Universidad Tecnológica de Tula-TepejiTécnico Superior Universitario en Química

Introducción a la Fisicoquímica (ejercicios)

Tabla de contenido

Notación científica...................................................................................................................... 1

Múltiplos y submúltiplos.......................................................................................................... 2

Conversión de unidades........................................................................................................... 4

Velocidad....................................................................................................................................... 7

Movimiento acelerado............................................................................................................... 8

Temperatura.............................................................................................................................. 17

Presión......................................................................................................................................... 18

Gases............................................................................................................................................. 22Leyes de los gases............................................................................................................................... 22Masa molar............................................................................................................................................ 24Densidad................................................................................................................................................ 24Ejercicios adicionales........................................................................................................................ 24

Entalpía........................................................................................................................................ 27

1

Notación científica

A. Convierta el número de cada enunciado a notación científica (el número de la notación

científica debe ser menor a diez).

1. En Estados Unidos de América hay 54 000 000 mujeres trabajadoras.

2. Se gastan 1 900 000 000 dólares en camas de agua y accesorios en un año.

3. Hay una probabilidad de 0.00024 de que se presente un póker en una mano.

4. Una amiba tiene una masa de 0.05 gramos.

5. Un hepatocito tienen una masa de 0.02 gramos.

6. Un rayo x tiene una longitud de onda de 0.00000009 centímetros.

7. Un protón tiene una masa de 0.000 000 000 000 000 000 000 167 248 gramos.

8. La velocidad de la luz en el vacío es de aproximadamente 30 000 000 000 cm/s.

9. La distancia entre el Sol y la Tierra es de 149 700 000 kilómetros.

10. Un angstrom equivale a 0.000 000 1 milímetros.

B. Convierta cada número a la notación normal.

1. 1.53 × 102

2. 6.85 × 109

3. 3.31 × 104

4. 7.96 × 105

5. 3.7 × 10-4

6. 4.12 × 10-5

7. 1 × 100

8. 5.345 × 1012

9. 5.345 × 10-9

10. 75.6 × 10-4

1

Múltiplos y submúltiplos

A. Realice las siguientes conversiones de unidades. Represente el resultado en notación

normal y exponencial (el número de la notación exponencial debe ser menor a diez).

1. 22.6 m a dm

2. 25.4 mg a kg

3. 68.3 cm3 a m3

4. 8 cl a l

5. 8 dm3 a m3

6. 0.829 cm a mμ

7. 52.8 nm a mm

8. 0.005 ml a lμ

9. 50 l a mlμ

10. 2 m3 a dm3

11. 52.4 cg a g

12. 55 m/h a km/h

B. Lea detenidamente los enunciados y realice las conversiones de unidades

correspondientes.

1. La densidad de la plata es 10.5 g/cm3. Conviértase la densidad a unidades de kg/m3.

2. Un láser rojo de rubí tiene una longitud de onda de 670 nm. Expresa este valor en

milímetros y en micrómetros.

3. Un bolígrafo de punta fina deja una marca cuya anchura es de 0.4 mm. Expresa este

valor en centímetros y en micrómetros.

4. Ciertos virus tienen un diámetro de 475 nm. Expresa este valor en micrómetros y

milímetros.

5. Según la publicidad, un buen filtro de aire para el hogar elimina las partículas de moho

de 0.625 µm de diámetro. Expresa este valor e milímetros y en nanómetros.

6. Una porción de media taza e brócoli tiene 45 mg de calcio. Expresa esta cantidad en

gramos y en microgramos.

2

7. Un blanquillo tiene 7.2 mg de hierro. Expresa esta cantidad en gramos y en

microgramos.

8. Las distancias en astronomía se miden en parsecs donde 1 parsec = 2.06×105

unidades astronómicas (AU). Por lo tanto 1 parsec = (2.06×105 ) (1.5×108 ) kilómetros. ¿A cuántos kilómetros equivale esto?

C. Realice las operaciones correspondientes para resolver los siguientes ejercicios.

1. ¿Cuál es el volumen en metros cúbicos de un sólido rectangular de 6 m x 50 cm x 800

mm?

2. ¿Cuál es el volumen en centímetros cúbicos de un sólido rectangular de 15 cm x 0.050

m x 8 mm?

3. El oro es un metal precioso químicamente inerte. Se utiliza sobre todo en joyería,

piezas dentales y en artículos electrónicos. Un lingote de oro con una masa de 301 g

tiene un volumen de 15.6 cm3. Calcúlese la densidad del oro en kg/m3.

4. La masa de un protón es 0.000 000 000 000 000 000 000 167248 g, exprese esta

cantidad en femtogramos. Calcule la masa de un millón de protones, expresando el

resultado en picogramos.

3

Conversión de unidades

A. Realice la siguientes conversiones de unidades. Representa el resultado en notación

normal y exponencial (el número de la notación exponencial debe ser menor a diez).

