7/25/2019 problemas espontaneidad y equilibrio

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Tema 4. Espontaneidad y Equilibrio

1.- Un gas cuya ecuacin de estado viene dada por: PV=n(RT+PB), donde B es constante, sufre una

expansin isotrmica desde una presin inicial P1hasta una presin final P2. Obtener las expresiones

de G y A en este caso.

Sol.

2.- a) Hallar el valor (S / V)Tpara el gas de Van der Waals, cuya ecuacin de estado es :2/( ) /P RT V b a V .

b) Deducir una expresin para la variacin de entropa en la expansin isotrmica de 1 mol de gas de

Van der Waals desde V1hasta V2.

c) Comparar el resultado anterior para la misma variacin de volumen de un gas ideal.

Sol. a)b)

c)

3.- Cuando 1 mol de glucosa se oxida a 25 C segn la ecuacin

C6H12O6 (s)+ 6 O2 (g)6 CO2 (g)+ 6 H2O (l)

medidas calorimtricas dan U= 2808 KJ y S = 182,4 J/K a esa temperatura, en condiciones

estndar. Qu energa puede extraerse como: a) calor a presin constante; b) como trabajo?

Sol. a) H = 2808 KJ

b) Wsist= A = 2862 KJ

4.- Un sistema contiene un gas cuya capacidad calorfica molar a presin constante es 5R/2, y sigue la

ecuacin de estado: PV= n (RT+BP), con B=82 cm3mol1. Determinar:

a) el coeficiente de expansin trmica y el factor de compresibilidad isoterma del sistema;

b) su coeficiente de Joule-Thomson;

c) la temperatura final del gas cuando un mol de este sufre una expansin adiabtica estrangulada

desde 500K y 50 atm hasta una presin final de 1 atm

d) H, W y Sgasen el caso anterior.

Sol. a) = R/(RT+BP) = RT/P(RT+BP)b) = 0.4 K/atmc) T = 520 K

d) H = 0 W = 57.6 cal S = 7.96 cal/K

5.- Dos moles de un gas ideal diatmico contenido en un recipiente de paredes adiabticas y rgidas secalientan mediante una resistencia elctrica absorbiendo 1000 J de energa. Si el gas se encontraba

inicialmente a 25 C y 1 atm y su entropa tipo a 25 C es de 223 J.K1

.mol1

, calcular U, H, S,

A y G. CV= 5/2 R.

Sol. U = Q = 1000J H = 1396.7 J S = 3.2 J/K G = 10377.3 J A = 10778.0J

6.- Para el H2O liquida a 25C, = 2,0 104

K1

; se puede tomar la densidad como 1g/cc. Se comprime

isotrmicamente un mol de H2O a 25C desde 1 hasta 1000 at. Calcular S. a) Suponiendo que el

H2O es incompresible; b) suponiendo que = 4,53 105

at1

.

Sol. a) S = 0.365 J/K

b) S = 0.358 J/K

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7.- Se calienta un mol de He desde 200C hasta 400C a una presin constante de 1 atmsfera. La

entropa absoluta del He a 200C es de 32.3 calK1

mol1

. Suponiendo que el He se comporte como gas

ideal, calcular G, H y S para este proceso. G resulta negativo, significa esto que el proceso es

espontneo? Justificar la respuesta. 5 / 2P

C R

Sol. S = 1.75 cal/K

H = 993 cal

G = 6645 cal

8.- Demostrar que V

V

CS

P T

9.- CalcularT

U

V

y el coeficiente de Joule para un gas de Van der Waals.

Sol.2

T

U a

V V

10.- Esbozar los siguientes diagramas para un ciclo de Carnot reversible de un gas ideal con CPy CVconstantes. a) P frente a S, b) U frente a P, c) T frente a P, d) H frente a P, e) V frente a T, f) S frente

a V, g) V frente a U, h) U frente a H, i) U frente a T, j) H frente a T, k) U frente a S, l) H frente a S.