1. Determine la cantidad de agua medida a 120 °C y 1 atm de presión que se debe mezclar con 250 litros de agua a 20 °C, para obtener una mezcla a 65 °C.

Te = 65 °C densidad agua (l) = 1 gr/mlV L a 120 X gr 250 L a 20 °C 250 L * (1000 ml/L) * (1 gr / 1ml) = 250000 gr

X gr a 120 °C 250000 gr a 20 °CQ1 = X gr * (0.5 cal/gr °C) * -20 °C = -10X cal QA = 250000 gr * (1 cal/gr °C) * 45 °CQ2 = X gr * (-540 cal / gr) = -540X cal = 11250000 cal Q3 = X gr * (1 cal/gr °C) * -35 °C = -35X cal

Q1 + Q2 + Q3 + QA = 0-10X cal + (-540X cal) + (-35X cal) + 11250000 cal = 0 resuelve la ecuación y despeja XX = (11250000 cal / 585 cal) = 19230.77 gr

Densidad del agua (vapor) = 0,532 Kg/L = 532 gr/L a 1 atm de presión

19230.77 gr * (1 L / 532 gr) = 36.15 L

2. El punto de ebullición normal de la acetona (Mw = 58) un importante disolvente en el laboratorio y en la industria es de 56.2 °C y su calor de evaporización es de 6095 cal/mol.

a) A qué temperatura presenta una presión de vapor de 425 torr

In |pv1/pv2| = (Ee/R) * (T2-1 – T1

-1) R = 1.9872 cal/mol * °KPresión de la acetona en punto de ebullición = 760 torr Ee = 6095 cal/molPv1 = 760 torr pv2 = 425 torr T1 = 56.2 C = 329.2 °K

In |760 torr / 425 torr| = ((6095 cal/mol) / (1.9872 cal/mol * °K))*(T2-1 – 329.2 °K-1)

0.58123 = (3067.13 °k) * (T2-1 – 329.2 °K-1)

(T2-1 – 329.2 °K-1) = (0.58123 / 3067.13 °K)

T2 = 1 / (0.0001895 °K + 329.2 °K)T2 = 309.869 °K

b) Si el vapor se comporta como un gas ideal y se recoge en un recipiente cuyo volumen es de 4.5 litros. Cuántos gramos de acetona se tienen a las condiciones anteriores

V = 4.5 L T = 309.869 °K P = 425 torr = 0.56 atm Mw = 58 gr/mol R = 0.082 atm * L / mol * °K

PV = nRT pero n = w/Mw entonces PV = (w/Mw)*RTw = (P * Mw) / RT w = (0.56 atm * 58 gr/mol) / [(0.082 atm * L / mol * °K) * 309.869 °K]w = 1.278 g

c) Cuál será la densidad del vapor a las condiciones anteriores

Pw = dRT porque la densidad es masa sobre volumen P = 0.56 atm w = 1.278 gr R = 0.082 atm * L / mol * °K T = 309.869 °K

d = (Pw) / (RT) d = (0.56 atm / 1.278 gr) / ((0.082 atm * L / mol * °k) * 309.869 °K)d = 0.0281 gr/L

d) Cuánto calor se requiere para vaporizar los 4.5 litros de acetona Ya como definimos anteriormente que en los 4.5 L de acetona hay 1.278 gr de éste y su calor de evaporización es de 6095 cal/mol, entonces:

ΔH = 6095 cal/mol * (1 mol / 58 gr) = 105.086 cal/grQ = ΔH * w Q = (105.086 cal/gr) * 1.278 g = 134.3 cal

3. Cuántos gramos de cobre pueden calentarse de 10 °C a 1200 °C con 150000 cal. Sí se tienen los siguientes datos de éste: Cp (s) = 5.85 cal/mol °C Cp (l) = 7.5 cal/mol °C T fusión = 1083 °C ΔH fusión = 3100 cal/mol

Hay que transformar los datos anteriores del cobre de moles a gramos usando como factor el peso molecular de éste, Mw = 63.54 gr/mol