1. 1500 mi a km

2. 800 km a mi

3. 2593 ft a yd

4. 252 lb a kg

5. 90 mi/h a km/h

6. 120 km/h a mi/h

7. 110 km/h a m/s

8. 25 m/s a km/h

9. 110 mi/h a m/s

10. 60 m/s a mi/h

11. 1.3 kg/l a kg/m3

12. 12.3 mi a m

13. 45 mi a km

14. 1 m a yd

15. 3 m a ft

16. 6 ft a m

17. 2.5 ft a in

18. 37.28 mi/h a km/h

19. 163.2 ft/s a m/s

20. 3.8 lb/ft3 a kg/m3

21. 15 m a ft

22. 30 días a s

23. 50 mi/h a m/s

24. 150 g a oz

25. 5/16 in a mm

26. 3 h a ps

27. 20 mi/h a cm/s

28. 12 ft a yd

4

29. 400 in3/día a cm3/min

30. 165 mm a in

31. 1 dm3 a l

32. 145 lb a kg

33. 1.5 ft a cm

34. 55 mi a km

35. 1.25 m a in

B. Lea detenidamente los enunciados y realice las conversiones de unidades

correspondientes.

1. ¿Cuántos centímetros tendrá una pantalla de 50 pulgadas?

2. La longitud de un campo de fútbol americano es de 100 yardas. ¿A cuántos metros

equivale?

3. La distancia que hay del home al jardín central del campo de beisbol es de 400 pies,

convierta a metros.

4. La ingesta diaria de glucosa (una forma de azúcar) de una persona promedio es

0.0833 libras. ¿Cuánto es esta masa en kilogramos?

5. Un adulto promedio tiene 5.2 litros de sangre. ¿Cuál es el volumen de sangre en m3?

6. Un láser rojo de rubí tiene una longitud de onda de 670 nm. Expresa este valor en

milímetros y en micrómetros.

7. El famoso jugador de baloncesto Michael Jordan tiene una estatura de 6.5 ft. ¿Cuál es

su estatura en metros? ¿Cuál es su estatura en centímetros?

8. El famoso jugador de baloncesto Shaquille O’Neal tiene una masa de 310 lb. ¿Cuál es su

masa en kilogramos?

9. La rapidez de la luz es de 186 000 mi/s. Convierte este valor a m/s

10. Si viajas al límite de velocidad señalado de 55 mi/h, ¿cuál es tu velocidad en m/s?

11. La velocidad del sonido en el aire es de 3.31×104 centímetros por segundo. Calcule

esa velocidad en centímetros por hora.

12. La velocidad de la luz en el vacío es, aproximadamente 30 000 000 000 centímetros

por segundo. Calcule esa velocidad en kilómetros por hora.

13. ¿Cuántos días te tomaría contar 200 000 objetos suponiendo que cuentas uno cada

segundo, sin prohibición?

5

14. ¿Cuál es el área, en metros cuadrados, de un campo de fútbol americano que mide 100

yardas de largo y 53 yardas de ancho?

15. Transforme una presión de 635 mm Hg a su valor correspondiente en atmósferas, bar

y kilopascal

6

Velocidad

A. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. El planeta Plutón queda, aproximadamente, a 3 574 000 000 millas de la Tierra. Si una

nave espacial pudiera viajar a 18 000 millas por hora, ¿cuánto tardaría en llegar a

Plutón?

2. La distancia que la luz recorre en un año se llama año luz. La estrella más cercana,

Próxima Centauri, se encuentra a 4.22 años luz. ¿A cuántos kilómetros equivale esto?

3. Un atleta destacado corrió 1500 m en 3 min 39 s. ¿Cuál fue su rapidez en m/s?

4. ¿Cuántos segundos le toma a la luz viajar del Sol a la Tierra, una distancia de 93 000

000 mi o 1.5 x 108 km? La rapidez de la luz es de 3 x 108 m/s.

7

Movimiento acelerado

A. Elige la respuesta correcta.

1. De los casos siguientes, ¿en cuál ha aceleración?

a. Un coche estacionado

b. Un coche frenado

c. Un ciclista rodando a 35 km/h

d. Una persona subiendo en escalera mecánica

2. La aceleración es el cambio de velocidad por unidad de tiempo, de acuerdo al Sistema

Internacional de Unidades se mide en:

a. m/s

b. km/h

c. m/s2

d. m/min

3. Si un ciclista se mueve a una velocidad de 5 m/s y acelera 1 m/s2, a los 10 segundos su

velocidad será de:

a. 10 m/s

b. 12 m/s

c. 15 m/s

d. 20 m/s

4. Un coche marcha a 36 km/h y al cabo de 30 s su velocidad es de 72 km/h, ¿cuál ha sido

su aceleración?

a. 0.33 m/s2

b. 1.2 m/s2

c. 36 m/s2

d. 0.5 m/s2

5. Un vehículo que circula a 36 km/h tarda 10 s en quedarse parado. ¿Cuál he sido su

aceleración de frenado?

a. 1 m/s2

b. 3.6 m/s2

c. -3.6 m/s2

d. -1 m/s2

8

6. Un coche circula a una velocidad de 72 km/h y apretando el acelerador logra que a los

20 s el indicador de velocidad marque 144 km/h. ¿Qué espacio ha recorrido en ese

tiempo?

a. 500 m

b. 600 m

c. 144 m

d. 2000 m

7. El movimiento rectilíneo de un coche puede describirse según la gráfica velocidad

tiempo que se muestra en la figura 1. El espacio total recorrido por el coche es:

