DATO: Calor de fusión del hielo=3, J/kg. 1 J ; masa de hielo=aumento de masa de agua 0,099kg, que sumada a los 100g

Transcripción

1 TERMODINÁMICA 15. Calorimetría 281*.En 1780, Lavoisier y Laplae, publian la memoria Sur la Chaleur, en Reueil de l Aademie, y en ella desriben el primer alorímetro (nombre propuesto por Lavoisier), o alorímetro de hielo uyo dibujo se muestra. El alor liberado se medía por el hielo fundido, que se reoía en el reipiente F, así hallaron que una onza de arbón al ser quemado era apaz de fundir 6 libras y dos onzas de hielo. Aquí naió la alorimetría omo ienia, y omo sistema para medir el alor transferido entre sustanias. Al narrar el experimento, Lavoisier esribe: se reoe el aua produida al fundirse el hielo durante su enfriamiento, y se divide esta antidad de aua por el produto de la masa del uerpo y el número de rados en que su temperatura primitiva exedía del ero, el resultado será proporional a lo que los físios inleses han llamado alor espeífio. Realmente lo que se pudo alular así sería: a) El alor de fusión del hielo b) El alor espeífio del aua ) La apaidad alorífia del aua d) El alor de ombustión del arbón Como se pesaba la materia que se situaba en el alorímetro, se pudo alular el alor de fusión del hielo, y el alor de ombustión del arbón. Son orretas la a y la d El dibujo representa las diferentes fases del alentamiento de unos pequeños bloques de hielo (A), hasta que se onvierte en vapor de aua(d), la ráfia t/, que mejor representa el proeso, de todas las dadas: a) La 1 b) La 2 ) La 3 d) La 4 En la situaiones B y D, el sistema está ambiando de fase, y por lo tanto la temperatura no varía, mientras que en las situaiones A y C, la temperatura deberá aumentar radualmente hasta que omiene el ambio de fase. La únia orreta será la 2. DATO: Calor de fusión del hielo=3, /k 283.La base de la alorimetría es el método de las mezlas, y el prinipio fundamental es que en un sistema aislado el alor edido por el uerpo a mayor temperatura es iual al absorbido por el que está menor hasta que se iualan éstas. Así si en la ráfia de la fiura, en un sistema aislado dispones en A de 100 de aua a 80ºC, y en B, un bloque de hielo flotando, al mezlarlos, al abo de 45s, dirás que la masa de aua que hay al final es de aproximadamente: a) 110 b) 150 ) 200 d)300 Calor espeífio del aua a 4180/k. Como una vez alanzado el equilibrio, la temperatura final del sistema es 0ºC.El hielo que se funde es el aumento de la masa de aua Sistema que desprende alor=100 de aua a 80ºC, que pasa a 0ºC. Sistema que absorbe alor: m de hielo que funden ; m Ce (100) m e (20) m X X Aua aua hielo Fusión k mhielo33000 ; masa de hielo=aumento de masa de aua 0,099k, que sumada a los k. k. iniiales, haen 199 de aua. Es orreta la.

2 284. En el reipiente dado se mezlan, dos uerpos homoéneos y de la misma sustania, siendo la masa de A, 1,5 vees la de B, y su temperatura iniial, la terera parte de la de B, dirás entones que la temperatura final de la mezla será respeto a la de A: a) Iual b)9/5 )3/5 d)2/5 El uerpo que ana alor es A, y el que lo pierde es B, pues está a mayor temperatura. Llamando m la masa de b y t la temperatura de A. Tendremos mce(3 t tf) 1,5 mce( tf t) ; (3 t tf) 1,5( tf t) ; 4,5t 2,5tF ; 4,5 9 tf. Es orreta la b. 2,5 5 Dado que la 285. En el sistema de la fiura, se disponen en el alorímetro de la fiura, en m de aua, en la que flota un bloque de hielo de 10, mientras que en m 2, es 100 de aua marando t 2, 80ºC. Se aita onvenientemente, de forma que al final t 1 =t 2. En este asi dirás que la temperatura que mararán los termómetros será de: a)20ºc b) 30ºC )25ºC d) 35ºC Calor de fusión del hielo=3, /k Calor espeífio del aua a 4180/k. ; m e (80 t) m ( m m ) e ( t 0) Aua aua hielo Fusión hielo aua aua 1k 1k 1k (80 t) t ; 1000 k k k. 418 (80 t) 330 0, t t=25,5ºc. Es orreta la. A 286*. En el sistema alorimétrio de la fiura, dispones en A, 1litro de aua a 80º, y en B un boque de 50 de hielo flotando de 200 de aua. La observaión de la fiura te permitirá aseurar que: a) Todo el hielo se fundirá b) En D, solo hay aua a 0ºC ) La temperatura final de la mezla es de 63,7ºC d) La potenia empleada para alentar el sistema a menor temperatura fue de 1000w Calor de fusión del hielo=3, /k Calor espeífio del aua a 4180/k. La ráfia nos muestra que el sistema que ana alor, aua y hielo estaba a 0º, todo el hielo se funde, y omienza a asender su temperatura hasta el valor t, mientras que el sistema que lo ede, aua a 80ºC, disminuye su temperatura hasta t. Por lo tanto m e (80 t) m ( m m ) e ( t 0) Aua aua hielo Fusión hielo aua aua 1k 1k 1 k.4180 (80 t) t ; k k k (80 t) , t, tf=63,7ºc Potenia / t ( m ( m m ) e tf) / t hielo Fusión hielo aua aua , , 7 Potenia 1515, 6w. Sólo son orretas las propuestas a, b y 45s

