SISTEMAS BINARIOS: MEZCLAS IDEALES DE LÍQUIDOS VOLÁTILES EQUILIBRIO Y CINÉTICA (1308)

SEMESTRE 2013-2

PROFESOR: GERARDO OMAR HERNÁNDEZ SEGURA

Fecha de entrega: jueves 21 de marzo de 2013.

1. Determina la propiedad que se solicita en cada caso:

a) Calcula la masa necesaria de KNO3 para preparar una disolución acuosa 0.03 molal en 30 mL de agua.

b) Se prepara una disolución acuosa de CH3OH al 30 % en masa, cuya densidad es de 1.020 g/mL,

calcula la molalidad, la fracción mol y la molaridad de la disolución.

c) Se disuelven 2 g de I2 en 20 g de benceno (C6H6). La densidad de la disolución resultante es de

0.950 g/mL. Calcula la molalidad, % masa, % mol y molaridad de la disolución.

d) Se prepara una disolución acuosa 0.01 M de H2SO4, cuya densidad es de 1.043 g/mL. Determina la

normalidad y la molalidad de la disolución.

2. Las presiones de vapor del 1,2-dibromopropano y del 1,3-dibromopropano están dadas por las

siguientes ecuaciones modificadas de Antoine:

1,2-dibromopropano: 1644.40

log( º / mmHg) 7.303(ºC) 232

Pt

1,3-dibromopropano: 1890.56

log( º / mmHg) 7.549(ºC) 240

Pt

Asumiendo que el componente 1 es el 1,2-dibromopropano y que ambos líquidos forman una disolución

ideal, utiliza estas ecuaciones para construir el diagrama temperatura como función de la fracción mol

del 1,2-dibromopropano para este sistema, a la presión total de 700 mm Hg.

SUGERENCIA: Para construir el diagrama de fases, utiliza el programa Excel y a partir de las

ecuaciones de Antoine de los dos compuestos, como primer paso calcula los puntos de ebullición de

ambos líquidos puros a la presión de 700 mm Hg para conocer el intervalo de temperatura en el que vas

a graficar. Posteriormente calcula para cada compuesto la presión de vapor en el intervalo de

temperatura de los dos líquidos puros (tienes que ir asignando valores, por ejemplo cada 2ºC).

Por último calculas x1 y y1 con las ecuaciones que relacionan las composiciones en las fases líquida y

vapor respectivamente con las presiones de vapor y la presión total.

Recuerda que en el eje de las abscisas se coloca x1,y1 mientras que en el eje de las ordenadas se coloca la

temperatura. Apóyate en el tutorial de la construcción del diagrama de fases del CO2 para colocar dos o

más colecciones de datos x,y en una sola gráfica.

3. Las presiones de vapor del benceno y el tolueno a 300 K como líquidos puros son 32.06 mm Hg y

103.01 mm Hg respectivamente. Con esta información, construye el diagrama presión como función de

la fracción mol del benceno.

SUGERENCIA: Para construir el diagrama de fases, utiliza el programa Excel, y asigna valores de x1 y

y1 entre 0 y 1 (por ejemplo, cada 0.05) para calcular la presión total y así obtener la línea del líquido y la

línea del vapor.

Recuerda que en el eje de las abscisas se coloca x1,y1 mientras que en el eje de las ordenadas se coloca la

presión. Apóyate en el tutorial de la construcción del diagrama de fases del CO2 para graficar dos o más

colecciones de datos x,y en una sola gráfica.

4. Una mezcla de dos líquidos volátiles A y B se comportan idealmente a una temperatura constante de

310 K. Inicialmente, se mezclaron 3 moles del componente A y 5 moles del componente B, y al alcanzar

el equilibrio con su vapor, la presión total es de 90 mm Hg. Posteriormente, se adicionan 2 moles del

componente B a la misma temperatura y se encuentra que cuando la mezcla líquida alcanza el equilibrio

con su vapor, la presión total ahora es de 100 mm Hg. Calcula las presiones de vapor de los

componentes puros A y B. ¿Cuál es el componente más volátil y por qué?

