FUNDACIÓN UNIVERSITARIA CATÓLICA ASIGNATURA: PROCESOS INDUSTRIALES I
INGENIERIA INDUSTRIAL PROFESOR: ARMANDO AGUIRRE
SEGUNDO TALLER PROCESOS INDUSTRIALES I 1. El volumen de una muestra de gas es 500 mL a una presión de 1.5 atm. Si la temperatura se mantiene constante, ¿Cuál es el volumen de la l a muestra a una presión de 0.5 atm? 2. Un tanque de 10 litros de Helio se llena a una presión de 150 atmosferas. ¿Cuántos globos de 1.5 litros pueden ser inflados a una presión de 1 atmosfera con el Helio del tanque? Suponga que no habrá cambios en la temperatura. 3. Un recipiente se llena con un gas a una presión de 5 atmosferas a 50°C, si el volumen permanece constante, ¿Cuál será la presión dentro del recipiente a 150 °C? 4. Suponga que un litro de etano (C 2H6) medido a 25°C y 941 torr se coloca en un recipiente fuerte de 5 litros junto con 6 gramos de oxigeno gaseoso. La reacción de combustión (explosión en este caso) se inicia mediante una chispa. Luego el fuerte recipiente es enfriado a 150°C. ¿Cuál es la presión total en mm de Hg en el interior del recipiente? 5. La combustión completa del octano produce dióxido de carbono y agua C8H18 (g) + O2 (g) --------- CO2 (g) + H2O (g) ¿Qué volumen de gas se produce de la combustión completa de 0.536 gramos de octano, si la temperatura es de 500°C y la presión es 10 atmosferas? 6. Cuando la piedra caliza CaCO3 se calienta, se descompone en CO 2 y CaO (cal). Calcular el volumen en litros de CO2 que se produce cuando 2000 kg de piedra caliza se calientan y el CO 2 se recoge a 10 atm y 298°C. 7. Las pelotas de tenis por lo regular se llenan con aire o con N 2 gaseoso a una presión superior que la atmosfera para aumentar su rebote. Si una pelota de tenis tiene un volumen de 144 cm 3 y contiene 0.33 g de N2 gaseoso, ¿Cuál es la presión en el interior de la pelota a 24°C? 8. La presión en un tanque de gas natural se mantiene a 2.2 atm. En un día frio de diciembre cuando la temperatura es de -15°C, el volumen del gas en el tanque es de 3250 m 3. ¿Cuál es el volumen de la misma cantidad de gas en un día cuando la temperatura en de 31°C? 9. Una muestra de 0.5 moles de gas oxigeno se confina a 0°C y 1 atm en un cilindro con pistón móvil. El pistón comprime el gas de manera que el volumen final es la mitad del volumen inicial y la presión final es 2.2 atm. ¿Cuál es la temperatura final del gas en grados Celsius? 10. ¿Cuál es la densidad del vapor del tetracloruro de carbono (CCl 4) a 714 torr y 125°C? 11. La masa molar media de la atmosfera de Titán, la luna más grande de Saturno, es de 28.6 g/mol. La temperatura en la superficie es de 95 K y la presión es de 1.6 atm. Suponiendo un comportamiento ideal, calcule la densidad de la atmosfera de Titán. 12. Calcule la masa molar promedio del aire seco si tiene una densidad de 1.17 g/L a 21°C y 740 torr.