3 287.En el alorímetro de la fiura, de apaidad alorífia despreiable, se introdue una pieza metália de hierro, de masa m, a 90ºC en 100mL de aua a 22ºC, se aita, y al abo de ierto tiempo el termómetro mara 25ºC, dirás entones que la masa metália era en ramos de: a) 41 b) 50 ) 44 d) 25 Calor espeífio del hierro: 440/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. El alor edido por el bloque del platino deberá ser absorbido por el alorímetro, que tiene una apaidad alorífia despreiable y por el aua, uya temperatura asiende en 3ºC. Por lo tanto ; m Ce (90 25) m e (25 22) Fe Fe Aua aua 1k m.440 (90 25) Despejando m=0,044k. Es orreta la. k k. 288*. Dispones en A de un bloque de hielo flotando en el aua. El sistema alanza el equilibrio en la situaión B. Dirás que : a) En A la temperatura del aua era superior a 0ºC b) En B la temperatura es de 0ºC ) En A la temperatura era del aua era de 0ºC d) En B la temperatura es superior a 0ºC En A, hay un bloque de hielo flotando en el aua, por lo que la temperatura debería ser de 0ºC,si estuviera en equilibrio, pero observamos que en B, siue flotando menor antidad de hielo, por lo que parte se habrá fundido, absorbiendo alor del aua,que habrá pasado de una temperatura t hasta 0ºC. Por lo tanto la temperatura del aua en A deberá ser superior a los 0ºC. Son orretas la a y la b. 289*. Dispones en A de un bloque de hielo flotando en el aua. El sistema alanza el equilibrio en la situaión B. Dirás que : a) En A la temperatura del aua era superior a 0ºC b) En B la temperatura es de 0ºC o superior ) En A la temperatura era del aua era de 0ºC d) En B la temperatura es superior a 0ºC En A dado que está en equilibrio el hielo flotando en el aua, la temperatura será de 0ºC, al final en B, omo se ha fundido todo el hielo la temperatura será 0ºC o superior. Son orretas las propuestas b y Un bloque de platino de 60 es retirado rápidamente de un horno y situado en un alorímetro de obre de 100, que ontiene 340 de aua. Si la temperatura del aua subió de 10 a 12ºC, y on los datos que te dan dirás que la temperatura del horno en rados entírados será aproximadamente de: a) 200 b) 300 ) 400 d)500 Calor espeífio del platino=146,3/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. Calor espeífio del obre=418/k. El alor edido por el bloque del platino deberá ser absorbido por el alorímetro y por el aua, uya temperatura asiende en 2ºC. Por lo tanto ; m Ce ( t 12) m e (12 10) m e (12 10) Pt Pt Pt Aua aua alorimerto Cu k.146,3 ( tpt 12) 340. k k k k k. Desarrollando t Pt =507ºC. Es orreta la d.

