EJERCICIOS PROPUESTOS SOBRE GASES

1. Una mezcla de N2 y O2 tiene de densidad 1.185 g/L a 25C y 101.3 kPa. Halle la fraccin molar y la fraccin en volumen de O2 en la mezcla asumiendo comportamiento de gas ideal. RTA: fraccin molar: 0.241; fraccin en volumen: 0.241

2. Un reactor de 22.4 L, inicialmente a 273.15 K, contiene 2 n de H2, 1 n de N2. Si se hace reaccionar todo el H2 con suficiente N2 para formar NH3, calcular las presiones parciales y la presin total de la mezcla final RTA: PT:1.66 atm

3. Un tanque contiene metano C1 a 1000 psia y 140 F. Otro tanque de igual volumen

contiene C2 a 1100 psia y 140 F. Los dos tanques se conectan permitiendo que los gases se mezclen y la temperatura se restaure a 140F. Calcule la presin final, la composicin molar de la mezcla y la presin final de cada uno de los componentes a las condiciones finales, asumiendo comportamiento de gas ideal. RTAS: PFINAL: 1050 psia; yC1= 0.476; PC1: 500 psia; PC2= 550 psia

4. Una mezcla de gases est compuesta por etano y n-pentano. La mezcla gaseosa se

coloca en una celda de 200 mL de capacidad a una presin de 750 mm Hg y 20C. Si la masa del gas en la celda es de 0.3566 g, cul es el porcentaje molar del etano en la mezcla? RTA: 68.3

5. Determine la composicin en fraccin en peso de la siguiente mezcla:

Componentes Fraccin Molar yi C1 0.65 C2 0.1 C3 0.1 C4 0.1 C5 0.05 6. Calcular la presin en psia ejercida por el metano en la siguiente mezcla de gases si la mezcla gaseosa se encuentra a la presin de 750 psia. Asuma que el gas se comporta como una mezcla de gases ideales: Componentes Composicin en peso C1 0.85 C2 0.1 C3 0.05 RTA: 691.77psia 7. El aire puro es una mezcla de gases principalmente N2, O2 y pequeas cantidades de otros gases. Calcule la masa molar aparente del aire que tiene la siguiente composicin molar: Componentes Composicin molar N2 0.78 O2 0.21

Ar 0.01 RTA: 28.9702 8. Un gas tiene la siguiente composicin: Componentes yi C1 0.75 C2 0.07 C3 0.05 C4 0.04 C5 0.04 C6 0.03 C7 0.02 Asumiendo comportamiento ideal, calcule las siguientes propiedades del gas en unidades inglesas a 1000 psia y 100F.

a. Ma b. Gravedad especfica. c. Densidad del gas. d. Volumen especfico.

9. Cul es la gravedad especfica de la siguiente mezcla gaseosa: Componentes Presin Parcial (psia) C1 17.08 C2 1.0 C3 0.4 i-C4 0.2 n-C4 0.6 10. Un gas compuesto por C1 y C2 tiene gravedad especfica 0.75. Calcule asumiendo comportamiento de gas ideal:

a) Fraccin molar del C1 b) Fraccin en volumen del C2 c) Porcentaje en peso de C1 d) Porcentaje en peso de C2 RTAS: a) 0.6; b) 0.4; c) 44.55% d) 55.55%

11. Se tienen 2 recipientes A y B; el recipiente A contienen 4g de Ar y una cantidad desconocida de N2; su presin total es de 2.5atm, su temperatura 27C y la fraccin molar de Ar es 0.4. El recipiente B tiene volumen de 4L, contiene oxgeno recogido sobre agua y soporta una presin de 779.1 mmHg, Los dos recipientes a la misma temperatura (27C) estn unidos por un pequeo tubo de un volumen despreciable y permanecen separados por una llave de paso (ver figura adjunta). Calcular asumiendo comportamiento de gas ideal:

a) Volumen del recipiente A (L)

b) Moles de N2 en el recipiente A c) Gramos de vapor de agua en el recipiente B d) Presin total del sistema (atm) si se abre la llave de paso y se deja que los gases se difundan hasta llegar al equilibrio, manteniendo la temperatura constante

PVAPOR agua a 27C = 26.739 mmHg RTAS: a) 2.46 L; b) 0.15 moles; c) 0.105 g; d) 1.587 atm

12. En un recipiente cerrado se coloca n-butano con una cantidad molar de oxgeno que es cuatro veces la cantidad precisa que se necesita para la combustin del gas. Calcular la fraccin molar de cada componente en la mezcla gaseosa resultante despus de la combustin, teniendo en cuenta que el agua formada se encuentra en fase gaseosa. RTAS: 0.684O2; 0.175 H2O; 0.140 C02. 13. Un tanque de 20 pie3 a 100F alcanza una presin de 200 psia cuando se introduce un alcano normal gaseoso a las condiciones anteriores. Se agregan posteriormente 10 lb de etano y la gravedad especfica de la mezcla es 1.68. Asumiendo comportamiento ideal conteste lo siguiente: a. Masa molar, nombre y frmula molecular del alcano original. b. Volumen molar de la mezcla en unidades inglesas c. Volumen msico de la mezcla en unidades inglesas 14. Una muestra de gas natural tomada a 500 psi manomtrica y 250C se separa por cromatografa; los clculos indican que la masa de cada compuesto en el gas son: Componente libras C1 100 C2 240 C3 150 N2 50 a) Calcular la densidad del gas en unidades inglesas b) Calcular el volumen molar en L/gn RTA: a. 1.41, b. 1.22 15. La ley de distribucin baromtrica muestra la variacin de la presin atmosfrica con la altura mediante la ecuacin:

H2O

O2

Ar+N2

A

B

RTzgM

ii

i

ePP

..

