Laboratorio de Ciencia Básica

              para Estudiantes de Ingeniería Química

Guía de examen

Termodinámica

Calorimétrica

Evocar los conocimientos estudiados en la unidad de aprendizaje correspondiente a la parte de la termodinámica denominada calorimetría para: consolidar los aspectos teóricos, junto con los conocimientos adquiridos a través de la determinación experimental de los cambios energéticos y la forma de cuantificarlos, y aplicarlos a la resolución de problemas típicos de la misma.

¡ Suerte en el examen, chicos!

Preguntas:

Problemas:

1.-) En 220 centímetros cúbicos  de agua a 75C.se introduce un pedazo de hielo cuyo peso es de 57g. a una temperatura de -20°C. El calorímetro de cobre que contiene al agua pesa 240g. y la temperatura final es de 43.5°C. ¿Cuál es el calor específico del hielo? Suponga que no existe transferencia de calor al medio ambiente.

"Tips":

En este ejemplo, el hielo gana calor en tres etapas:

a) El primero es un calor sensible, es decir, cambia de una temperatura de -20°C. a 0°C.

b) El segundo es calor latente, es decir, se suscita un cambio de estado a temperatura constante.

c) La tercera etapa corresponde a otro calor sensible, es decir, el hielo fundido cambia su temperatura de 0°C. a 43.5°C.

El balance de calor, se hará sabiendo que:

Calor ganado = calor perdido

Datos

2.-) En un calorímetro se encuentran 30 ml. de NaOH   0.8M  a la temperatura de 25°C. Se le adicionan 30 ml. de HCl 0.8M también a la temperatura de 25°C. (como el ácido está a la misma temperatura, se puede considerar que el calor de dilución, no afecta la neutralización), si el DT es 3°C.  Si un mol de agua formada desprende 13 500 cal? ¿Cuál es la constante del calorímetro?

"Tips":

En este problema, se puede considerar que, al final de la reacción solo existe agua, la razón es qué la solución es muy diluida. Además el agua formada también es muy pequeña en comparación con la total, por lo que se considera que el volumen total no cambia, y la densidad se considera d = 1.0 g. / ml.

Si la reacción es:

NaOH + HCl → NaCl + H₂O

Calcule las moles de sosa, ácido, etc.

3.-) Los siguientes datos fueron obtenidos en cierta reacción de neutralización:

a) Dibujar con estos datos el gráfico correspondiente.

b) Calcular el valor de la pendiente.

c) Determinar la ecuación de la función.

e) De acuerdo a la ecuación de la función. ¿Cuál es el calor desprendido por mol de agua formado?

4.-) La combustión del naftaleno C₁₀H₈, produce anhídrido carbónico, éste se hace reaccionar con hidróxido de sodio para producir 106 g. de carbonato de sodio.     El calor liberado por esta combustión, calienta una masa de agua  de 60 g. desde una temperatura de 25°C. hasta una temperatura final de 40°C. contenida en un recipiente de cobre  cuya masa es de 100 g. cuyo calor específico es de 0.092 cal/g.°C. La temperatura inicial del recipiente de cobre es de 25°C. Considerando que al final del experimento el recipiente de cobre, tiene, en promedio, la misma temperatura. ¿Cuál es la temperatura final del cobre? Considerar que el calor desprendido, calienta únicamente al cobre y al agua que contiene éste.

"Tips":

El calor de combustión del naftaleno = 1 228.18 Kcal. / mol.

Masa de Na₂CO₃ = 106 g.

                                                                        Datos

Cobre

Agua en el recipiente (Cu)

Naftaleno

m	100 g.	m	60 g.	n	?
T1	25°C.	T1	25°C.	Q	1 228.18       Kcal. / mol.
T2	?	T2	40°C.
Ce	0.092cal/g.°C	Ce	1.0 cal/g.°C

C₁₀H₈ + 12 O₂    →  10 CO₂ + 4 H₂O

CO₂ + 2 NaOH  →  Na₂CO₃ + H₂O

Calcule las moles de naftaleno a partir de las ecuaciones anteriores y establezca un balance de calor, para determinar la temperatura final de cobre.

5.-) Los organismos que producen la gangrena de gas producen una toxina que destruye el tejido, especialmente el tejido muscular y liberan un gas por la fermentación del azúcar de los músculos. Dicho proceso de fermentación puede describirse químicamente de la siguiente manera.

C₆H₁₂O_{6 (sólido)}   +  Bacillus Welchii  → 2 C₂H₅OH _(líquido) + 2 CO_{2 (gas)}

a) Calcular la entalpía estándar de la reacción en Kcal./mol de azúcar, para reacción de fermentación que ocurriría en una parte del músculo infectado por dicho Bacillus Welchii.

b) ¿Cuál es el calor desprendido si se fermentan 0.1 mol de azúcar?

Las entalpías de formación de reactivos y productos, son las siguientes:

                                                                        Datos

6.-) Se tiene una muestra de 75 ml. de ácido clorhídrico 0.17 M.

a.) Calcular el peso de bicarbonato de sodio necesario para neutralizar exactamente este ácido.

b) ¿Cuál es la masa de CO₂ producida?

c) ¿Cuántos litros de O₂ se producen, si una pequeña planta fija totalmente el CO₂ producido por la neutralización?

Si consideramos al CO₂ a condiciones estándar, y que las condiciones de la reacción durante la generación del O₂ no cambian, a éste último como un gas ideal, y para propósitos sencillos, los carbohidratos producidos por la planta pueden ser representados mediante la fórmula empírica (CH₂O), el proceso reaccionante incluida la fotosíntesis es:                                

HCl + NaHCO₃    →  NaCl + H₂O + CO₂

CO₂ + H₂O  →  (CH₂O)  +  O₂