4 291. En muhos problemas de alorimetría, en vez de determinar el alor absorbido por el alorímetro, lo que se determina o te dan es su equivalente en aua, esto es la masa de aua que absorbería la misma antidad de alor que el alorímetro. Así si un termómetro de merurio de 100 se alienta hasta 150ºC,y se introdue rápidamente en un alorímetro, uyo equivalente en aua es 250, y la temperatura del sistema aua alorímetro se eleva de 15 a 19ºC, dirás que las masas respetivas de merurio y de vidrio serán en ramos: a) 75 y 25 b) 73 y 27 ) 70 y 30 d) 50 y 50 Calor espeífio del merurio=125,4/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. Calor espeífio del vidrio=836/k. El alor edido por el termómetro(vidrio-merurio) deberá ser absorbido por el alorímetro y por el aua, uya temperatura asiende en 4ºC. Por lo tanto ; m Ce (150 19) m Ce (150 19) ( m E ) e (19 15) H H Vidrio vidrio Aua aua aua Por otra parte m m 100 H Vidrio 1 m 125, 4 H.131 m 836 vidrio k k. k k. Resolviendo el sistema m 0,073 k ; m 0,027k.Es orreta la b. H vidrio 292. Muhas vees en los problemas de alorimetría en vez de dar el equivalente en aua del alorímetro, se determina su apaidad alorífia, on lo ual se podría alular fáilmente el alor absorbido por el mismo. Así si en un alorímetro de apaidad alorífia 62,7 /º, on 20 de aua a 25ºC, se oloa un uerpo de alor espeífio 2090/k, a 75ºC, si la temperatura final es de 50ºC, dirás que la masa del uerpo será en ramos, aproximadamente: a)10 b)11 )12 d)13 Calor espeífio del uerpo=2090/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. El alor edido por el uerpo deberá ser absorbido por el alorímetro y por el aua, uya temperatura asiende en 25ºC. Por lo tanto ; m Ce (75 40) m e (40 25) CC (40 25) X X Aua aua alorimetro 1k mx , Operando m=0,0128k. Es orreta la d. k k En un alorímetro de apaidad alorífia despreiable, on 300 de aua a 20ºC, se sumere un bloque de hierro de 200 a 100ºC. Con los datos que te dan podrás aseurar que la temperatura final del sistema una vez alanzado el equilibrio será aproximadamente de: a) 25ºC b) 30ºC )35ºC d) 40ºC Calor espeífio del hierro=449/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. El alor edido por el uerpo deberá ser absorbido por el alorímetro y por el aua, uya temperatura asiende en 25ºC. Por lo tanto ; m Ce (100 t ) m e ( t 20) Fe Fe F Aua aua F 1k 1k (100 tf) ( t F 20). Operando t F =25,3ºC. Es orreta la 1000 k k. a.

5 de plomo a 98ºC, se oloan en un alorímetro de hierro de 300, que ontiene 350 de aua a 20ºC.La temperatura final del sistema una vez alanzado el equilibrio es de 23ºC. Con los datos que te dan podrás aseurar que el alor espeífio del plomo es en /k aproximadamente de: a) 110 b) 128 ) 310 d) 220 Calor espeífio del hierro=449/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. El alor edido por el uerpo deberá ser absorbido por el alorímetro de hierro y por el aua que ontiene, uya temperatura asiende en 3ºC. Por lo tanto: ; m Ce (98 23) m Ce (23 20) m e (23 20) Pb Pb Fe Fe Aua aua 1k 1k 1k 500. CePb CePb 127, k k. k. Es orreta la b En un alorímetro A, on apaidad alorífia 209/, hay 200 de aua a 25ºC. Se sumere en él un uerpo de 15 a 350ªC.La temperatura de equilibrio es de 27,3ºC. Ese mismo uerpo a 200ºC, se sumere en otro alorímetro B on 100 de aua a 17ºC, alanzándose una temperatura de equilibrio de 19,8ºC. Con los datos que te dan podrás aseurar que el alor espeífio del uerpo en /k. es: a) 497 b) 369 ) 440 d) 390 Mientras que el equivalente en aua del alorímetro B, será en k: a) 0,01 b) 0,02 ) 0,015 d) 0,025 Calor espeífio del aua=4180/k. En el primer aso, el alor edido por el uerpo deberá ser absorbido por el alorímetro y por el aua, uya temperatura asiende en 2,3ºC. Por lo tanto ; m Ce (350 27,3) m e (27,3 25) CC (27,3 25) X X Aua aua alorimetro 1k 1k 15. CeX 322, , ,3 ; CeX 496, k. k. En el seundo aso, ourrirá lo mismo, sin embaro omo no se pide la apaidad alorífia del alorímetro sino su equivalente en aua, éste será inluido en la masa de aua del alorímetro m Ce (200 19,8) ( m E ) e (19,8 17) X X Aua aua aua 1k ,5 180, 2 (0,1 E) ,8 Equivalente=0,015k 1000 k. k. Es orreta la a en la primera y la en la seunda Un alorímetro de apaidad alorífia despreiable, ontiene 20 de aua a 20ºC.Se sumere en él 10 de un sólido a 100ºC, y un pequeño bloque de hielo a 0ºC. Al abo de un tiempo se alanza el equilibrio, y la antidad de aua pasó a 30, quedando un poo de hielo. Con los datos que te dan, podrás aseurar que el alor espeífio del sólido vale en /k.: a)1530 b) 1375 ) 1450 d) 1628 Calor de fusión del hielo=3, /k Calor espeífio del aua a 4180/k. Como una vez alanzado el equilibrio, siue el hielo flotando en el aua, la temperatura final del sistema es 0ºC. Como la masa de aua aumentó en 10, se supone que han fundido 10.de hielo. Sistema que desprende alor=10 de sólido a 100ºC, que pasa a 0ºC y 20 de aua que pasa de 20 a 0ºC. Sistema que absorbe alor: 10 de hielo que funden. ; m Ce (100) m e (20) m X X Aua aua hielo Fusión 1k 1k 1k -10. CeX ;.espeífio=1628/k k k. Es orreta la d.