0 2 4 6 80

2

4

6

t(s)

v(m

/s)

Figura 1. Gráfica de movimiento rectilíneo de un coche

a. 36 m

b. 23 m

c. 30 m

d. 26 m

8. Un móvil parte del reposo y con una aceleración de 0.12 m/s2 recorre 294 m. ¿Cuánto

tiempo tarda en hacer ese recorrido?

a. 20 s

b. 70 s

c. 40 s

d. 24.5 s

9. Un móvil que lleva una velocidad de 5 m/s acelera 6 m/s2. Su velocidad a los 4 s será:

a. 30 m/s

b. 11 m/s

c. 29 m/s

d. 19 m/s

9

10. Desde lo alto de un edificio cae un ladrillo de 1 kg de masa hasta el suelo, y tarda 2.5 s

en ese recorrido. Si cayera una baldosa de 2 kg desde la misma altura, su velocidad al

llegar al suelo sería:

a. El doble que la del ladrillo

b. La misma que la del ladrillo

c. La mitad que la del ladrillo

d. Otra

11. Una pelota, que se encuentra en lo alto de un tejado, tarda en caer al suelo 3 s, ¿desde

qué altura cayó?

a. 50 m

b. 55 m

c. 44 m

d. 30 m

12. Si prescindimos del rozamiento con el aire, indica cuál de las siguientes afirmaciones

es verdadera. La velocidad que adquiere un cuerpo que cae:

a. Depende de su peso

b. Depende de su amaño

c. Depende de la altura de donde cae

d. Depende de su masa

13. Partiendo del reposo, un coche de fórmula 1 puede alcanzar una velocidad de 180

km/h en 10 s, ¿qué espacio recorre en ese tiempo?

a. 180 m

b. 250 m

c. 300 m

d. 2 km

14. Un camión que circula a 90 km/h tarda 10 s en parar por la acción de los frenos. Si el

camionero ve un obstáculo a 100 m y frena en ese momento, ¿se librará el obstáculo?

a. Sí, porque el camión frena recorriendo 90 m

b. Sí, porque recorre exactamente 100 m

c. Sí, porque el camión puede detenerse a 10 m

d. No, porque el camión necesita recorrer 125 m antes de quedarse parado

10

15. Con el propósito de medir la altura de un edificio, se suelta un cuerpo desde el tejado y

se mide el tiempo que tarda en llegar al suelo. Si ha tardado 3 s en caer, ¿cuál es la

altura del edificio?

a. 100 m

b. 45 m

c. 80 m

d. 200 m

B. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. Un automóvil parte del reposo con una aceleración constante de 2 m/s2. ¿Qué

velocidad tendrá después de 15 s? Expresar el resultado en km/h.

2. Un cohete parte del reposo con aceleración constante y logra alcanzar en 30 s una

velocidad de 588 m/s. Calcula su aceleración.

3. Se deja caer una piedra desde la parte superior de un acantilado y toca el suelo 2.75 s

después. ¿Qué tan alto es el acantilado?

4. Calcule cuánto tiempo le tomó a King Kong caer desde la cima del edificio Empire State

(380 m de altura) y su velocidad al tocar el suelo.

5. Un automóvil que viaja a una velocidad de 120 km/h, demora 10 s en detenerse. ¿Qué

espacio necesitó para detenerse?

6. Un ciclista que va a 30 km/h, aplica los frenos y logra detener la bicicleta en 4 s. ¿Qué

aceleración produjeron los frenos?

7. Una pelota es bateada casi en línea recta hacia arriba en el aire con una velocidad de

aproximadamente 20 m/s ¿Qué tan alto sube? ¿Cuánto tiempo permanece en el aire?

8. Un canguro salta y alcanza una altura vertical de 2.55 m. ¿Cuánto tiempo está en el

aire antes de tocar el suelo de nuevo?

9. La bala de un rifle, cuyo cañón mide 1.4 m, sale con una velocidad de 140 m/s. ¿Qué

aceleración experimenta la bala?

10. Un camión de bomberos aumenta su velocidad de 0 a 21 m/s en 3.5 s ¿Cuál es su

aceleración?

11. Los mejores rebotadores de basquetbol tienen un salto vertical (es decir, el

movimiento vertical de un punto fijo de su cuerpo) de aproximadamente 120 cm.

¿Cuál es su velocidad de “lanzamiento” desde el piso? ¿Cuánto tiempo permanecen en

el aire?

11

12. Un helicóptero asciende verticalmente con una velocidad de 5.6 m/s. A una altitud de

115 m, se deja caer un paquete desde una de las ventanas. ¿Cuánto tiempo tarda el

paquete en llegar al suelo?

13. Un automóvil reduce su velocidad de 21 m/s a 7 m/s en 3.5 s. ¿Cuál es su aceleración?

14. Durante 5 s, un objeto viaja con una aceleración de 8 m/s2. Si el objeto tiene una

velocidad inicial de 2 m/s cuando comienza su recorrido, cuál será su velocidad final.

15. Se ve pasar una pelota desplazándose hacia arriba por una ventana situada a 25 m por

arriba de la calle con una velocidad vertical de 14 m/s. Si la pelota fue lanzada desde la

calle, ¿cuál fue su velocidad inicial? ¿qué altura alcanzó? ¿cuándo fue lanzada? ¿cuándo

llegó de nuevo a la calle?

