EJERCICIOS DE PRIMERA LEY

"Nunca consideres el estudio como una obligación, sino como una oportunidad para penetrar en el bello y maravilloso mundo del saber."

Albert Einstein.

1. 0.85 moles de un gas ideal a 15 atm y 300 K, se expanden hasta que su presión final y su temperatura son 1 atm y 300K, respectivamente. Calcular el trabajo (W) efectuado por el gas, si la expansión se lleva a cabo:
a) en el vacío.
b) a presión constante de 1 atm.
c) isotérmicamente (trabajo reversible).
Resp. a) W = 0; b) W = 19.52 l·atm; c) W = 56.6 l·atm.

2. Tres moles de helio se encuentran inicialmente a 20 ºC y 1 atm. ¿Cuál será el trabajo efectuado por el gas, si se duplica el volumen a:
a) presión constante?
b) isotérmicamente?
Resp. a) W = 36.04 l·atm = 879 cal; b) W = 49.96 l·atm = 1218.5 cal.

3. Un mol de un gas perfecto a 1 atm de presión y 25 ºC, se comprime por vía reversible e isotérmica hasta 9 atm. ¿Cuáles serán los valores de Q y W en calorías?
Resp. Q = W = - 53.7 l·atm = -1309.5 cal.

4. Un litro de aire a 25ºC se deja expandir adiabáticamente hasta que el volumen es de 2 lt. Si la capacidad calorífica del aire a volumen constante es de 4.9 cal/K·mol, ¿cuál será la temperatura centígrada final?
Resp. T2 = 224.3 K = - 48.72 ºC.

5. Un mol de un gas ideal monoatómico se somete al ciclo reversible mostrado en la siguiente figura. Calcular Q, W y DE para cada etapa, escribiendo los resultados en la tabla.
La etapa C es un proceso desconocido en el que Cp = Cv –R.

Estado P (atm) V (lt./mol) t (ºC)
1 4.89 5 25
2 1 5  
3 1 11.05  
Proceso Proceso Q (cal) W (cal) DE (cal)
(a)        
(b)        
(c)        
  Ciclo      

Resp. en los siguientes cuadros:

Estado P (atm) V (lt./mol) t (ºC)
1 4.89 5 25
2 1 5 -212.06
3 1 11.05 -138.3
Proceso Tipo Q (cal) W (cal) DE (cal)
(a) Isocórico -711.18 0 -711.18
(b) Isobárico 368.7 147.56 221.13
(c) Desconocido 163.3 -326.6 489.9
  Ciclo -179.18 -179.04 0

6. Un mol de gas ideal a 27 ºC y 1 atm de presión se comprime adiabática y reversiblemente hasta una presión final de 10 atm. Calcular la temperatura final T2, Q, W, DE y DH. Para un gas monoatómico, Cv = 3 cal/mol K.
Resp. T2 = 755.21 K; Q = 0; DE = 1365.63 cal; W = - 1365.63 cal; DH = 2276.05 cal.

7. Suponiendo que el CO2 se comporta como un gas ideal, calcular el trabajo hecho por 10 g del mismo en la expansión isotérmica y reversible desde un volumen de 5 lt. a 10 lt., a temperatura de 27 ºC. ¿Cuáles son los valores de W, Q, DE y DH en este proceso?
Resp. Q = W = 95 cal; DE = 0; DH = 0.

8. Ocho gramos de oxígeno a 27 ºC bajo una presión de 10 atm se expanden adiabática y reversiblemente hasta la presión final de 1 atm. Hallar la temperatura final y los valores de W, Q, DE y DH.
Resp. T2 = 155.38 K; W = 180.7 cal; Q = 0; E = - 180.7 cal; H = - 253.1 cal.

9. Con base en los datos siguientes datos a 25ºC, calcular los calores estándares de formación a) del FeO(s) y b) del Fe2O3(s).


1. Fe2O3(s) + 3C(grafito) = 2Fe(s) + 3CO(g)

DHº = 117.3 kcal

2. FeO(s) + C(grafito) = Fe(s) + CO(g)

DHº = 37.3 kcal

3. C(grafito) + O2(g) = CO2(g)

DHº = -94.05 kcal

4. CO(g) + 1/2O2(g) = CO2(g)

DHº = -67.63 kcal

Resp. a)Hº = - 63.72 kcal; b)H = - 196. 56 kcal.

10. Una muestra de urea cristalizada, que pesa 1.372 g, se ha quemado en una bomba calorimétrica, cuya capacidad calorífica efectiva es de 1176 cal/ º. La temperatura ha variado desde 21.34 a 24.29ºC. Los productos de reacción son dióxido de carbono, agua líquida y gas nitrógeno. (Peso molecular de la urea = 60.05 g/mol).
a)¿Cuál es la variación en cal / mol de DE en el sistema en reacción para el proceso de combustión?
b)¿Cuál es el valor de H para la combustión de la urea en kcal por mol?
Resp. a)Qv = E = - 151.8 kcal / mol; b)Qp = H = - 151.5 kcal / mol.

11. Los cambios de entalpía en la combustión completa de α-D-glucosa (C6H12O6) y maltosa (C12H22O11) cristalinas a 298 K, son:


C6H12O6(c) + 6O2(g) = 6CO2(g) + 6H2O(l)

DHº = -2809.1 kJ/mol

C12H22O11(c) + 12O2(g) = 11H2O(l) + 12CO2(g)

DHº = -5645.1 kJ/mol

Calcule el cambio de entalpía que se produce durante la transformación de 1 mol de glucosa cristalina a maltosa cristalina.
Resp. H = 13.45 kJ / mol.

12. A partir de los siguientes datos, calcule DHº para la hidrólisis de urea, que dá CO2 y NH3 en solución acuosa.


1. C(grafito) + 2H2(g) + 1/2O2(g) + N2(g) = H2NCONH2(ac)

DHºf = -317.77 kJ/mol

2. H2(g) + 1/2O2 = H2O(l)

DHºf = -285.85 kJ/mol

3. C(grafito) + O2(g) = CO2(ac)

DHºf = -413.8 kJ/mol

4. 1/2N2(g) + 3/2H2(g) = NH3(ac)

DHºf = -80.7 kJ/mol

Resp. H2NCONH2(ac) + H2O(l) = CO2(g) + 2NH3(ac); H = 28.4 kJ / mol.

13. Para la combustión completa del etanol: C2H5OH(l) + 3O2(g) = 2CO2(g) + 3H2O(l) la cantidad de calor producido se determinó mediante una bomba calorimétrica y fue de 1364.47 kJ/mol a 25ºC. Calcule DH para la reacción.
Resp. H = 1362 kJ / mol.

14. Dados los valores de DH a 25 ºC y 1 atm para las siguientes reacciones:

a)Calcular DH para la hidrogenación de etileno a 25ºC:
b)Calcular el calor de combustión de etileno a 25ºC.
c)Calcular DE para la reacción en (a), estableciendo las consideraciones pertinentes.
Resp. a)H = - 32.8 kcal; b)H = - 337.3 kcal; c)E = - 31.4 kcal.