Capítulo 16: Equilibrio químico y de fase

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-125 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-125 Para proteger la atmósfera, se ha sugerido usar hidrógeno como combustible en aviones que vuelan a altas altitudes. Esto evitaría la formación de dióxido de carbono y otros productos de combustión basados en carbono. La combustión en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-124 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-124 Un medio para producir oxígeno líquido a partir del aire atmosférico es aprovechar las propiedades del equilibrio de fases de mezclas de oxígeno y nitrógeno. El sistema se ilustra en la figura P16-124. En este sistema de reactores…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-123 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-123 Un ingeniero sugirió que se usara la disociación de agua a alta temperatura para producir un combustible de hidrógeno. Se ha diseñado un reactor-separador que puede trabajar con temperaturas tan altas como 4.000 K y presiones hasta de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-122 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-122 La solubilidad del gas nitrógeno en caucho a 25 °C es 0.00156 kmol/m3 · bar. Cuando se establece el equilibrio de fases, la densidad del nitrógeno en una pieza de caucho colocada en una cámara de gas nitrógeno…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-121 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-121 El valor de la constante de Henry para gas CO2 disuelto en agua a 290 K es 12.8 MPa. Considere agua expuesta al aire atmosférico a 100 kPa que contiene 3 por ciento de CO2 por volumen. Bajo…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-120 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-120 Considere una mezcla de gases que consiste en tres componentes. El número de variables independientes que se necesitan especificar para fijar el estado de la mezcla es a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 Solución:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-119 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-119 Se quema propano C3H8 con aire, y los productos de combustión consisten en CO2, CO, H2O, O2, N2, OH, H2 y NO. El número de relaciones de constantes de equilibrio que se necesitan para determinar la composición de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-118 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-118 Se calienta aire húmedo a una temperatura muy alta. Si la composición de equilibrio consiste en H2O, O2, N2, OH, H2 y NO, el número de relaciones de constantes de equilibrio que se necesita para determinar la composición…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-117 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-117 De las reacciones que se dan en seguida, la reacción cuyo número de moles de productos aumenta por la adición de gases inertes en la cámara de reacción a presión y temperatura constantes es a) b) c) d)…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-116 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-116 De las reacciones que se dan en seguida, la reacción cuya composición de equilibrio a una temperatura especificada no se afecta por la presión es a) b) c) d) e) todas las anteriores Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-114 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-114 Si la constante de equilibrio para la reacción CO  1 2 O2 Δ CO2 es K, la constante de equilibrio para la reacción CO2  3N2Δ CO  1 2 O2  3N2 a la misma temperatura…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-113 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-113 Si la constante de equilibrio para la reacción H2  1 2 O2Δ H2O es K, la constante de equilibrio para la reacción 2H2O Δ 2H2  O2 a la misma temperatura es Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-111 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-111 Demuestre que, cuando dos fases de un sistema de dos componentes están en equilibrio, la función de Gibbs específica de cada fase de cada componente es la misma. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-110 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-110 Demuestre que, cuando las tres fases de una sustancia pura están en equilibrio, la función de Gibbs específica de cada fase es la misma. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-109 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-109 Se desea controlar la cantidad de CO en los productos de combustión de octano C8H18, de modo que la fracción volumétrica de CO en los productos sea menor de 0.1 por ciento. Determine el porcentaje de aire teórico…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-108 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-108 Se quema alcohol etílico (C2H5OH(g)) a 25 °C en una cámara de combustión adiabática de flujo estacionario con 90 por ciento de exceso de aire que también entra a 25 °C. Determine la temperatura de flama adiabática de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-107 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-107 Un refresco carbonatado está totalmente cargado con gas CO2 a 17 °C y 600 kPa, de manera que toda la masa de refresco está en equilibrio termodinámico con la mezcla de CO2 y vapor de agua. Ahora considere…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-106 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-106 Un recipiente de volumen constante contiene inicialmente un kmol de monóxido de carbono CO y 3 kmol de oxígeno O2 (no hay nitrógeno) a 25 °C y 3 atm. Ahora se enciende la mezcla y el CO se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-105 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-105 Usando los datos de la entalpía de reacción h _ R y el valor de KP a 2.800 K, estime el valor de KP del proceso de disociación O2Δ 2O a 3.000 K. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-104 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-104 Reconsidere el problema 16-103. Usando el software EES (u otro), investigue el efecto de la temperatura en la entalpía de reacción usando ambos métodos variando la temperatura de 2.000 a 3.000 K Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-103 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-103 Estime la entalpía de reacción h _ R para el proceso de combustión de hidrógeno a 2.400 K, usando a) datos de entalpía y b) datos de KP. Respuestas: a) 252,377 kJ/kmol, b) 252,047 kJ/kmol Solución: Solución 1:…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-102 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-102 Reconsidere el problema 16-101. Usando el software EES (u otro), estudie el efecto de la presión en la composición de equilibrio variando la presión de 1 atm a 10 atm. Grafique la cantidad de CO presente en el…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-10 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-101 Una mezcla de 3 moles de CO2 y 3 moles de O2 se calienta a 2.600 K a una presión de 1.5 atm. Determine la composición de equilibrio de la mezcla, suponiendo que sólo están presentes CO2, CO,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-100 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-100 Una mezcla de 2 moles de H2O y 3 moles de O2 se calienta a 3.600 K a una presión de 8 atm. Determine la posición de equilibrio de la mezcla, suponiendo que sólo están presentes H2O, OH,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-99 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-99 Se quema uniformemente gas propano a una presión de 1 atm con un exceso de 10 por ciento de oxígeno suministrado por el aire atmosférico. Los reactivos entran a una cámara de combustión de flujo uniforme a 25…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-98 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-98 Se quema gas propano con 20 por ciento de exceso de aire. La mezcla aire-combustible entra a una cámara de combustión de flujo uniforme a 1 atm y 25 °C. Los productos de la combustión salen del reactor…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-97 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-97 Se quema octano gaseoso con 40 por ciento de exceso de aire en un motor de automóvil. Durante la combustión, la presión es de 600 psia y la temperatura llega a 3.600 R. Determine la composición de equilibrio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-96 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-96 Se quema gas metano con 30 por ciento de exceso de aire. Este combustible entra a un quemador de flujo estacionario a 101 kPa y 25 °C, y se mezcla con el aire. Los productos de combustión salen…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-95 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-95 Determine la cantidad de calor liberada por kilogramo de carbono por la combustión del problema 16-94. Respuesta: 19,670 kJ/kg carbono Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-94 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-94 Se quema carbono sólido a 25 °C con una cantidad estequiométrica de aire que está a una presión de 1 atm y 25° C. Determine el número de moles de CO2 que se forman por kmol de carbono…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-93 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-93 Diez kmol de gas metano se calientan de 1 atm y 298 K a 1 atm y 1.000 K. Calcule la cantidad total de transferencia de calor necesaria cuando a) se desprecia la disociación y b) cuando se…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-92 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-92 Considere la reacción CH4  2O2 Δ CO2  2H2O cuando la reacción ocurre a 700 kPa y 3.000 K. Determine la presión parcial de equilibrio del dióxido de carbono. Los logaritmos naturales de las constantes de equilibrio…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-91 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-91 Reconsidere el problema 16-90. Usando el software EES (u otro), estudie el efecto del exceso de aire en la composición de equilibrio y la temperatura de salida variando el porcentaje de exceso de aire de 0 a 200…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-90 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-90 Se quema gas metano (CH4) a 25° C con la cantidad estequiométrica de aire durante un proceso de combustión adiabática de flujo estacionario a 1 atm. Suponiendo que los gases de combustión consisten en CO2, H2O, CO, N2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-89 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-89 Una mezcla de 1 mol de H2O, 2 moles de O2 y 5 moles de N2 se calienta a 2.200 K a una presión de 5 atm. Suponiendo que la mezcla de equilibrio consiste en H2O, O2, N2…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-88 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-88 Determine la constante de equilibrio para la reacción CH4  2O2 Δ CO2  2H2O cuando la reacción ocurre a 690 kPa y 3.000 K. Los logaritmos naturales de la constante de equilibrio para las reacciones C …

