Ejercicios Resueltos de Termodinámica Química y Equilibrio de Fases

Problemas de Termodinámica y Equilibrio de Fases

1. Relación entre Presión de Vapor y Temperatura

La capacidad calorífica molar del hierro líquido excede a la del hierro vapor en 2,522 cal/K. El calor molar de evaporación del hierro líquido a 1600 °C es 85.500 cal, y la presión de vapor del hierro líquido a 1600 °C es 3,9 × 10⁻² mmHg. Calcule la relación que existe entre la presión de vapor y la temperatura (T) para el hierro.

2. Efecto de la Presión en el Punto de Fusión

Las densidades del plomo sólido y líquido a la temperatura normal de fusión de 327 °C son 10,94 y 10,65 g/cm³, respectivamente. Calcule la presión que debe aplicarse al plomo con el fin de aumentar su punto de fusión en 20 °C. El peso atómico del plomo es de 207 g/mol.

3. Presión de Vapor del CO₂

Bajo el punto triple (-56,2 °C), la presión del CO₂ sólido está dada por:

log P(mmHg) = (-1353 / T) + 9,832 (s → g)

El calor molar de fusión del CO₂ es de 1990 cal. Calcule la presión de vapor ejercida por el CO₂ a 25 °C y explique el resultado.

4. Energía Libre y Constante de Equilibrio

Considere la reacción: SO₂(g) + 1/2 O₂(g) → SO₃(g), cuyo cambio de energía libre estándar es:

ΔG° = -22.600 + 21,36 T

Hallar Kp, P(SO₃), P(SO₂) y P(O₂) a 1.000 K.

5. Transformación de Fases en el Hierro

Las densidades del hierro α y γ son 7,571 y 7,633 g/cm³, respectivamente, y la temperatura de transformación es de 910 °C a 1 atm de presión. El calor de cambio de fase para pasar de α a γ es de 215 cal/mol a 910 °C y de 398 cal/mol a 827 °C. Suponga que ΔH es independiente de la presión pero varía linealmente con la temperatura. La variación de volumen (Vα - Vγ) es constante. Calcular la presión a 1100 K.

6. Cálculo de Energía Libre Estándar

Calcule el valor de ΔG° a 1000 K para la siguiente reacción: CH₄(g) + CO₂(g) → 2CO(g) + 2H₂(g).

7. Composición de Equilibrio en Hornos

Una mezcla de gases compuesta por 50% de CO, 25% de CO₂ y 25% de H₂ (en volumen) alimenta a un horno a 900 °C. Encuentre la composición de equilibrio formada por CO, CO₂, H₂O y H₂ si la presión total en el horno es de 1 atm.

8. Descomposición Térmica de Carbonatos

¿A qué temperatura se tiene que calentar el MgCO₃ en una atmósfera gaseosa que tenga una presión parcial de CO₂ igual a 10⁻² atm para que ocurra la descomposición del carbonato?

9. Oxidación de Metales

Determine la presión máxima (P(H₂O) / P(H₂)) de vapor de agua en hidrógeno puro para que el cromo pueda ser calentado sin que se oxide a una temperatura de 1500 K. ¿Es esta reacción exotérmica o endotérmica?

10. Equilibrio de Óxidos Metálicos

Un metal sólido M puede formar dos óxidos, MO y M₃O₄. El metal puede existir en equilibrio con uno de esos dos óxidos a baja temperatura y puede existir en equilibrio con el otro óxido a alta temperatura. Las energías libres molares de esos óxidos son:

• M + 1/2 O₂ → MO; ΔG = -62.050 + 14,95 T
• 3M + 2O₂ → M₃O₄; ΔG = -260.700 + 74,75 T