Cp (s) = (5.85 cal/mol °C) * (1 mol / 63.54 gr) = 0.0921 cal/gr °CCp (l) = (7.5 cal/mol °C) * (1 mol / 63.54 gr) = 0.118 cal/gr °CΔH fusión = (3100 cal/mol) * (1 mol / 63.54 gr) = 48.79 cal/gr

Cálculo de los tres calores involucrados (dos calores sensibles y uno latente) en el calentamiento (la variable involucrada en los tres calores es la masa) =

Q1S = m*Cp*ΔT Q1S = Xg*(0.0921 cal/gr °C)*1073 °C = 98.82X cal ΔT = 1083 °C – 10 °C = 1073 °C

Q2L = m* ΔHQ2L = Xg*(48.79 cal) = 48.79X cal

Q3S = m*Cp* ΔTQ3S = Xg*(0.118 cal/gr °C)*117 °C = 13.81X cal ΔT = 1200 °C – 1083 °C = 117 °C

Q1S + Q2L + Q2S = 150000 cal98.82X cal + 48.79X cal + 13.81X cal = 150000 cal 161.42X cal = 150000 cal X = (150000 cal / 161.42 cal) = 929.25 gr

4. Se mezclan 50 gramos de agua a 130 °C con 160 gr de agua a -8 °C. Determine: a. La temperatura de equilibrio del sistema

130_ _ _ _ _ _ _ Q1

100_ _ _ _ _ _ _ Q2 q3

qC

0_ _ _ _ _ _ _ _ QB

8_ _ _ _ _ _ _ _ QA

De 50 gr de agua a 130 °C Q1 = 50 gr * (0.5 cal/gr °C) * (-30 °C) = -750 calQ2 = 50 gr * (-540 cal/gr) = -27000 cal

De 160 gr de agua a -8 °CQA = 160 gr * (0.5 cal/gr °C) * (8 °C) = 640 cal QB = 160 gr * (80 cal/gr) = 12800 cal

Q1 + Q2 + q3 + QA + QB + qC = 0

-750 cal - 27000 cal + [50 gr * (1 cal/gr °C) * (Te – 100 °C)] + 640 cal + 12800 cal + (160 gr * (1 cal/gr °C) * (Te – 0) = 0

-27750 cal + 50Te cal – 5000 cal + 13440 + 160Te cal = 0 210Te cal = 19310 cal lo que esta negativo pasa positivo Te = 19310 cal / 210 cal = 91.95 °C

b. La composición del agua en el punto de equilibrio El punto de equilibrio que surgió dentro de las dos temperaturas con diferente peso uno del otro fue dentro del rango entre 0 °C y 100 °C, es decir, que el punto de equilibrio tuvo una composición liquida casi gaseosa (casi gaseosa ya que su temperatura de equilibrio fue exactamente 91.95 °C).

c. El calor necesario para calentar el agua hasta 130 °C De 160 gr de agua a -8 °C hasta 130 °CQA = 160 gr * (0.5 cal/gr °C) * (8 °C) = 640 cal QB = 160 gr * (80 cal/gr) = 12800 cal QC = 160 gr * (1 cal/gr °C) * (100 °C) = 16000 cal QD = 160 gr * (540 cal/gr) = 86400 cal

QE = 160 gr * (0.5 cal/gr °C) * (30 °C) = 2400 cal

QTOTAL = 640 cal + 12800 cal + 16000 cal + 86400 cal + 2400 cal = 118240 cal necesario

d. El calor extraído para enfriar el agua hasta -8 °CDe 50 gr de agua a 130 °C hasta -8 °CQ1 = 50 gr * (0.5 cal/gr °C) * (-30 °C) = -750 calQ2 = 50 gr * (- 540 cal/gr) = -27000 calQ3 = 50 gr * (1 cal/gr °C) * (-100 °C) = -5000 calQ4 = 50 gr * (- 80 cal/gr) = - 4000 calQ5 = 50 gr * (0.5 cal/gr °C) * (- 8 °C) = - 200 cal

QTOTAL = (-750 cal) + (-27000 cal) + (-5000 cal) + (-4000 cal) + (-200 cal) = - 36950 cal extraído