UNIVERSIDAD PÚBLICA DE EL ALTO INGENIERÍA CIVIL QUÍMICA Auxiliar: Ramiro Uluri Mamani PRACTICA 1 GASES IDEALES 1) Un manómetro de tubo abierto que contiene mercurio está conectado a un recipiente con gas. ¿Cuál es la presión del gas confinado en mmHg? en cada una de las sustancias siguientes: El mercurio en la rama conectada al gas es 4.5 cm superior a la rama abierta a la presión atmosférica, que es 0.95 atm. El mercurio de la rama conectada al gas está 3.8 cm abajo del mercurio en la rama abierta a la atmosfera; la presión atmosférica es 1.02 atm. Rpta: a) 681 mmHg; b) 813 mmHg 2) Un manómetro que conecta dos matraces (marcados A y B) contiene un aceite cuya densidad es de 0.847 g/ml. El aceite en el brazo conectado al matraz esta 74 cm más alto que el del brazo conectado al matraz B. El gas en el matraz A tiene una presión de 836 Torricelli. ¿Cuál es la Presión en el matraz B? Rpta: 882 Torr 3) 10 g de un gas inicialmente seco y de composición quinésica de hidrogeno y nitrógeno, se humedece hasta el 85% de humedad relativa a 25 oC determinar la presión que ejerce el nitrógeno en la mezcla ahora húmeda y contenida en el siguiente esquema, donde h =0,7 m de Hg, H= 14 m de agua Pv*(25 oC)=60mmHg 4) Un recipiente que tiene las condiciones de una garrafa de 20 L de capacidad contiene oxigeno gaseoso. Si a nivel del mar su presión manométrica es de -24,1 pulgadas de agua, cuando la temperatura es de 27°C ¿Cuál será la presión manométrica en la ciudad de La Paz en pulgadas de agua, si por un accidente se ha perdido 5,44g de oxígeno y la temperatura reinante es de 10°C. Rst: 15,71 plg de agua. 5) El sistema se encuentra en La Paz a 10°C. Determinar: a) La presión absoluta que ejerce el gas argón. b) La diferencia de presiones del gas argón con respecto al gas nitrógeno. c) La presión manométrica del gas nitrógeno. Rst: a) 460,31mmHg. b)-43,07mmHg c) 8,38mmHg 6) En la siguiente figura, un globo B de 10dm3 de capacidad, contiene un gramo de hidrogeno a 27°C, mientras que el recipiente A de 5dm3 de capacidad contiene oxígeno a 27°C. a) Calcular la densidad del oxígeno en las condiciones mostradas en la figura a, b) si e oxigeno se comprime isotérmicamente en un tercio de su volumen inicial, se produce una diferencia de alturas en la rama derecha del manómetro de h = 25cm (figura b).Determinar el volumen de globo en estas condiciones. Rst: a) 1,6g/L, b) 8,11L. 7) Se tiene un manómetro en U pero de lados desiguales “Lado Mayor L y Lado Menor l” donde “L” es igual a 100cm y “l” es 30 cm, en el que previamente se vierte mercurio por el lado largo hasta llenarlo completamente, atrapando todo el aire que se encuentra en el tubo manométrico a la temperatura de 20°C (el lado corto está completamente cerrado).Calcular: a)¿Cuál es la presión del aire encerrado?b)¿Cuantas moléculas de aire están encerrados? Rpta: a) 1300 mmHg ; b) 2.56 ∗ 1021 𝑚𝑜𝑙𝑒𝑐𝑢𝑙𝑎𝑠 8) En un recipiente rígido se introducen 10g de dióxido de nitrógeno que ejerce una presión de 430mmHg a una temperatura T. Si se añaden 3g de dióxido de carbono y 6g de nitrógeno gaseoso la temperatura se duplica. Calcular: a) la presión total, b) la presión de cada gas en la mezcla c) peso molecular de la mezcla. Rst: a) 1977, 5mmHg, b) 860mmHg; 269, 8 mmHg y 847,7mmHg, c) 38g/mol. 9) Se tiene 3 esferas conectadas entres si mediante válvulas, la esfera A contiene oxigeno gaseoso a 1 atm de presión y 0,5L. La esfera B contiene nitrógeno gaseoso a una presión de 0,8 atm y 0.3 L. La esfera C tiene hidrogeno a 1,5 atm y un volumen V; si la temperatura permaneces constante y las válvulas se abren, el sistema se estabiliza con una presión de 1,2 atm. (Considere volúmenes aditivos). Calcular: a) El volumen de la esfera C. b) La composición másica porcentual de la mezcla gaseosa. Rst: a) 0,73L b) 𝐎𝟐= 64%, 𝐍𝟐 = 27%,𝐇𝟐 = 9%. 