16. La aceleración de la gravedad en la Luna es aproximadamente de un sexto la de la

Tierra. Si un objeto se lanza verticalmente hacia arriba en la Luna, ¿cuántas veces más

alto viajará que en la Tierra, suponiendo que tiene la misma velocidad inicial?

17. Un tren viaja inicialmente a 16 m/s; si recibe una aceleración constante de 2 m/s2.

¿Qué tan lejos llegará al cabo de 20 s? ¿Cuál será su velocidad final en el mismo

tiempo?

18. Un motociclista parte del reposo y 5 s más tarde alcanza una velocidad de 25 m/s

¿Cuál fue su aceleración?

19. Un coche de carreras cambia su velocidad de 30 km/h a 200 km/h en 5 s ¿Cuál es su

aceleración?

20. Un automóvil se desplaza inicialmente a 50 km/h y acelera a razón de 4 m/s2 durante

3 s ¿Cuál es su velocidad final?

21. Un avión, cuando toca pista, acciona todos los sistemas de frenado, que le generan una

desaceleración de 20 m/s2, si necesitara 100 m para detenerse, calcular a) ¿Con qué

velocidad toca la pista? b) ¿Qué tiempo demoró en detener el avión?

22. Un coche circula a una velocidad de 72 km/h y apretando el acelerador logra que a los

20 s el indicador de velocidad marque 144 km/h ¿Qué espacio ha recorrido en ese

tiempo?

23. Un automóvil parte del reposo y con una aceleración de 0.12 m/s2 recorre 294 m

¿cuánto tiempo tarda en hacer ese recorrido?

24. Un camión que circula a 90 km/h tarda 10 s en parar por la acción de los frenos. Si el

camionero ve un obstáculo a 100 m y frena en ese momento, ¿se librará del obstáculo?

12

25. Un avión aterriza con una cierta velocidad. Si desacelera uniformemente a razón de 6

m/s2 hasta pararse en 15 s: a) ¿Con qué velocidad aterrizó el avión? b) ¿Qué longitud

de pista recorre hasta pararse?

26. Un conductor viaja a 50 km./h. De repente, un niño sale corriendo hacia la calle. Si el

conductor tarda 0.8 s en reaccionar y oprimir los frenos: a) ¿Cuántos metros recorrerá

antes de empezar a frenar? b) ¿Qué deceleración debe tener el coche si quiere

detenerse en 0.5 m?

27. Un conductor que viaja de noche en un automóvil a 100 km/h ve de repente las luces

de señalización de una valla que se encuentra a 40 m en medio de la calzada. Si tarda

0.75 s en pisar el pedal de los frenos y la desaceleración máxima del automóvil es de

10 m/s2, ¿chocará con la valla?

28. Dos móviles, A y B, situados a 2 km de distancia salen simultáneamente, en la misma

dirección y sentido, ambos con movimientos uniformemente acelerado, siendo la

aceleración del más lento, el B, de 0.32 m/s2. Deben encontrarse a 5 km de distancia

del punto de partida del B. Calcula: a) El tiempo que invierten en el recorrido b) La

aceleración de A.

29. Un automóvil sale de un semáforo con aceleración constante de 0.75 m/s2. Poco

tiempo después se cruza con un autobús que circula por la misma calle en sentido

contrario con una velocidad constante de 6 m/s. Sabiendo que el autobús pasa por el

semáforo 20 s después de que el automóvil salió de él, calcula cuando y donde se

cruzaron los dos vehículos.

13

Leyes del movimiento

A. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. Un objeto de 6.0 kg experimenta una aceleración de 2.0 m/s2.

a. ¿Cuál es la magnitud de la fuerza resultante que actúa sobre él?

b. Si esta misma fuerza se aplica a un objeto de 4.0 kg, ¿qué aceleración se

produce?

2. Un jugador de fútbol hace que un balón acelere desde el reposo a una rapidez de 10

m/s durante el tiempo en el que su pie está en contacto con el balón (alrededor de

0.20 s). Si el balón tiene una masa de 0.50 kg, ¿qué fuerza media ejerce el jugador

sobre el balón?

3. Un tren carguero tiene una masa de 1.7 X 107 kg. Si la locomotora puede ejercer una

tracción constante de 7.5 X 105 N, ¿cuánto tiempo se necesita para aumentar la rapidez

del tren desde el reposo a 80 km/h?

4. Para levantar a un paciente, cuatro enfermeras aseguran la sábana sobre la que está el

paciente y lo levantan. Si cada enfermera ejerce una fuerza de 240 N hacia arriba y el

paciente tiene una aceleración de 0.504 m/s2 hacia arriba, ¿cuál es el peso del

paciente?

5. Un trabajador empuja una caja de empaque con masa m1 = 4.2 kg (como se muestra en

la figura 2). Delante de la caja se encuentra otra de masa m2 = 1.4 kg. Las dos cajas se

deslizan por el piso sin producir fricción. El trabajador empuja la caja 1 con una fuerza

de 3.0 N. Calcule las aceleraciones de las cajas y la fuerza ejercida por la caja 1 sobre la

caja 2.

