FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA DEL GAS NATURAL Y ENERGIA
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FISICA- QUÍMICA “EJERCICIOS DE GASES IDEALES Y REALES ’’
CÁTEDRA
: FISICO QUIMICA I
CATEDRÁTICO
: Ing. Yéssica Bendezú Roca
ALUMNOS
: Mandujano Galarza Orlando
SEMESTRE:
``III´´
SECCION:
HUANCAYO-PERU 2014-II
``B´´
1. A 0°C y bajo una presión de 1000mmHg un peso de ocupa un volumen de 1L a 100°C el mismo peso de gas a la misma presión ocupa un volumen de 0.6313L .Calcular el valor aproximado del cero cero absoluto en °C °C SOLUCION: DATOS:
=0°=273 = 1000 1000 = 1 =100°=173 =1000 =0.6313 = −− 1= .−− = 3.687 10− 1 = 0 0 = 3.687 10− 1 = 271.22 ° =271.22 ° Respuesta:
La temperatura para hallar el cero absoluto es T
2. Calcular la presión en atmosferas y en Pa N de una muestra de gas ideal con n=0.3678 mol , V=10000L y T=298.15 °K SOLUCION: DATOS: n=0.3678 mol V=10000 L T=298°K
Aplicamos la ecuación de los gases para calcular la presión
=
∗° . . ∗ − = =8. 9 88∗10 8.988∗10−∗ 101325 1 =91.066 =8. 988∗10− =91.066 = = − 10 Respuesta:
3. la ecuación de van der Waals de los bienes da una mayor precisión que la ecuación del gas ideal de raíces es:
Donde a y b son parámetros que tienen valores diferentes para
diferentes gases y donde carbono a = 0,3640
= , el volumen molar del dióxido de
b = 4,267
calcular la presión del
dióxido de carbono en pascales suponiendo que n = 0,13678 mol V = 10.00L y T = 298,15 K convertir su respuesta a atmósferas y torr SOLUCION: DATOS: n=0.13678 mol V=1000L T=298.15°K
=0.3640 ∗ 10− =3640 − =4.26710−1000 ∗ =4. 2 6710 − 10 = =7311. 1 17 0.13678
∗ 364 8300 298. 1 5° = 7311.117 4.26710− 53452431.79 : =331. 6 69 1 − =331. 6 6 ∗ =3. 2 73∗10 101325 =3. 273∗10−∗ 7601 =2.488 =331.669=3.273∗10− =2.488 =10− =300° 45=30 310° =10− =300° =30 =45 =310° =? ℎ − ∗ 10 30 = ∗ = 8300 300° =12.048 ℎ = Respuesta:
4. El gas nitrógeno se encuentra en un cilindro hueco sellado a una su y su el volumen dentro del cilindro se incrementa a y la temperatura se aumenta a la vez a ¿cuál es la nueva presión SOLUCION: DATOS:
12. 0 48 8300 310° = =688877.867 45 1 =688877.867 ∗ 101325 =6.799 =688877.867 =6.799 30% 50% 15% 5%
Respuesta
5. La composición de la mezcla de gases en porcentaje en volumen es Calcular el % en peso de cada gas de la mezcla SOLUCION: DATOS:
30% =28 =0. 3 50% =28 =0. 5 15%5% =32=2 =0.=0.1055 ℎ ̅ =28∗0. 3 28∗0. 5 2∗0. 1 532∗0. 0 5=24. 3 ℎ =0. 3 ∗28. 0 =8. 4 =0. 5 ∗28. 0 =14 =0. 1 5∗2. 0 =0. 3 =0.05∗32.0 =1.6 ℎ % %% = = .. ∗100=0. 3 46 % ∗100=0.576 % .