10) Un alumno analizo una mezcla gaseosa y encontró que contenía 25 moles de oxígeno y 75g nitrógeno; a esta mezcla se le adiciona “w” gramos de nitrógeno por lo que la fracción molar del oxígeno disminuye en una novena parte. Determinar: a) La fracción molar final del nitrógeno. b) La cantidad “w”. Rst: a) 0,2079 b) 108,71g 11) Una mezcla gaseosa compuesta por 40% en masa de CO2 y el resto NO, se encuentra en un recipiente de 20 litros. Si se agregan 60% en masa de la mezcla gaseosa su temperatura se incrementa en 20 oC y la presión final resulta el doble del valor inicial. Se pide calcular a) la temperatura final de la mezcla gaseosa en grados Celsius. b) la masa inicial de la mezcla gaseosa a la presión inicial de 1 atmosfera R a) -1730C b) 104.78 g 12) Una muestra de etano se quema en un volumen de aire suficiente que contiene el doble de la cantidad de oxígeno necesaria para quemar al etano completamente en dióxido de carbón y agua. Después de que el etano se quema completamente. ¿Cuál es la composición en fracción molar de la mezcla gaseosa? supóngase que toda el agua presente en esta fase vapor y que el aire es 78% N2 y 21%O2 y 1% Ar en volumen R a) XCO2=0.057, XH2O=0.086, XO2=0.10, XN2=0.746 y XAR=0.01 13) A un recipiente de volumen desconocido se confinan 2160 g de una mezcla de metano y acetileno de peso molecular promedio 18 g/mol, ejerciendo una presión manométrica de 2psi. Por una operación adecuada se consigue extraer el 90% en masa de metano y 10% en masa de acetileno, sin variar el volumen ni la temperatura. Sin embargo se observa que la presión manométrica se reduce a 1 psi. ¿Cuál es el peso molecular de la mezcla que queda en el recipiente? Rspta: 6,34 g/mol. 14) Una mezcla de gas contiene 5% molar de butano y 95% molar de argón (M= 39,9 g/mol) y se va a preparar permitiendo que el compuesto orgánico gaseoso llene un cilindro evacuado a 1 atm de presión. Se pesa el cilindro con un volumen de 10,57 galones y se nos pide calcular la masa de argón para obtener la composición deseada, si la temperatura es de 537 R. Calcule la presión total de la mezcla. Rspta: 1,241 Kg; 20 atm. 15) Según la cromatografía de una muestra de gas natural se sabe que está compuesto de un 80% de metano, 6% de etano, 4% de propano y 10% de contaminantes. Se realiza un proceso de endulzamiento para separar los contaminantes como el CO2 y el N2 del gas natural. Una pequeña muestra de los gases contaminantes se introduce en un recipiente de 20 litros, realizándose algunas mediciones, se sabe que la mezcla contiene 60% N2 y 40% CO2, si se agrega un 60% en masa de la mezcla gaseosa se observa que su temperatura se incrementa en 36ºF y su presión final da como resultado el doble de su presión inicial, con estos datos se pide calcular: a) La temperatura final en grados Kelvin. b) La presión en psi que se tenía en un principio si se tiene una masa inicial de 200 g. Rspta: a) 100 K; b) 29,4 psi GASES HUMEDOS 16) Se tiene aire a 20OC y 1 atm de presión con una humedad relativa del 60% se comprime dentro de un tanque de 1000 litros de capacidad con un embolo a una presión final de 6 atm, la temperatura se eleva a 25 OC, la presión de vapor del agua a 20 OC y 25 OC respectivamente es 17.6 mmHg y 23.8 mmHg. Aplicando la ley de gases ideales y despreciando el volumen de agua que se condensa dentro del tanque, calcular el peso de la misma R 6.47 g de agua condensada 17) 5 litros de aire saturado de vapor etílico a 30 OC y 5 atm de presión están contenidos en un recipiente donde coexisten 3 g de alcohol líquido. Calcular a) la presión total final cuando el gas se expande a 20 litros y la temperatura aumenté a 40 OC b) la humedad relativa final c) la humedad absoluta final. Las presiones de vapor del alcohol etílico a 30 y 40°C so 78.8 y 135.3 mmHg respectivamente. Considerar Maire = 28.89 g/mol. R a) 1045.06 mmHg b) 62.13% c) 0.14 gvapor/gaire seco 18) Un científico debe medir la presión de vapor de agua a una cierta temperatura. Para ello recoge hidrogeno sobre agua, encontrándose que el gas húmedo contiene 4 mg de hidrogeno sobre agua y 1.08 mg