6 297.Una plaa metália uadrada de lado 20m y 1m de espesor, a 20ºC, se sitúa en un alorímetro que ontiene 3k de aua a 90ºC. Una vez alanzado el equilibrio térmio y on los datos que te dan, dirás que la lonitud del lado de la plaa en ese momento será en entímetros de: a)20,05 b) 20,005 ) 20,5 d) 21 Calor espeífio del metal =1672/k.. Calor espeífio del aua=4180/k. Densidad de la plaa metália a 20ºC=8000k/m 3. Coefiiente de dilataión lineal del metal= ºC -1 Se alulará la masa de la plaa metália a 20ºC. ; m e (90 t ) m e ( t 20) Aua aua F metal metal F 3 k.4180 (90 tf) 3, 2 k.1672 ( tf 20) k. k t 5350, 4t ; t F =69,1ºC F F k m V. d L e. d 0, 2 m.0, 01 m , 2k 3 m Apliando la fórmula de la dilataión lineal para un aumento de temperatura desde 20ºC hasta 69,1ºC Lado=L 0 (1+α t); L 20 m(1 (69,1 20)º C) 20, 049 m. Es orreta la propuesta a º C 298. En un alorímetro, que ontiene aua y hielo en equilibrio, se hae pasar una orriente de vapor de aua a 100ºC y 1 atm, hasta que la mezla aumente su masa en 10. Con los datos que te dan, dirás que la masa del hielo que se ha fundido será en ramos aproximadamente de: a)70 b)60 )50 d)80 Calor de fusión del hielo=3, /k Calor de vaporizaión del aua=2, /k. Calor espeífio del aua a 4180/k. El estado final, o de equilibrio, se alanza a 0ºC, puesto que existe una mezla de aua y hielo. La masa de aua aumento en 10, debido a que el valor edió alor ambiando de fase. ; m m e (100) m vapor vaporizaión Aua aua hielo Fusión 1k 1k mhielo ; m=0,0796k=79,6. Es orreta la d k k. k En un alorímetro on 5k de aua a 20ºC, se eha un bloque de hielo a -10ºC, y después se hae pasar 1 de vapor a 100ºC y 1 atmosfera, hasta que todo el hielo funde, quedando todo en equilibrio en esta situaión, Con los datos que te dan podrás aseurar que la masa del bloque de hielo areado en k era: a) 1 b)1,2 ) 1,5 d)2 Calor de fusión del hielo=3, /k. Calor espeífio del hielo=2060/k Calor de vaporizaión del aua=2, /k. Calor espeífio del aua a 4180/k. El estado final, o de equilibrio, se alanza a 0ºC, puesto que se ha fundido todo el hielo Ceden alor=aua de 20 a 0ªC, Vapor de aua al pasar a líquido y después a aua a 0º Absorben alor= Hielo para pasar de -10 a 0ºC, hielo a 0º al fundirse. Masa de vapor=1 ; m m e (100) m e (30) m e (10) m vapor vaporizaión vapor aua Aua aua hielo hielo hielo Fusión k k k mhielo mhielo k k. k. k. k. Resolviendo el sistema. m H =1,2k. Es orreta la propuesta b.

7 300. Considera la taza de afé on ortado que tomas en una afetería omo un alorímetro de apaidad alorífia despreiable. Si a 100 de afé on lehe a 20ºC, en una afetería se le area 2 de vapor de aua a 100ºC, y tomando el afé on lehe omo si fuera aua, dirás que la temperatura final del afé on lehe será en ºC: a) 25 b) 30 ) 32 d) 35 Calor de vaporizaión del aua=2, /k. Calor espeífio del aua a 4180/k. El vapor de ondensa ediendo alor y posteriormente se enfría hasta una temperatura t. El afé on lehe aeptará el alor y aumentará su temperatura hasta tf ; m m e (100 t ) m e ( t 20) vapor vaporizaión vapor aua F afé afé F 1k 1k 1k (100 tf) ( tf 20).. Operando t F =32ºC k k k. Es orreta la.