Figura 2. Trabajador empujando una caja de 4.2 kg

14

6. Como se muestra en la figura 3, un bloque de 5.1 kg es jalado sobre un piso sin fricción

por una cuerda que ejerce una fuerza de 12 N en un ángulo de 25° sobre la horizontal.

a. ¿Qué aceleración tendrá el bloque?

b. La fuerza P aumenta lentamente. ¿Qué valor tiene P poco antes de que se

levante el bloque del piso?

c. ¿Cuál es la aceleración del bloque poco antes de ser levantado del piso?

Figura 3. Bloque jalado en un ángulo de 25°

7. Encuentre la tensión en los dos alambres que sostiene la lámpara de 100 N que se

muestra en la figura 4. (Nota: los dos alambres tienen un ángulo de 40°).

Figura 4. Alambres que sostienen una lámpara de 100 N

8. Un alimentador de pájaros, que pesa 150 N, está sostenido por tres cables como se ve

en la figura 5. Encuentre la tensión en cada cable. (Nota: el cable 1 forma un ángulo de

60° y el cable 2 forma un ángulo de 30°).

15

Figura 5. Alimentador de pájaros sostenido por tres cables

9. Un niño sostiene un trineo en reposo en una pendiente sin fricción y cubierta de nieve,

como se ve en la figura 5. Si el trineo pesa 77 N, halle la fuerza T ejercida por la cuerda

sobre el trineo y la fuerza normal (Fn) ejercida por la pendiente sobre el trineo. (Nota:

la pendiente tiene un ángulo de 30°).

Figura 6. Niño que sostiene un trineo en reposo

1.

16

30.0°

1 2

Temperatura

A. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. Cuando la temperatura es de 100 ºF a la sombra, ¿cuál es la temperatura en la escala

Celsius?

2. Cuando la temperatura absoluta es de 400 K ¿cuál es la temperatura Farenheit?

3. Si la temperatura corporal de una persona es de 40 ºC, ¿cuál sería en grados

Farenheit?

4. La temperatura en Tucson, Arizona, alcanzó los 113 ºF cierto día de verano. ¿De

cuánto sería esa temperatura en la escala Celsius?

5. El punto de fusión del aluminio es 660 ºC y el de ebullición es 2519 ºC. Exprese el

punto de fusión en Kelvin y el de ebullición en grados Farenheit.

6. El punto de ebullición del nitrógeno es -284.26 ºF. Exprese esa temperatura en ºC y en

Kelvins.

17

Presión

A. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. El peso de una persona de 70 kg sentada sobre una silla es soportado uniformemente

por una superficie horizontal de 700 cm2. ¿Cuál es la presión sobre esa superficie?

2. Si la misma persona está de pie sobre el piso, de modo que su peso recae sobre un área

de 50 cm2 ¿cuál es la presión en esa área?

3. Si la persona está de pie, apoyada sobre un tacón cuya área es 1 cm2 ¿cuál es la presión

que ejerce la persona sobre el área del piso en ésta se apoya?

4. Calcule la presión que ejerce u cilindro de acero de 2 kg que esta apoyado por una de

sus bases de 3 cm de radio.

5. Calcula la presión que ejerce Luis cuando esta sobre us dos pies suponiendo que cada

pie tiene una superficie de 200 cm2 y que Luis tiene una masa de 70 kg.

6. Una fuerza de 40 N está ejerciendo 60,000 Pa, calcula la superficie de apoyo.

7. Calcular la presión ejercida sobre la mesa por un bloque de 5 kg si la superficie sobre

la que se apoya tiene 50 cm2.

8. Exprese una presión de 155 kPa(man) como presión absoluta. La presión atmosférica

local es de 98 kPa(abs).

9. Exprese una presión de 225 kPa(abs) como presión manométrica. La presión

atmosférica es de 101 kPa(abs).

10. Exprese una presión de 10.9 psia como presión manométrica. La presión atmosférica

es 15.0 psia.

11. Exprese una presión de -6.2 psig como presión absoluta.

12. Calcule el cambio en la presión del agua, de la superficie a una profundidad de 5 m.

13. Calcule el cambio en la presión del agua, de la superficie a una profundidad de 15 pies.

14. La figura ilustra un tanque de aceite con un lado abierto a la atmósfera y otro sellado

en el que hay aire sobre el aceite. El aceite tiene una gravedad específica de 0.90.

Calcule la presión manométrica en los puntos A, B, C, D, E y F, y la presión del aire en el

lado derecho del tanque.

15. La presión atmosférica en la cima del Monte McKinley es de 606 mmHg en cierto día.

¿Cuál es la presión en atm y en kPa?

18

16. Si la leche tiene una gravedad específica de 1.08 ¿cuál es la presión en el fondo de una

lata de 550 mm de profundidad?

17. Se mide la presión en un fluido desconocido a una profundidad de 4.0 ft y resulta ser

de 1.820 psig. Calcule la gravedad específica del fluido.

18. La presión en el fondo de un tanque de alcohol de propílico a 25 °C debe mantenerse a

52.75 kPa (manométrica). ¿Cuál es la profundidad que debe mantenerse para el

alcohol?

