Ejercicios de fisicoquímica 2

Ejercicios de fisicoquímica

Se ha recogido 200ml  de nitrógeno sobre agua a 27°C y 710 mm de Hg de presión total. La  tensión de vapor a esta temperatura es de 25 mm Hg. Calcular el volumen del gas seco (nitrógeno)  a:

a      a)     A Condiciones estándar.

b      b)    A condiciones normales de la ciudad de Cusco.

c      c)     A condiciones normales de Lima.

a)                 Calcular el volumen del gas seco (nitrógeno)  a condiciones estándar:

Presión= 1 atm

Temperatura =  0°C 

DATOS

Volumen  (ml) de nitrógeno convertir a volumen (L)

V(N₂ )=200ml 1L/1000ml=0,2L

Temperatura °C convertir a K

27℃+273.15=300.15K

Presión mmHg convertir a la unidad de atm

Ptotal=710 mmHg *1atm/760 mmHg=0.93421 atm

P(H2O)=25mmHg *1atm/760 mmHg=0.03289 atm

V(N₂ )=? 

SOLUCIÓN

PT=P(H₂O)+P(N₂ )

Despejando la presión del nitrógeno

P(N₂ )=PT- P(H₂O)

P(N₂ )=0,93421atm-0,03289atm

P(N₂ )=0,90132atm

Se utiliza la ecuación universal de los gases ideales

PV=nRT

Se determina los números de moles  del nitrógeno

n=PV/RT

n=(0,90132atm*0,2L)/(0,08206 Latm/molK*300.15K)

n=0,00732mol

Se  calcula el volumen del gas seco (nitrógeno)  a condiciones estándar.

PV=nRT

V=nRT/P

V=(0,00732mol*0.08206 Latm/molK*273.15K)/1atm

V=0,16428L

Para desarrollar la b) y la c) se debe tener en cuenta las condiciones normales  de presión y temperatura (promedio) del lugar:

A condiciones normales de la ciudad del Cusco

La ciudad del Cusco a la altura de 3399  msnm la presión  es de 507.80 mmHg y para los cálculos se considera una temperatura promedio anual de 15° C.   y  para los cálculos  exactos del experimento o ensayo se debe tomar la temperatura del momento y la altura del lugar. 

A condiciones normales de la provincia constitucional del Callao-Lima.

La ciudad del Callao esta a una altura de 5  msnm (prácticamente al nivel de mar) por lo tanto la presión  es de 760 mmHg y con una temperatura promedio anual de 25° C.  Para los cálculos  exactos del experimento o ensayo se debe tomar la temperatura del momento y la altura del lugar.

Un bulbo de densidades  gaseosas pesaba 29,3215 g cuando estaba vacío y cuando se llena con CO₂ a 104 °F y a 101 325 pascal pesa 30,0079 g. Llenado con una mezcla gaseosa de CO y CO2, bajo las mismas condiciones peso 29,9330 g. Calcule el porcentaje volumétrico o molar del CO en la mezcla gaseosa ultima.

DATOS

Bulbo cuando está vacío pesa= 29,3215g

El bulbo  llenado con CO₂ pesa=30,0079g

Temperatura 104 °F

Presión 101 325 pascal

Peso de la mezcla (CO+CO₂)=29,9330g

%V CO=?

SOLUCIÓN

1.- Convertir la temperatura °F a K

Temperatura 104 °F         

104=9/5 (°C)+32

((104-32)*5)/9=°C

La conversión es  40°C +273.15 = 313.15 K

También en forma directa se puede convertir los °F  a K

104=9/5 K-459,67

((104+459,67)*5)/9=313.15 K

2.- Convertir la presión de pascal a atmósfera

Presión 104 pascal

 101 325pa*(1 atm)/(101 325 pa)

Entonces la presión es 1 atm

Utilizando la tabla de conversión

101 325 pa * 9,869x10-6=0.999976425= 1atm

3.- Se calcula el peso de CO2

Peso CO₂= peso del bulbo llenado con CO₂ - peso del bulbo vacío

W CO₂  = 30,0079g - 29,3215g = 0,6864g

4.-Se determina los moles de CO₂

nCO₂=mCO₂/MCO₂ =0,6864g/(44 g/mol)=0,0156 mol

5.-Se determina el volumen del bulbo

V=nRT/P=(0,0156mol*0.08206atm/molK*313.15K)/1atm=0.40087L

6.- Se determina los números de moles finales

n=PV/RT=(1 atm*0,40087L)/(0,08206 Latm/molK*313,15K)=0,01559

7.-Se determina los moles de CO y CO₂ en la mezcla

Sea x = moles de CO 

Sea y= moles de CO₂

Entonces:               x + y =  0,01559 mol    ………………(a)

Si  la masa de la mezcla:  Wm = 29,933g - 29,3215g = 0,6115g

Si la masa  de CO:  WCO =  x mol* 28g/mol =   28x

Si la masa de CO₂:  WCO₂ = y mol*44g/mol = 44y

Por consiguiente:  28x + 44y =  0,6115 mol    …………(b)

Resolviendo  las ecuaciones a y b

    x + y =  0,01559      …………(a)

28x + 44y =  0,6115    …………(b)

x  =  0,01559 – y  reemplazar en (b)

28(0,01559 – y) + 44y   =  0,6115

     0,4368 – 28y + 44y    =  0,6115

y   =   0,011 moles de CO₂ reemplazar en (a)

x + 0,011 =  0,01559       …………(a)

x = 0,01559-0,011= 0,00459 =4,5*10-3 moles de CO

8.-Se calcula el % volumen = % molar

 %VCO₂=0.011/0.0156*100=70.5%

% VCO =100% - 70.5% =  29.5%