13. En la primera etapa de un proceso industrial para producir ácido nítrico, el amoniaco reacciona con oxígeno en presencia de un catalizador adecuado para formar óxido nítrico y vapor de agua: NH3 + O2 ----- NO + H2O ¿Cuántos litros de NH3 a 850°C y 5 atm se requieren para que reaccionen con 1 mol de O 2 en esta reacción? 14. El nitrito de amonio, NH4NO2, se descompone cuando se calienta y forma gas N 2; NH4NO2 (s) ----------- N2 (g) + H2O (l) Cuando una muestra de NH 4NO2 se descompone en un tubo de ensayo, se recolectan 511 mL de gas N 2 sobre agua a 26°C y 745 torr de presión total. ¿Cuántos gramos de NH 4NO2 se descomponen? 15. Haga el balanceo de las siguientes ecuaciones: a) NH3 (g) + O2 (g) → NO2 (g) + H2O (g) b) Al (s) + H2O (l) → Al(OH) 3 (s) + H2 (g) c) Al2O3 (s) + C (s) + Cl2 (g) → AlCl3 (s) + CO (g) d) HNO3 (aq) + CaCO3 (s) → Ca(NO3)2 (aq) + CO2 (g) + H2O (l) e) C3H8O3 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) 16. Justificar su respuesta . Cuando la siguiente ecuación está balanceada, el coeficiente de: Hidrogeno es ________ K (s) + H2O (l) → KOH (aq) + H2 (g)
A) 1
B) 2
C) 3
D) 4
E) 5
Ácido Sulfúrico es ______ H2SO4 (aq) + NaOH (aq) → Na2SO4 (aq) + H2O (l) A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 0.5 Agua es _______ A) 1 B) 2
N2O5 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) C) 3 D) 5 E) 4
Ácido Sulfhídrico es _____ FeCl3 (aq) + H2S (g) → Fe2S3 (s) + HCl (aq) A) 1 B) 2 C) 3 D) 5 E) 4 Amoníaco es _____ NH3 (g) + O2 (g) → NO2 (g) + H2O (g) A) 1 B) 2 C) 3 D) 4 E) 5 Agua es _______ A) 1 B) 2
Ca (s) + H2O (l) → Ca(OH)2 (aq) + H2 (g) C) 3 D) 5 E) 4
17. Haga el balanceo de las siguientes ecuaciones: a) N2O5 (g) + H2O (l) → HNO3 (aq) b) PbS (s) + O2 (g) → PbO (s) + SO2 (g) c) C2H4O (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) d) Al(NO3)3 + Na2S → Al2S3 + NaNO3
18. Demuestre la ley de la conservación de la masa en las siguientes reacciones: a) Ca3(PO4)2 + H2SO4 ----------------- CaSO4 + H3PO4 b) C7H8O2 + O2 ---------------------- CO2 + H2O
19. Para la combustión del metanol, CH3OH CH3OH + O2 ------------------- CO2 + H2O Calcular el número de: a) Moles de oxigeno necesario para quemar 50 gramos de metanol b) Gramos de oxigeno necesarios para quemar 50 gramos de metanol c) Moles de metanol quemados para producir 45 gramos de vapor de agua d) Gramos de metanol quemados para producir 45 gramos de vapor de agua 20. El antimonio se obtiene calentando stibnita (Sb2S3) pulverizada con chatarra de hierro; el antimonio fundido se extrae del fondo del recipiente de reacción: Sb2S3 + Fe -------------------- Sb + FeS Suponga que se calienta 0.6 Kg de stibnita con 0.25 kg de limaduras de hierro para producir 0.2 kg de Sb metálico. Determine: a) El reactivo límite b) El porcentaje de reactivo en exceso c) Rendimiento d) Porcentaje de Conversión 21. ¿Cuál es el número mínimo de toneladas de cal viva que es preciso utilizar para absorber 200 toneladas de SO2(g) que se producen al quemar hulla en una planta eléctrica? CaO(S) + SO2(g) ------------- CaSO3(g) 22. El ácido sulfúrico se puede obtener a partir de la pirita de hierro puro (FeS2) de acuerdo con las siguientes ecuaciones: 4FeS2 + 11O2 -------------- 2Fe2O3 + 8SO2 2 SO2 + O2 ------------------------ 2 SO3 SO3 + H2O ---------------------- H2SO4 ¿Cuántos gramos de H2SO4 se pueden obtener a partir de 60 g de FeS2? 23. Cuando 1.5 moles de Al y 3 moles de Cl2 se combinan en la reacción 2Al(s) + 3Cl2(g)---- 2AlCl3(s), a) ¿Cuál es el reactivo límite? b) ¿Cuántos moles de AlCl3 se forman? c) ¿Cuántas moles del reactivo en exceso permanecen al final de la reacción? 24. Cuando 2 g de una cinta de zinc metálico se coloca en una disolución acuosa que contiene 2.5 g de nitrato de plata, la reacción es la siguiente: Zn(s) + AgNO3(aq) -- Ag(s) + Z(NO3)2(aq) a) ¿Cuál es el reactivo limitante? b) ¿Cuántos gramos de Ag se forman? c) ¿Cuántos gramos de Z(NO3)2 se forman? d) ¿Cuántos gramos del reactivo en exceso quedan al final de la reacción? 25. Imagínese que se encuentra trabajando en la forma de mejorar el proceso por el que se convierte en hierro el mineral de hierro que contiene Fe2O3: Fe2O3(s) + CO(g) ------ Fe(s) + CO2(g) a) Si se inicia con 150 g de Fe2O3 como reactivo límite, ¿Cuál es el rendimiento teórico del Fe? b) ¿Cuál es el rendimiento porcentual, si se obtuvieron 87,9 gramos de Fe? 26. Considere la siguiente reacción:
CH4 + O2 ------- CO2 + H2O
Si reaccionan 28.6 g de CH4 con 57.6 g de O2
a) ¿Cuál es el reactivo límite? b) Calcular los gramos de CO2 que se producen c) Calcule la cantidad en moles de reactivo en exceso que queda al final de la reacción.