19. Si se bucea a 12.5 ft de profundidad en el océano ¿cuál es la presión?

20. Un tanque de almacenamiento de agua se encuentra en el techo del edificio de una

fábrica, y la superficie del agua está a 50.0 ft por arriba del piso de la fábrica. Si se

conecta el tanque con el nivel del piso por medio de un tubo y se mantiene lleno de

agua estática ¿cuál es la presión en el tubo al nivel del piso?

21. Un tanque abierto contiene etilenglicol a 25 °C. Calcule la presión a una profundidad

de 3.0 m.

22. Para el tanque de etilenglicol que se describe en el problema anterior, calcule la

presión a una profundidad de 12.0 m.

23. La figura 7 muestra el diagrama de un sistema hidráulico para levantar vehículos. Un

compresor de aire mantiene la presión arriba del aceite en el depósito. ¿Cuál debe ser

la presión del aire si en el punto A debe haber al menos una de 180 psig?

Figura 7. Sistema hidráulico para levantar vehículos.

24. La figura 8 ilustra una máquina para lavar ropa. La bomba saca el fluido de la tina y la

traslada al desagüe. Calcule la presión en la entrada de la bomba cuando el agua se

encuentra estática (no hay flujo). La solución de agua jabonosa tiene una gravedad

específica de 1.15.

19

Figura 8. Máquina para lavar ropa.

25. Para el tanque de la figura 9, calcule la lectura en psig del medidor de presión que se

halla en el fondo si la parte superior del tanque está sellada, el medidor de presión de

la parte superior muestra una lectura de 50.0 psig y la profundidad del aceite h es de

28.50 pies.

Figura 9. Tanque de almacenamiento de aceite (sg = 0.95)

26. Para el tanque de la figura 9 calcule la profundidad h del aceite si la lectura que da el

medidor del fondo es de 35.5 psig, la parte de arriba del tanque se encuentra sellada y

el medidor superior tiene una lectura de 30.0 psig.

27. Para el tanque de la figura 10 calcule la profundidad del agua si la profundidad del

aceite es de 6.90 m y el medidor de la parte inferior del tanque registra una lectura de

125.3 kPa (manométrica).

20

Figura 10. Tanque de almacenamiento de aceite (sg = 0.86)

28. Un tanque para almacenar ácido sulfúrico tiene 1.5 m de diámetro y 4.0 m de altura. Si

el ácido tiene una gravedad específica de 1.80, calcule la presión en el fondo del

tanque. Éste se encuentra abierto a la atmósfera en su parte superior.

29. La profundidad mayor que se conoce en los océanos es de 11.0 km, aproximadamente.

Suponga que el peso específico del agua es constante a 10.0 kN/m3, y calcule la presión

a esa profundidad.

1.

21

Gases

Leyes de los gases

A. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Avogadro.

1. Se sabe que 3.5 l de un gas contienen 0.875 mol. Si se aumenta la cantidad de gas hasta

1.4 moles, ¿cuál será el nuevo volumen del gas?

2. Si 0.222 moles de un gas ocupan un volumen de 5.13 l, ¿qué cantidad de sustancia

habría en una muestra de gas cuyo volumen es de 7.47 l a la misma presión y

temperatura?

3. Se dispone de un recipiente de volumen variable. Inicialmente presenta un volumen

de 500 cm3 y contiene 34 g de amoniaco (NH3). Si manteniendo constantes la presión y

temperatura se introducen 68 g de amoniaco, ¿cuál es el volumen final del recipiente?

B. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Boyle.

1. Un globo inflado con un volumen de 0.55 l al nivel del mar se deja elevar a una altura

de 6.5 km, donde la presión es de casi 0.4 atm. Suponiendo que la temperatura

permanece constante, ¿cuál es el volumen final del globo?

2. Una muestra de cloro gaseoso ocupa un volumen de 946 ml a una presión de 726

mmHg. Calcule la presión del gas si el volumen se reduce a temperatura constante a

500 ml.

3. 4 l de un gas están a 600 mmHg de presión. ¿Cuál será su nuevo volumen si se

aumenta la presión hasta 800 mmHg?

C. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Charles.

1. Un gas tiene un volumen de 3.5 l a 25 °C. ¿Cuál será su nuevo volumen si se baja la

temperatura a 10 °C?

2. Una muestra de 452 ml de flúor gaseoso se calienta de 22 a 187 °C a presión

constante. ¿Cuál es el volumen final?

22

3. Una muestra de monóxido de carbono (CO) gaseoso ocupa 3.2 l a 125 °C. Calcule la

temperatura a la que el gas ocupará un volumen de 1.54 l si la presión se mantiene

constante.

D. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Gay-Lussac.

1. Cierto volumen de un gas se encuentra a una presión de 970 mmHg cuando su

temperatura es de 25 °C. ¿A qué temperatura deberá estar para que su presión sea

760 mmHg?

2. Cierta cantidad de gas se encuentra a 790 mmHg cuando la temperatura es de 25 °C.

Calcule la presión que alcanzará si la temperatura sube hasta los 200 °C.

3. Una lata vacía de aerosol de 200 ml contiene gas a 585 mmHg, a 20 °C. ¿Cuál es la

presión que se genera en su interior cuando se incinera en una fogata a 700 °C?

E. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de los gases ideales.

1. Calcúlese el volumen de 1.28 moles de un gas a 100 °C y 560 mmHg de presión.

2. Calcúlese el volumen de 0.0443 moles de un gas a 30 °C y 745 mmHg.

3. Una persona adulta sana exhala alrededor de 5.0 × 102 ml de una mezcla gaseosa en

cada respiración. Calcule el número de moléculas presentes en este volumen a 37 °C y

1.1 atm. Enumere los componentes principales de esta mezcla gaseosa.

F. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Dalton.

1. Una mezcla de gases contiene 4.46 moles de neón (Ne), 0.74 moles de argón (Ar) y

2.15 moles de xenón (Xe). Calcule las presiones parciales de los gases si la presión

total es 2 atm a cierta temperatura.

2. Una muestra de gas natural contiene 8.24 moles de metano (CH4), 0.421 moles de

etano (C2H6) y 0.116 moles de propano (C3H8). Si la presión total de los gases es 1.37

atm, ¿cuáles son las presiones parciales de los gases?

3. Una mezcla de 5 g de oxígeno (O2), 15 g de nitrógeno (N2) y 12 g de dióxido de carbono

(CO2) está contenida en un volumen de 1 l a 27 °C. ¿Cuál es la presión total?

G. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a la ley de Amagat.

23

1. Un sistema está formado por 16 g de oxígeno, 8 g de helio y 21 g de nitrógeno. ¿Cuál

será el volumen total de la mezcla si la temperatura es de 27 °C y la presión de 150

mmHg?

2. Si un recipiente contiene una mezcla formada por 1 g de dióxido de carbono (CO2) y 4

g de monóxido de carbono (CO) a 17 °C y 0.1 atm, calcular el volumen parcial de cada

componente y el volumen total.

3. En un recipiente de 5 l se introducen 8 g de helio (He), 84 g de nitrógeno (N2) y 90 g de

vapor de agua. Si la temperatura del recipiente es de 27 °C, calcular la presión que

soportan las paredes del recipiente, la fracción molar y volumen parcial de cada gas.

Masa molar

H. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. A 741 torr y 44 °C, 7.1 g de un gas ocupan un volumen de 5.4 l. ¿Cuál es la masa

molecular del gas?

2. Se tienen 4.88 g de un gas cuya naturaleza es dióxido de azufre (SO2) o trióxido de

azufre (SO3). Para resolver la duda, el gas se introduce en un recipiente de 1 l y se

observa que la presión que ejerce a 27 °C es de 1.5 atm, ¿de qué gas se trata?

3. La fórmula empírica de un compuesto es CH. A 200 °C, 0.145 g de este compuesto

ocupan un volumen de 97.2 ml a una presión de 0.74 atm. ¿Cuál es la fórmula

molecular del compuesto?

Densidad

I. Resuelve los siguientes ejercicios.

1. Calcule la densidad del flúor gaseoso (F2) a 20 °C y 188 torr.

2. Calcule la masa molar de un gas cuya densidad es 1.80 g/l a 25 °C y 880 torr.

3. ¿Cuál es la densidad del sulfuro de hidrógeno (H2S) a TPE?

Ejercicios adicionales

J. En los ejercicios que se presentan a continuación, identifique la ley de los gases que se

aplica para resolver cada uno y conteste lo que se pide.

24

1. Una muestra de aire ocupa un volumen de 3.8 l cuando la presión es de 1.2 atm, ¿qué

volumen ocupará a 6.6 atm?, ¿cuál es la presión requerida para comprimirlo a 0.075 l?

2. Una muestra de gas amoniaco ejerce una presión de 5.3 atm a 46 °C. ¿Cuál es la

presión cuando el volumen del gas se reduce a una décima parte de su valor inicial a la

misma temperatura?

3. La temperatura de 2.5 l de un gas, inicialmente a TPE, se eleva a 250 °C a volumen

constante. Calcule la presión final del gas.

4. ¿Cuál es el volumen de 1 mol de gas a TPE?

5. Dado que 6.9 moles de monóxido de carbono están presentes en un recipiente con un

volumen de 30.4 l, ¿cuál es la presión del gas si la temperatura es 62 °C?

6. Un gas que ocupa un volumen de 725 ml a una presión de 0.97 atm se deja expandir a

temperatura constante hasta alcanzar una presión de 0.541 atm ¿Cuál es su volumen

final?

7. Una cierta cantidad de gas está contenido en un recipiente de vidrio a 25 °C y a una

presión de 0.8 atm. Suponga que el recipiente soporta una presión máxima de 2 atm.

¿Cuánto puede elevar la temperatura del gas sin que se rompa el recipiente?

8. El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas incoloro e inodoro muy poco reactivo.

Calcule la presión ejercida por 1.82 moles del gas en un recipiente de acero de 5.43 l

de volumen a 69.5 °C.

9. Calcule el volumen ocupado por 2.12 moles de óxido nítrico (NO) a 6.54 atm y 76 °C.

10. Calcule el volumen que ocupan 7.40 g de HN3 a TPE.

11. Una pequeña burbuja se eleva desde el fondo de un lago, donde la temperatura y

presión son 8 °C y 6.4 atm, hasta la superficie del agua, donde la temperatura es 25 °C

y la presión de 1 atm. Calcule el volumen final de la burbuja si su volumen inicial era

de 2.1 ml.

