Problemas Fisicoquimica

Problemas resueltos
1. Una llanta de un automóvil tiene un volumen de 9 x103 cm3. Se llenó con aire a una presión de 1.9 atm y una temperatura de 25 ºC. La composición molar aproximada del aire es de 80% nitrógeno y 20% oxígeno. Suponer comportamiento ideal del aire y un peso molecular promedio de 29 g/mol. Determinar:
a) La densidad del aire contenido en la llanta.
b) La presión resultantecuando se pone en marcha el coche y las llantas aumentan 10 ºC su temperatura debido a la fricción.
c) Si el coche se dirige de la Ciudad de México hacia el puerto de Veracruz, ¿variará la presión de las llantas, una vez que se haya estacionado y permanezca en reposo con una temperatura constante.
Solución:
a) Para calcular la densidad del aire dentro de la llanta, se necesita conocer la masa yel volumen del aire. Para calcular la masa se requiere conocer el número de moles contenidos en la llanta. De la ecuación del Gas Ideal, tenemos:

 A continuación calculamos la masa:

 Entonces la densidad del aire es:

b) Para calcular el cambio de presión a volumen constante, de la ecuación de Gay Lussac, tenemos: 

c) No, dado que T, V y n permanecen constantes, el cambio de presiónbarométrica no afecta la presión del sistema del aire contenido en la llanta.
2. Para elaborar un pastel se requieren 2.40 g de polvo de hornear (bicarbonato de sodio: NaHCO3), como agente fermentador. La acidez de la leche agria causa la reacción:
NaHCO3 + H3O+    CO2(g) + 2H2O(g) + Na+
Calcular la  cantidad de CO2(g) que se desprende a 177 ºC y 748 mmHg, en términos de moles, gramos y volumenen litros.
SOLUCION:
Para calcular la cantidad de CO2 que desprenden 2.40 g de NaHCO3, se necesita transformar los 2.40 g a moles:  

Ahora, calculamos cuantos moles de CO2 producen 0.028 moles de bicarbonato de sodio, de acuerdo con la ecuación química balanceada:
1 mol NaHCO3 – 1 mol CO2
0.028 mol         –     x
x = 0.028 mol CO2
Transformamos los moles de CO2 a gramos, conociendo que elpeso molecular de este gas es de 44 g/mol:

Finalmente, calculamos el volumen que ocupa el gas, utilizando la ecuación del Gas Ideal: 

 Leyes de los gases ideales
Unidad 5: Estados de la materia
Gas ideal: es el comportamiento que presentan aquellos gases cuyas moléculas no interactúan entre si y se mueven aleatoriamente. En condiciones normales y en condiciones estándar, la mayoría de losgases presentan comportamiento de gases ideales.
Ley de Boyle
Si se reduce la presión sobre un globo, éste se expande, es decir aumenta su volumen, siendo ésta la razón por la que los globos meteorológicos se expanden a medida que se elevan en la atmósfera. Por otro lado, cuando un volumen de un gas se comprime, la presión del gas aumenta. El químico Robert Boyle (1627 - 1697) fue el primero eninvestigar la relación entre la presión de un gas y su volumen. 
La ley de Boyle, que resume estas observaciones, establece que: el volumen de una determinada cantidad de gas, que se mantiene a temperatura constante, es inversamente proporcional a la presión que ejerce, lo que se resume en la siguiente expresión:
P.V = constante                        o                                P = 1 / Vy se pueden representar gráficamente como:
                
La forma que más utilizamos para representar la Ley de Boyle corresponde a la primera gráfica, donde se muestra a un rama de una hipérbola equilátera y podemos usar la siguiente expresión para determinar los valores de dos puntos de la gráfica:
 
P1 . V1 = P2 . V2
 
Este tipo de gráficos se denominan isotermas, por lo que a losprocesos que cumplen con la Ley de Boyle se les denomina procesos isotérmicos. Para visualizar un video que muestra un experimento de la ley de Boyle, haz clickaquí.
 

Recuerda
Para que para que se cumpla la Ley de Boyle es importante que permanezcan constantes el número de moles del gas, n, y la temperatura de trabajo, T.
 
Ley de Charles Cuando se calienta el aire contenido en los globos...