%% == ... ∗100=2. ∗100=0.005812 10% − % . =0. =0.354676 %% =2.=0.005812 10% − % Respuesta
6. Un gramo de y un gramo de se colocan en un frasco 2L a 27°C calcular la presión parcial de cada gas la presión total y composición porcentual de la mezcla SOLUCION: Aplicamos la (E.G.I) para calcular las presiones parciales y la suma es la presión total
= =1 =28 =2 =27°=300 =1 =32 =2 =27°=300 . . ==0.439 . . ==0.384 = =0.4390.384=0.823 Para el
Para el
La presión total es la suma de las presiones parciales
100 %
Composición porcentual =
= 100%=46.7% = 100% =53.3% Para el
Para el
RESPUESTA: Presiones parciales
=0.=0.348439 = =0.4390.384=0.823 =46. 7 % =53.3% Presión total
Composición porcentual
7. Un balón contiene 10g de gas ¿Qué peso adicional de argón debe añadirse de modo que el balón tenga exactamente un poder ascensional igual acero (es decir de modo que su peso sea igual al peso de un volumen igual de aire externo ). Suponga comportamiento de gas ideal ;desprecie el peso del propio balón y suponga que este es impermeable y perfectamente elástico
=29 SOLUCION: DATOS:
= =10 =40 =2 =29 = = = + =490.9 25° 1 25° .. = = =1.6 =4=40 =1 =298 =1 =298 = 1.6 =29 =1 =298 . . ==9.774 . = =0.6109 Respuesta:
8. Un matraz lleno de puro a 1 atm y 25°Ccontiene 1.6g de gas ¿Qué peso de deberá añadirse al matraz para que el peso combinado de los dos gases igualara al de un volumen idéntico de aire dar también el medio de la mezcla SOLUCION: usamos la DATOS:
Para el
Para el
Para el aire
. . =
=0.843 1.348
La suma de los volúmenes parciales es igual al volumen del aire
= 9.774 0.6109 =0.843 1.348 ñ =36.64 .. =0.32 =16 =0.175 =40 =0.225 =20.18 8.87 10 =0.0875 . . = . =3.135 Respuesta:
9. una mezcla de gas consiste de 320 mg de metano ,175 mg de argón y 225 mg de neón la presión parcial del neón a 300 K es 8.87 KPa calcular a) El volumen b) La presión total de la mezcla SOLUCION: aplicamos la DATOS:
Hallamos el volumen
. . = . =0.1579 . . = . =0.0875 = =0.1569 0.034 0.0875 =0.2784 Para el metano
Para el argón
su presión parcial es
su presión parcial es
La presión total es la suma de las presiones parciales
Respuesta
a) El volumen es V=3.135 L b) La presión total de la mezcla es P=0.2784 atm
=273.15 =22,414 =150
10. Calcular la presión ejercida de 1 mol comportándose a) Como un gas perfecto b) Un gas de van der Waals cuando este está establecido bajo las siguientes condiciones
SOLUCION:
=34 =273.15 =22.414 =22.414 =150 =0.15
. . = . =0.9993 . . = . =1.006 a) Como un gas perfecto
b) Un gas de van der Waals
= − . . . / = (, −. /) .
=0. 9 9105 . . . / ==0.(,998−. /) . =32,3°=305. 3 =48.2 .. =
11. La temperatura critica del etano es de 32.3°C la presión critica del etano es de 48.2 atm calcular el volumen critico empleando. a) La b) La ecuación de van der Waals comprobando que para el gas de van der Waals
c) La ecuación modificada de berthelot d) Comparar los resultados con el valor experimental 0.139 L/mol SOLUCION: DATOS:
=30 =48.2 =305.3 . . = = . =0.195 /
.. / = .. . . =0.375 → =11.26 La
La ecuación de van der Waals
Calculamos ‘’a’’ y ‘’b’’
=3 = → =28.2555 0.065 / = − . . . . . = (. −. . /) . /
=
=40.324
12. Un aeronauta pionero está planeando el diseño de un globo de aire caliente ¿Qué volumen de aire a 100°C debería usarse si el globo ha de tener un poder ascensional bruto de 200 kg (definido como la masa de aire desplazado menos la masa de aire caliente )? la temperatura y presión ambiente son 25°C y 1 atm y el peso molecular medio del aire es 29 g/mol mientras que el del aire caliente es 32 g/mol (debido ala presencia de un poco de ) SOLUCION: se desea construir un globo con aire caliente Usamos la DATOS:
., =373 =200000 / = = , = .
/ = = , = . =200000= . . =184808.7 =0.00211=22 = =273 =20 = = . =0.99 =2 = =∑ = = ./ =0.99 = / =1 =2 =. 20.18 / 2/ =10.989 / .. = . = =4.07 Respuesta:
13. Un matraz de 11L contiene 20g de neón y un peso desconocido de hidrogeno la densidad del gas se encuentra que es 0.002
a 0°C ¿calcular el peso molecular medio y el
número de gramos de hidrogeno presión? SOLUCION: DATOS:
Para calculara la presión usamos
Entonces la presión es P=4.07 atm
presentes y también la
1
14. Se desea preparar un mezcla gaseosa contenido 5% mol de butano y 95% de argón una botella de gas se vacía y se llena con gas butano hasta que la presión es de 1 atmosfera se pesa entonces la botella y se introduce gas argón comprimido hasta haber añadido cierto peso w el volumen de la botella es de 40 litros y la operación se realza a 25°C. calculara el peso del argón que da una mezcla de composición deseada y presión total de la mezcla final SOLUCION: DATOS:
40
=5%=0.05 =95%=0.95 = =1 =1 =40 =298 = = . → =2. 9 =58 / = = . → =38 =40 / .. =1 . / =1 → =25,476 .. . = =0.61
15. Cuando 2g de una sustancia gaseosa A se introduce aun matraz inicialmente evacuado manteniendo a 25°C se encuentra que la presión es de 1 atmosfera 3g de la sustancia gaseosa B se adicionan entonces a los 2g de A y la presión se encuentra ahora que es 1,5 atm. Suponiendo comportamiento de gas ideal calcular la relación de pesos moleculares
.. =2 =3 =298 =1 =1 SOLUCION: aplicamos la DATOS:
⁄
Para A
. = =48.872 / Para la mezcla
= + = . = , =81.453/ 81.453 =48.872 → =32.581 / ⁄ ⁄= ../ / =1.5/ Hallamos el peso molecular de B
Calculamos la relación de pesos moleculares y tenemos la respuesta
16. Una mezcla de vapor que pesa 0.18g ocupa un volumen de 53.1 a 27°C y 760mmHg de presión. La presión critica del vapor es 47.7atm mientras que la temperatura critica es 266.5°C mediante la ecuación de berthelot calcular el peso molecular del vapor y compararlo con lo obtenido mediante la SOLUCION: DATOS: para el vapor
..
