

2.

3.

4.

70. Calcula el calor de formación del óxido de cinc con los siguientes datos:

Solución


Bibliografía

Ejercicios extraídos de:
- http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap15.pdf
- http:colegiosansaturio.com/web_depto_ciencias/ejercicios/2bach/2TERMOQUI
MICA.doc
- http://www.ivlabs.org/6to_de_medicina/entropia_energialibre.doc
- Raymond Chang “Química”
- Brown LeMay Bursten “Química la ciencia central”


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