27. Si una muestra de 800 g de mineral de hematina (Fe2O3) que contiene 80% en masa de Fe2O3, se trata de acuerdo a la siguiente reacción química: Fe2O3 + C -- Fe + CO2 Se quiere saber ¿Cuántos gramos de Fe se obtendrán? 28. Considere la reacción: MnO2 + HCl - MnCl2 + Cl2 + H2O Si reaccionan 0.86 moles de MnO2 y 48.2 g de HCl, ¿Cuál de los reactivos se consumirá primero? ¿Cuántos gramos de Cl2 se producen? 29. La preparación industrial del etilenglicol, que se utiliza como anticongelante para automóviles y en la preparación de fibra de poliéster. C2H4O + H2O ------ C2H6O2 Si se deja reaccionar 165 g de óxido de etileno con 75 g de agua, calcular: a) El rendimiento teórico del etilenglicol en gramos b) La cantidad de moles de reactivo en exceso que queda c) El porcentaje de rendimiento, si en realidad se obtienen 215 g de etilenglicol 30. Una muestra de 28 g de cinc se deja reaccionar con 75 g de H2SO4. Calcular: a) La cantidad de moles de reactivo en exceso que quedan al final de la reacción b) El volumen de hidrogeno en litros a condiciones normales que se producirán. c) El % de rendimiento, si prácticamente se obtienen 9 litros de H2 a condiciones normales (presión 1 atmosfera, temperatura 0°C) 31. Una compañía desea evaluar su productividad de mano de obra y su productividad total con un nuevo sistema computarizado de búsqueda de portadas. La compañía tiene un equipo de 4 personas, cada una trabaja 8 horas al día (con un costo de nómina de US$640/día) y los gastos generales son de US$400 diarios. Diariamente la empresa procesa y cierra 8 portadas. El nuevo sistema computarizado de búsqueda hará el posible el procesamiento de 14 portadas por día. Aunque el personal, sus horas de trabajo y los salarios serán los mismos, los gastos generales son ahora de US$800 diarios. Calcule: Productividad laboral con el antiguo y nuevo sistema Productividad total con el antiguo y nuevo sistema El cambio en % de incremento o decremento de los dos sistemas 32. Una compañía que fabrica muebles ha proporcionado los datos siguientes. Compare la mano de obra, las materias primas y suministros y la productividad total de 2014 y 2015. 2014 2015 Producto: Valor de la producción vendida $22000 $35000 Insumo: Mano de obra 10000 15000 Materias primas y suministros 8000 12500 Depreciación de equipo de capital 700 1200 Otros 2200 4800 ¿Mejoró o empeoró la productividad total de la compañía? 33. En una fábrica de ropa de moda en una semana específica, los empleados trabajaron 360 horas para producir un lote de 132 prendas, de las cuales 52 resultaron “segundas” (tienen defectos). Las segundas se
venderán a $90 cada una en los outlet. Las 80 prendas restantes se venderán a distribuidores minoristas a $200 cada una. ¿Cuál es la productividad de la mano de obra de este proceso de manufactura? 34. Los productos de un proceso están valorados en $100 por unidad. El costo de la mano de obra es de $50 por hora, incluidas las prestaciones. El departamento de información proporcionó la siguiente información acerca del proceso en las cuatro últimas semanas: Semana 1 Semana 2 Semana 3 Semana 4 Unidades producidas 1124 1310 1092 981 Mano de obra ($) 12735 14842 10603 9526 Materiales ($) 21041 24523 20442 18364 Gastos generales ($) 8992 10480 8736 7848 Use el cálculo de la productividad para ver si las recientes mejoras del proceso tuvieron algún efecto y; de ser así, cuándo se pudo observar el efecto. No olvidar revisar la utilidad cada semana.