5. Aplica la regla de las fases de Gibbs para los siguientes sistemas, indicando las propiedades que son

independientes en cada caso:

a) Disolución acuosa diluida de glucosa en su punto de congelación.

b) Sistema que contiene exclusivamente una mezcla de hidrocarburos líquidos n-hexano, ciclohexano y

metilbenceno (no hay presencia de vapor).

c) Mezcla de benceno-tolueno líquidos en el punto normal de ebullición (hay presencia de vapor).

d) Aire puro (21 % O2 y 79 % N2) a condiciones estándar.

e) AgCl (que es una sal poco soluble en agua a temperatura ambiente), la cual al agregarse a dicho

disolvente, forma un precipitado.

6. Una masa de 120 g de 1-propanol es mezclada con 138 g de etanol a una temperatura constante de

50ºC. La ecuación que relaciona la presión de vapor con la temperatura es de la forma:

log( º / mmHg)(ºC)

BP A

t C

En la siguiente tabla se presentan las constantes de la ecuación de Antoine:

Suponiendo que la mezcla de los dos alcoholes se comportara idealmente:

a) ¿Cuál es la composición de la fase líquida?

b) ¿A qué presión total hervirá la mezcla?

c) ¿Cuál es la composición de la fase vapor?

d) Si se evaporan 2 moles de la mezcla líquida inicial, ¿cuál será la composición del líquido, del vapor y

la presión total? (SUGERENCIA: emplea la regla de la palanca).

7. Una mezcla n-hexano y n-heptano, tiene una composición de 0.3 en fracción mol de hexano en la fase

líquida, mientras que en la fase vapor hay 0.8 en fracción mol de dicha sustancia. El sistema se encuentra

a una presión total de 585 torr. ¿Cuál será la presión de vapor del n-hexano puro y la temperatura a la

que ebulle la mezcla? La ecuación de Antoine para el n-hexano líquido en equilibrio con su vapor es la

siguiente:

1171.17log( º / mmHg) 7.860

(ºC) 224.41

P

t

8. A 15ºC el cloroformo tiene una presión de vapor de 122.7 mm Hg, mientras que para el diclorometano

es de 284.7 mm Hg. Si se tiene una mezcla de ambas sustancias en la que la fracción mol del cloroformo

en el vapor es de 0.3 cuando se encuentra el último vestigio de líquido, y suponiendo que la mezcla se

comporta idealmente,

a) ¿Cuál es la presión total y la fracción mol del cloroformo en el último vestigio del líquido?

b) Si hay 4 moles en la fase líquida y 3 moles en la fase vapor presentes a la presión calculada en el

inciso a, ¿cuál era la composición global del sistema? (SUGERENCIA: emplea la regla de la palanca).

c) A 15ºC, la densidad del cloroformo líquido es de 1.48 g/cm3, mientras que la del diclorometano es de

1.33 g/ cm3, ¿cuál será la densidad de la mezcla líquida, la entropía y energía de Gibbs de mezclado a la

presión y temperatura del sistema?

d) ¿ Cuál será la densidad de la mezcla en la fase vapor, la entropía y energía de Gibbs de mezclado a la

presión y temperatura del sistema?

9. De la siguiente lista de pares de sustancias y de acuerdo al intervalo de composición correspondiente,

describe si se forma una disolución líquida. En caso afirmativo, indica si la disolución resultante es ideal

o real, justificando tus respuestas con base en las fuerzas intermoleculares:

Sustancia: Fórmula: A B C

etanol CH3CH2OH 8.321 1718.1 237.5

1-propanol CH3CH2CH2OH 7.847 1499.2 204.6

Soluto:

(componente 2)

Disolvente:

(componente 1)

Intervalo de

Composición:

NaOH CH3OH todo

C12H22O11 H2O x2→0

CH3CH2CH3 CH2=CHCH3 todo

CH3CH2OCH2CH3 CH3COOH todo

CCl4 CH3Cl x2→0

I2 C6H6 todo

KBr H2O todo