calcula el trabajo de expansión que experimenta un sistema formado por 7g de nitrógeno gaseoso, que se hallan inicialmente a 1 atm de
a) presión y a una temperatura de 27°c cuando sigue estos procesos a expansión a presión constante hasta duplicar su volumen seguida de una transformación a volumen constante hasta reducir su presión a la mitad
b)transformación a volumen constante hasta reducir su presión a la mitad, seguida de expansión a presión constante hasta duplicar su volumen
c) expansión isotérmica hasta que la presión se reduce a la mitad
Respuestas a la pregunta
Respuesta:
Explicación:
1. ¿Hay desprendimiento de energía siempre que se produce
una reacción química?
No siempre hay desprendimiento de energía; en ocasiones es
preciso aportar energía para que se produzca una reacción.
2. ¿Puede un sistema realizar trabajo si no se le suministra
calor?
Sí; mientras tenga energía interna que se pueda transformar
en trabajo.
3. ¿Por qué se utilizan unos combustibles y no otros?
Se utilizan unos combustibles y no otros por su capacidad
calorífica, por su facilidad de obtención, por la distinta contaminación que producen, etcétera.
4. ¿El que una reacción química sea espontánea significa que
se produce siempre? ¿Y el que una reacción química sea no
espontánea quiere decir que no se produce en ningún
caso?
Una reacción química espontánea se puede producir en unas
condiciones determinadas, pero puede suceder que su velocidad sea tan pequeña que resulte inapreciable. Una reacción
química no espontánea no se produciría en esas condiciones.
5. ¿Debe desprender calor una reacción química espontánea?
No necesariamente. Una reacción que absorba calor puede
ser espontánea si se produce un gran aumento del desorden
del sistema.
6. ¿Concluye una reacción química cuando se alcanza el estado de equilibrio?
Cuando se alcanza el estado de equilibrio, ya no hay reacción
neta. La reacción se produce en la misma extensión de
reactivos a productos que de productos a reactivos.
Actividades (páginas 141/164)
Calcula la cantidad de calor que hay que suministrar a 1 mol
de agua, en fase líquida, a 100 °C para que se transforme en
vapor y alcance los 200 °C.
Datos: Lvap 2,2 106 J/kg; ce vap 1 850 J/kg K
Para pasar del estado inicial al final, hemos de llevar el agua
líquida a vapor (vaporización) y, posteriormente, elevar la
temperatura del vapor de agua de 100 °C a 200 °C. Para 1
mol de agua, tendremos una masa igual a 18 103 kg.
La ecuación calorimétrica será:
Q mLvap mce vap T 18 103 2,2 106
18 103 1 850 (200 100) 42 930 J
Calcula el trabajo de expansión que experimenta un sistema formado por 1 mol de agua líquida a 100 °C que se
calienta hasta que su temperatura alcanza los 200 °C.
Supón que la presión es, en todo momento, de 1 atm y que
el vapor de agua se comporta como un gas ideal.
Dato: agua líquida 1 g/mL a cualquier temperatura
El trabajo realizado será debido a la expansión del agua líquida a 100 °C a vapor de agua a 200 °C. Según la definición de
trabajo, para el caso de la expansión de un gas a presión
constante:
W F dr p V p (Vf Vi
)
2
1
El volumen inicial es el del agua líquida:
m
V
Vi
m
a
a
g
g
u
u
a
a
lí
l
q
íq
u
u
id
id
a
a 18 mL 18 103 L 18 106 m3
El volumen final es el del vapor de agua a 200 °C. Suponiendo
un gas ideal:
pV nRT; Vf
nvap
p
orRT
38,8 L 38,8 103 m3
Por consiguiente,
W p (Vf Vi
)
W 101 300 Pa (38,8 103 18 106
) m3 3 928,6 J
Nótese que hemos calculado el trabajo de expansión realizado por el gas; por tanto, será una energía perdida por el sistema y en las ecuaciones de la termodinámica debería ponerse
con signo negativo, según el criterio general de energías definido por la IUPAC.
Calcula el trabajo de expansión que experimenta un sistema formado por 7 g de nitrógeno gaseoso, que se hallan
inicialmente a 1 atm de presión y a una temperatura de
27 °C cuando sigue estos procesos:
a) Expansión a presión constante hasta duplicar su volumen, seguida de una transformación a volumen constante hasta reducir su presión a la mitad.
b) Transformación a volumen constante hasta reducir su
presión a la mitad, seguida de expansión a presión constante hasta duplicar el volumen.
c) Expansión isotérmica hasta que la presión se reduce a la
mitad.
Según hemos visto en el ejercicio anterior, la definición de
trabajo para el caso de la expansión de un gas a presión
constante es:
W F dr p V p (Vf Vi
)
Primero calculamos el volumen inicial según la ecuación de los
gases ideales:
Vi
nga
p
sRT
(mgas/M
p
gas
)RT 6,15 L 6,15 103 m3
a) Se realiza trabajo en la expansión del gas a presión constante, pero no en la compresión a volumen constante:
W p (Vf Vi
)
W 101 300 Pa (12,30 103
6,15 103
) m3
623 J
b) No se realiza trabajo en la transformación a volumen constante y sí en la expansión posterior:
W p (Vf Vi
)
W101 300/2 Pa(12,30103
6,15103
) m3
311,5 J
c) En este caso varían simultáneamente la presión y el volumen, por lo cual se ha de realizar la integral:
W p dV
n
V
RT
dV nRTV
1
dV nRT ln
V
V
f
i
Si la presión se reduce a la mitad, por la ley de Boyle, el Vf2Vi
;
por tanto, obtendremos:
WnRT ln
V
V
f
i
0,258,31300ln
2
V
V
i
i
432 J
Nota. Conviene utilizar este ejercicio para comprobar que el
trabajo no es una función de estado.
corona xrf