12. Un gas que inicialmente tiene un volumen de 4 l a 1.2 atm y 66 °C experimenta un

cambio de manera que su volumen y temperatura final se convierten en 1.7 l y 42 °C.

¿Cuál es su presión final? Suponga que el número de moles no ha cambiado.

13. El argón es un gas inerte que se emplea en los focos para retrasar la vaporización del

filamento. Un cierto foto que contiene argón a 1.2 atm y 18 °C se calienta a 85 °C a

volumen constante. Calcule su presión final.

14. Una muestra de oxígeno gaseoso sometida a una presión inicial de 0.97 atm se enfría

de 21 a -68 °C a volumen constante. ¿Cuál es su presión final?

25

15. Calcule la densidad del bromuro de hidrógeno gaseoso a 733 mmHg y 46 °C.

16. Calcule la densidad del dióxido de carbono a 752 mmHg y 55 °C.

17. ¿Cuál es la densidad del hexafluoruro de uranio (UF6) a 779 mmHg y 62 °C?

18. ¿Cuál es la densidad del He a -200 °C y 0.8 atm de presión?

19. El bromo es un líquido café rojizo; calcule su densidad (en g/ml) si 586 g de la

sustancia ocupan 188 ml.

26

Entalpía

A. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a entalpia, utilizando el método directo.

1. Se desea conocer la entalpía de formación del dióxido de carbono. Calcule la entalpía

de la reacción en la que el carbono (grafito) y el oxígeno molecular, en sus estados

estándar, se convierten en dióxido de carbono, también en su estado estándar:

C(grafito) + O2(g) → CO2(g)

2. El pentaborano-9, B5H9, es un líquido incoloro, altamente reactivo, que se inflama o

incluso estalla cuando se expone al oxígeno. La reacción es:

2 B5H9(l) + 12 O2(g) → 5 B2O3(s) + 9 H2O(l)

En la década de 1950 se consideró el pentaborano-9 como un combustible potencial

para naves espaciales porque produce una gran cantidad de calor por gramo. Sin

embargo, el B2O3, sólido que se forma durante la combustión del B5H9,es un abrasivo

que destruye rápidamente los conductos de las naves, así que se abandonó la idea.

Calcule los kilojoules de calor que se liberan por gramo del compuesto que reacciona

con oxígeno. La entalpía estándar de formación del B5H9 es 73.200 kJ/mol.

3. El benceno se quema con el aire para producir dióxido de carbono y agua líquida.

Calcule el calor liberado (en kJ) por cada gramo del compuesto que reacciona con

oxígeno. La entalpía estándar de formación del benceno es 49.09 kJ/mol.

4. A partir de las entalpías estándar de formación, calcule H°Δ reacción para la reacción:

C6H12(l) + 9 O2(g) → 6 CO2(g) + 6 H2O(l)

Para C6H12(l), H°Δ f = 151.900 kJ/mol

5. El primer paso en la recuperación industrial del zinc, a partir del mineral sulfuro de

zinc, es el proceso de tostado, es decir, la conversión de ZnS en ZnO por calentamiento:

2 ZnS(wurtzita) + 3 O2(g) → 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)

27

Calcule la H°Δ reacción de dicha reacción.

B. Resuelva los siguientes ejercicios referentes a entalpia, utilizando el método indirecto.

1. Se desea conocer la entalpía estándar de formación del metano (CH4). Se puede

representar la síntesis del CH4 a partir de sus elementos como:

C(grafito) + 2 H2(g) → CH4(g)

Sin embargo, esta reacción no se puede efectuar como está escrita, de modo que no se

puede medir el cambio de entalpía directamente. Para hacerlo se han estudiado las

siguientes reacciones que implican C, H2 y CH4 con O2 y se conocen con exactitud sus

valores de H°Δ reacción:

a. C (grafito) + O2 (g) → CO2 (g) H°Δ reacción = -393.509 kJ

b. 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) H°Δ reacción = -571.660 kJ

c. CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l) H°Δ reacción = -890.359 kJ

2. Calcule la entalpía estándar de formación del acetileno (C2H2) a partir de sus

elementos:

2 C(grafito) + H2 (g) → C2H2(g)

Las ecuaciones para cada paso y los cambios de entalpía correspondientes son:

a. C (grafito) + O2 (g) → CO2 (g) H°Δ reacción = -393.509 kJ

b. H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O (l) H°Δ reacción = -285.830 kJ

c. 2 C2H2 (g) + 5 O2 (g) → 4 CO2 (g) + 2 H2O (l) H°Δ reacción = -2599.156 kJ

3. Calcule la entalpía estándar de reacción del disulfuro de carbono (CS2) a partir de sus

elementos, teniendo que:

a. C (grafito) + O2 (g) → CO2 (g) H°Δ reacción = -393.509 kJ

b. S (rómbico) + O2 (g) → SO2 (g) H°Δ reacción = -296.830 kJ

c. CS2(l) + 3 O2 (g) → CO2 (g) + 2 SO2 (g) H°Δ reacción = -1076.869 kJ

28

29