1 =0.053 =300 1000 =0. 1 8 =53. 1 =760=1 =47,7 =539.5 .. . . = . =83.3898 / =83.3898 /
Aplicamos la
Primera respuesta para la diferencia es
Hallamos el volumen crítico
. , = = . =2.782 Aplicamos la ecuación de berthelot
=− / 1 / = 1 / / = ..1 / 1 / /, / = . 1 /. 1 /. ℎ
=79.22031/ Luego pasamos a comparar los pesos moleculares con las dos ecuaciones
.. ̅ =83.3898
ℎ =79.22031/ /
17. Las densidades del metano a 0°C fueron medidos a diversas presiones obteniéndose los resultados siguientes
Presión atmosférica Densidad A B C D
¼ ½ ¾ 1 Hallar el
0.17893 0.35808 0.53745 0-74707 exacto del metano
.. 273 = 0.17893g/L0.0.082/ =16.02/ 25 273 = 0.35808g/L0.00.82/ =16.03/ 5 273 = 0.53745g/L0.0.082/ =16.04/ 75 82/273 =16.74/ = 0.74707g/L0.01 SOLUCION: aplicamos la
En A:
En B:
En C:
En D:
según la tabla
El peso molecular del metano es la media aritmética de todos los pesos ya obtenidos
= ++ + = .+.+.+./ =16.207/ ECUACIONES Y ALGUNAS VARIABLES EJERCICIO ANTES EXPUESTO
USADAS
EN
EL
(E.G.I) =ECUACION DE LOS GASES IDEALES
= =
= = .= = = = ñ = =3 = 3 LA DENSIDAD PESO MOLECULAR CONDICIONES NORMALES Z= FACTOR DE COMPRENSIBILIDAD
Ecuación de van der Waals
Para aplicar la ecuación de van der Waals tenemos que conocer ‘’a’’ y ‘’b’’ entonces por definición tenemos que
Ecuación de berthelot
=
9/ 1 /6] = [1 128/ =
Ecuación de redilch-kwong
Donde ay b son dos parámetros empíricos que no son los mismos parámetros que en la ecuación de van der Waals estos parámetros pueden ser determinados
=0.4275 =0.067[] // / / =1 ⋯ La ecuación del viral sabiendo que para el etano y C=10400 a 30°C ; B=-157 C=9650 a 50°C
B=-179 y
O alternativamente
=1 ⋯ ,,
ALGUNAS OTRAS ECUACIONES QUE SE ENCONTRO AL REVISAR ALGUNOS LIBROS
Modelo de Dieterici Este modelo (nombrado en honor de C. Dieterici2 ) cayó en desuso en años recientes .
Modelo de Clausius La ecuación de Clausius (nombrada en honor de Rudolf Clausius) es una ecuación muy simple de tres parámetros usada para modelar gases.
Donde
Y donde Vc es el volumen crítico
Modelo de Peng –Robinson Esta ecuación de dos parámetros (nombrada en honor de D.-Y. Peng y D. B. Robinson)3 tiene la interesante propiedad de ser útil para modelar algunos líquidos además de gases reales.
Modelo de Wohl La ecuación de Wohl (nombrada en honor de A. Wohl4 ) está formulada en términos de valores críticos, haciéndola útil cuando no están disponibles las constantes de gases reales.
Donde
.
Modelo de Beattie –Bridgman Esta ecuación está basada en cinco constantes determinadas experimentalmente.5 Está expresada como
Donde
Modelo de Benedict –Webb –Rubin La ecuación de Benedict –Webb –Rubin es otra ecuación de estado, referida a veces como ecuación BWR y otra como ecuación BWRS:
Donde d es la densidad molar y "a", "b", "c", "A", "B", "C", "α", y "γ" son constantes empíricas.
BIBLIOGRAFIA: Gilbert W. Castellan / físico-química / segunda edición 1974-1987 IRA N. LEVINE / físico-química / quinta edición / volumen 1 P.W. Atkins / físico- química / sexta edición / ediciones omega s.a.