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-87 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-87 Una mezcla de 1 mol de H2 y 1 mol de Ar se calienta a presión constante de 1 atm hasta que 10 por ciento del H2 se disocia en hidrógeno monoatómico (H). Determine la temperatura final de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-86 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-86 Usando los datos de la función de Gibbs, determine la constante de equilibrio KP para el proceso de disociación O2 Δ 2O a 2 000 K. Compare su resultado con el valor de KP listado en la tabla…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-85 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-85 Considere un refresco carbonatado en una botella a 27 °C y 130 kPa. Suponiendo que el espacio gaseoso arriba del líquido consiste en una mezcla saturada de CO2 y vapor de agua, y considerando el refresco como agua,…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-84 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-84 Considere un vaso con agua en un cuarto a 27 °C y 92 kPa. Si la humedad relativa en el cuarto es de 100 por ciento y el agua y el aire están en equilibrio térmico y de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-83 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-83 Los productos espumosos como la crema de afeitar se hacen con mezclas líquidas cuyos ingredientes son principalmente agua y un refrigerante como el refrigerante 134a. Considere una mezcla líquida de agua y refrigerante 134a con una fracción másica…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-82 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-82 Vuelva a resolver el problema 16-81 cuando la temperatura en el absorbedor aumenta a 6 °C y la temperatura en el generador se reduce a 40 °C. La presión de saturación del amoniaco a 6 °C es de…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-81 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-81 Una unidad de refrigeración por absorción de amoniaco en agua opera su absorbedor a 0 °C y su generador a 46 °C. La mezcla de vapor en el generador y en el absorbedor debe tener una fracción molar…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-80 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-80 Se mezcla un kmol de amoniaco con 2 kmol de agua en un contenedor cerrado que se mantiene a 100 kPa y 25 °C. Determine la fracción molar del amoniaco en la fase líquida y en la fase…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-78 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-78 Una pared de caucho natural separa gases O2 y N2 a 25 °C y 300 kPa. Determine las concentraciones molares de O2 y N2 en la pared. Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-79 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-79 Una mezcla de dos fases de amoniaco y agua está en equilibrio a 50 °C. Si la composición de la fase de vapor es de 99 por ciento de NH3 y 1 por ciento de H2O por números…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-77 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-77 ¿Cuál es la masa total de la fase líquida del problema. 16-76? Respuesta: 11.4 kg Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL LIBRO TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN ¿Te sirvió el ejercicio?…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-76 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-76 Una mezcla oxígeno-nitrógeno consiste en 30 kg de oxígeno y 40 kg de nitrógeno. Esta mezcla se enfría a 84 K a una presión de 0.1 MPa. Determine la masa del oxígeno en el líquido y la fase…

SOLUCIÓN DE EJERCICIOS TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 7 EDICIÓN SOLUCIÓN PROBLEMA 16-75 TERMODINÁMICA CENGEL Y BOLES 16-75 ¿A qué temperatura tendrá la fase líquida de una mezcla de oxígeno y nitrógeno a 100 kPa una fracción másica de nitrógeno de 60 por ciento? Solución: Solución 1: Canal CONSULTA AQUÍ OTROS EJERCICIOS RESUELTOS DEL SOLUCIONARIO DEL…