0

Donde: Pi: Presin del gas a z y T especficas. Pi

o: Presin del gas a nivel del mar. g: Aceleracin de la gravedad 9.8 m/s2 Mi Masa molar del gas en kg/mol z = altura (m) R = 8.3145J/mol.K T = Temperatura (K) Calcule la presin atmosfrica de Neiva expresada en Pa, que se encuentra situada a 442 m sobre el nivel del mar y que su atmsfera tiene una temperatura de 30C. RTA: 9.64x104 Pa 16. El volumen molar de un gas seco medido a 200F y diferentes presiones est dado a continuacin. Calcule el coeficiente de compresibilidad isotrmico del gas a 900 psia y 200F. Compare este resultado con el coeficiente de compresibilidad de un gas ideal a 900 psia y 200F. Presin (psia) Volumen molar (pie3/n-lb) 600 10.6 700 9.7 800 8.9 900 8.4 1000 8.1 1100 7.9 1200 7.8 17. Compare las velocidades de difusin del He y del Ne.

18. Si un gas se difunde 2.92 veces ms rpido que el NH3, calcule la masa molar aproximada del gas desconocido.

19. Se recolect 35 mL de oxgeno sobre agua en un eudimetro que estaba a 20C y a

una presin total de 650 torr. La presin parcial del vapor de agua a 20C es 17.5 torr. Calcular:

a. Fraccin molar del vapor de agua en torr b. Calcular la presin parcial del oxgeno en atmsferas

Rta: a. 0.0269

20. A 27C, 500 cc de H2 medidos a una P de 400 mm de Hg y 1000 cc de N2

medidos bajo una presin de 600 mm de Hg se colocan dentro de un frasco

evacuado de 2 L de capacidad. Calcule la P resultante en mmHg. Rta: 400

21. 0.1160g de una mezcla de H2 y N2 se recogieron sobre agua a 50C y ocuparon un

volumen de 275 mL a la presin total de 1 atm. Calcule la composicin de la mezcla

seca en % moles. La presin de vapor del agua a 50C es 93 mm Hg.

22. Una cpsula de vidrio se evacu completamente y se pes; luego se llen con aire y

nuevamente se pes; la misma cpsula de vidrio completamente evacuada se llen

con una mezcla de metano C1 y etano C2; todos los pesos se tomaron a las mimas

condiciones de P y T; los valores se anotan en la siguiente tabla:

Cpsula vaca Cpsula + aire Cpsula + mezcla 37.9365 g 38.0739 g 38.0347 g

a. Calcule el MWa de la mezcla conformada por C1 y C2 en unidades del sistema

ingls

b. (1 PUNTO). Llene la siguiente tabla:

Componente Wi yi

C1

C2

C. Calcule la densidad de la mezcla gaseosa en unidades del sistema ingls,

asumiendo comportamiento de gas ideal, a la presin de 1000 psia y T de 150 F.

23. El volumen molar de un gas seco medido a 200F y diferentes presiones est El volumen molar de un gas seco medido a 200F y diferentes presiones est dado a continuacin. Calcule el coeficiente de compresibilidad isotrmico del gas a 900 psia y 200F. Compare este resultado con el coeficiente de compresibilidad de un gas ideal a 900 psia y 200F.

Presin (psia) Volumen molar (pie3/lbmol) 600 10.6 700 9.7 800 8.9 900 8.4 1000 8.1 1100 7.9 1200 7.8 24. Para un lquido que se comporta de acuerdo a la ecuacin de estado:

Vmolar = c1 + c2T + c3T

2 -c4P - c5PT

c1,,c5 son constantes positivas Encuentre las expresiones de y .

25. Demuestre que mVT

P)(

es igual a

26. Utilice los valores siguientes de densidad del agua en funcin de temperatura y

presin para evaluar , y mVT

P)(

: 0.997044 g/cm3 a 25C y 1 atm, 0.996783g/cm3 a

26C y 1 atm, 0.997092 g/cm3 a 25C y 2 atm. RTAS: 2.6x10-4K-1, 4.9x10-5 atm-1, 5.3atm/K

27. Si PT

V

V

1 , demuestre que

PT

1donde es la densidad. Sugerencia:

Asuma que el sistema es un gas ideal

28. Una mezcla de 24.065 g de C1 y 135.315 g de un alcano desconocido, tiene una gravedad especfica de 0.917 a 100F y 1032 psig.

i. Cul es el componente desconocido ii. Halle la densidad de la mezcla asumiendo comportamiento real con base en las cartas de compresibilidad.

29. Se desea construir un tanque esfrico cuya presin mxima de trabajo ser de 150 atm, para almacenar 125 kg de CO2. La temperatura mxima que puede alcanzar el CO2 es de 200C. Calcule el dimetro interior del tanque utilizando a:

a) Ecuacin de gas ideal b) Grfica generalizada del factor de compresibilidad c) Ecuacin de vdW RTAS: a) 1.12m, b) 1.064 m c) 1.046 m EJERCICIOS DE LA QUMICA FSICA DE ATKINS, 6 EDICIN: Ejercicios: 1.2, 1.3.a, 1.6.b, 1.10.b, 1.11.b, 1.20, 1.22 (a), 1.22 (b), 1.23 (b), 1.25 (a), 1.26.b Problemas numricos: 1.19