de agua. Si la presión en el tubo recolector es de 14.7 psi, cuando la humedad relativa es del 50% ¿cuál será la presión de vapor de agua a esa temperatura? R 44.26 mmHg 19) El volumen de una mezcla de aire saturado de humedad a 50°C es de 4L a una presión de 2atm. El gas está contenido en un recipiente donde coexiste agua líquida. Calcular: a) La presión final cuando isotérmicamente esta masa gaseosa se expande sobre agua hasta un volumen de 20L. b) Los gramos de agua que se evaporan para mantener el aire saturado de humedad. c) La masa de aire seco. La presión de vapor de agua a 50°C es de 92,5mmHg. Rst: a) 378mmHg b) 1,32g c) 8,2g 20) Usted cuenta con un gas húmedo en un recipiente cubico de 1,2 pies de lado, si el recipiente está lleno hasta la tercera parte de un líquido de peso molecular de 25g/mol, además cuenta con un gas de propano en el resto del recipiente, así como vapor, a una temperatura de 25°C y una presión de 2atm; en estas condiciones tiene una humedad relativa de 46%. Si en un descuido de la caja se escapa el 20% en masa total del gas húmedo. a) ¿Cuál es la cantidad de la masa de vapor que se fuga? b) Si posteriormente de la fuga el gas es comprimido y condensado hasta alcanzar una presión de 4atm y una temperatura de 33°F. ¿Cuál es la cantidad en masa del vapor que regresa al estado líquido? c) Si luego de lo último se calienta en el envase hasta alcanzar una temperatura de 375K. ¿Cuál es la presión que soporta el envase si este no puede cambiar de forma? ¿Si el límite de seguridad es de 6atm, explota? Rst: a) 704g b) 0,772g c) Pf = 5,55atm, no explota. 21) Un universitario recoge 1L de nitrógeno sobre acetona a 20°C y 850mmHg, el gas obtenido tiene una humedad relativa de 75%, calcular: a) la masa de acetona que se ha evaporado, b) la masa de acetona que retorna al estado líquido si el gas se comprime isotérmicamente hasta 5atm, c) a partir de las condiciones iniciales calcule el volumen de nitrógeno seco en CN (La presión de vapor de la acetona a 20°C es de 198mmHg) Rst: a)0,471g b) 0,349g c) 0,86 L. 22) En el laboratorio de la Facultad de Ingeniería de la UMSA se realiza el siguiente experimento: se hace burbujear una cantidad de moles de anhídrido seco cobre vapor de tolueno. El sistema se estabiliza a 40°C y la altura manométrica es de 30cm. Si el volumen ocupado por la mezcla es de cuarto dm3 , calcular: a) La fracción molar del vapor. b) El peso molecular promedio. Considerar la presión de vapor máxima del tolueno a 40°C es de 75mmHg, su densidad relativa es 0,86 y la presión barométrica en Tiquipaya es de 610mmHg. Rst: a) 0,12 b) 106,08g/mol. 23) Se tiene una esfera de radio 15,6cm que contiene aire húmedo con vapor de agua, a una temperatura de 25°C y una presión de 14,82 lbf /pulg 2 . La presión de vapor a 25°C es igual a 23,8mmHg. Calcular: a) La masa total de aire húmedo en gramos. b) Suponiendo que el sistema es cerrado y la temperatura desciende a 15°C, calcular el porcentaje de agua que se condensa. La presión de vapor a 15°C es igual a 12,8mmHg. Considere aire formado por 21% de oxígeno y 79% de nitrógeno. Rst: a) 18,89g b) 45,95%. 24) Se recoge 1L de nitrógeno sobre acetona a 25°C y 1,1324∗ 105 Pa; el gas obtenido tiene una humedad relativa del 50%. Calcular: a) La nueva humedad relativa si en el recipiente, en el cual se ha recogido nitrógeno, existía 0,2g de acetona evaporado completamente. b) Si el gas se comprime isotérmicamente a 5atm ¿Qué masa de gas retorna al estado líquido? (Presión de vapor de la acetona a 25°C es de 198mmHg) Rst: a) 82,42% b) 0.391g 25) En el laboratorio de química de la Facultad de Ingeniería de la UPEA, se hacen burbujear 2,7mg de hidrogeno seco sobre agua. Luego se estabiliza el sistema a 25°C (Pv a 25°C = 23,8mmHg) de acuerdo a la figura, en el cual h=30cm. Si el volumen ocupado por el gas húmedo es de 50cm3 . Calcular: a) La fracción molar de hidrogeno. b) La densidad de la mezcla húmeda. Rst: a) 0,9547. b) 0,002g/L
