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Hilo: Combustion de gases en recinto aislado

  1. #1
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    Predeterminado Combustion de gases en recinto aislado

    Hola no me sale un problema de quimica y es de oposición, alguien podria ayudarme? Muchas gracias

    Se introduce un mol de propano y el aire necesario para tener la proporción estequiometrica de la mezcla oxigeno/propano en el interior de un recinto aislado térmicamente del exterior y con volumen constante. Inicialmente la mezcla de gases se encuentra a 298 k y a 1 atm. Cual será la presión y temperatura despues de producida la combustion? Supongase comportamiento ideal.
    Datos: calor de vaporizacion del agua a 25°C: 583.6 cal/g
    Entalpia de combustión del propano a 25°C con agua líquida como producto: -530.6 Kcal/mol
    El calor especifico molar a presion constante en Cal/k.mol de todas las especies viene dado por Cp= b + b '. T siendo los parámetros b y b' de cada sustancia los que se indican a continuacion:
    Especies en fase gaseosa:
    Propano: b= 0.4 b'=0.065
    Oxigeno: b= 6.5 b'=0.001
    Nitrogeno: b= 6.5 b'=0.001
    Agua: b=8.15 b'=0.0005
    Dióxido de carbono: b=7.7 b'= 0.0053
    Última edición por desicopy; 25/02/2016 a las 21:19:58.

  2. #2
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Hola.
    Cual es tu duda? Expone lo que hiciste y donde te trancas. Me niego a resolverte el ejercicio.

    Saludos
    Carmelo

  3. #3
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Cita Escrito por carmelo Ver mensaje
    Hola.
    Cual es tu duda? Expone lo que hiciste y donde te trancas. Me niego a resolverte el ejercicio.

    Saludos
    Carmelo
    Bueno no pretendía que me lo resolvieran sino que alguien me diera unas pautas, siento si me exprese mal.

    Pues yo aplicaría la variacion de Entalpia con la temperatura teniendo en cuenta que en la combustion entra en juego el nitrógeno ademas del oxigeno y del propano que hay que poner como reactivos y como productos estarian el CO2 y el agua liquida por tanto sumaría estos términos aunque añadiría la Entalpia de vaporizacion del agua porque los datos que me da el problema son para especies gaseosas y finalmente integraría pero tengo 2 incógnitas que es la Entalpia de combustión del propano a la temperatura X de la combustion y la propia temperatura de combustión.
    Finalmente calculará la presión mediante la ecuación de Clausius Clayperon. Pero claro me pierdo en que tengo 2 incógnitas y no salgo de ahí. Por tanto no se si estoy haciendo algo mal. Muchas gracias por tu respuesta.

  4. #4
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Hola.

    Deberías hacer los siguiente:
    1) Iguala la reacción de combustión.
    2) Calcula el \Delta H de combustión con H_2O(g) comp producto (Ley de Hess).
    3) Calcula el calor liberado a volumen constante.

    Este calor liberado será absorbido por las especies presentes y por consiguiente se tendrá un aumento de la temperatura y presión. Ambas cantidades están relacionadas, ya que el volumen es constante y se puede conocer a partir de las condiciones iniciales.

    Considera las especies presentes luego de la combustión. Propano y O_2 ya no habrá dado que se colocaron en cantidades estequiométricas y se consumieron en la reacción. Si supones una relación \approx 4:1, para N_2:O_2, deberías llegar a que hay 20 moles de N_2, 4 moles de H_2O y 3 moles de CO_2.

    Calcula el \Delta U para cada uno de ellos entre 298 y la temperatura final(T), súmalos e iguala al calor liberado por la reacción química. Resolviendo para T, con el volumen del recipiente el número de moles, comportamiento ideal, ya puedes calcular la presión alcanzada.

    Nota que podemos hacer esto dado que es un sistema aislado y de paredes rígidas, por lo que no intercambia calor ni realiza trabajo, por lo tanto la energía interna es constante.

    Si en algún paso fuí muy genérico, consulta nuevamente.

    Saludos
    Carmelo
    Última edición por carmelo; 26/02/2016 a las 03:19:02.

  5. #5
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Muchas gracias por tus explicaciones, voy a intentar hacerlo. Un saludo

    - - - Actualizado - - -

    Hola Carmelo, sigo dándole vueltas al problema.
    Te cuento a lo que llegue:

    - - - Actualizado - - -

    Tengo claro que pasa antes y después de la combustion. Calculo el volumen con el número de moles iniciales que me da 24.8 y el volumen me da 606.01 litros.
    Después de la combustion me quedan 3 moles de CO2, 4 moles de agua líquida y 18.80 moles de nitrógeno por lo que el número de moles totales es ahora 25.8. Planteo la ecuacion de los GI para relacionar la presión final con la temperatura pero me faltan ambas incógnitas
    Ahora quiero calcular el calor a volumen constante pero me falta dato de Cv y el número de moles cual pondría? La diferencia entre finales e iniciales? O sea 25.8-24.8=1?
    Yo usaria: Q=n . Cv . (Tf-Ti)
    Y respecto a la ley de Hess te recuerdo que desconozco la variacion de Entalpia a la temperatura final de la combustion, solo se la variacion de Entalpia a la Temperatura de 25°C.
    Y hay otra cosa que no se donde meter y es la Entalpia de vaporizacion del agua.

    - - - Actualizado - - -

    Al aplicar la ley de Hess no se si te entendi bien.
    Yo escribiría productos menos reactivos pero te entendi que solo debo sumar los calores de los productos porque ya se consumieron los reactivos?? Pero la ley de Hess no es productos menos reactivos?

    - - - Actualizado - - -

    A ver yo pondria:

    Variacion de Entalpia a Tf=-530600 + 3. integral (7.7+0.0053T)dT + 10504.8 + 4. integral (8.15+0.0005T)dT - 1. integral (0.4+0.0065T) - 5. integral ( 6.5+ 0.001 T) dT - 18.80. integral ( 6.5 + 0.001T)dT

    Aunque no está indicado todas las integrales varían entre 298 K y la Temperatura final de la combustion.
    El dato de -530600 es la variacion de Entalpia a 25 °C y el dato de 10504.8 es la Entalpia de vaporizacion del agua que no sabia donde meter.

  6. #6
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Hola.

    Ley de Hess: La variación de entalpía de la suma de dos o mas reacciones químicas es igual a la suma de las entalpías de cada una de las reacciones. En este caso

    C_3H_8(g)+5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g)+4H_2O(l)\qquad \Delta H =-530.6kcal

    4H_2O(l)\rightarrow 4H_2O(g) \qquad \Delta H =4 mol \cdot 583.6 cal\;g^{-1}\cdot 18g\;mol^{-1}\cdot 10^{-3}kcal\;cal^{-1} =42.0kcal

    C_3H_8(g)+5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g)+4H_2O(l)\qquad \Delta H =-530.6kcal+42.0kcal=-488.6kcal

    Por lo tanto el calor liberado a presión constante es -488.6kcal.

    El calor liberado a volumen constante es igual a la variación de la energía interna.

    \Delta U = \Delta H -\Delta(PV) =\Delta H -\Delta(n) RT=-488.6kcal- 1 mol \cdot 1.987cal\;mol^{-1}\;K^{-1}\cdot 298K\cdot 10^{-3}kcal/cal=-488.0kcal

    Este calor será utilizado para elevar la temperatura de los gases presentes luego de la reacción.

    488.0kcal=-\Delta U_{Comb.}=\dst\int_{298}^{T}\left( n_{N_2} C_{v,N_2}+n_{CO_2} C_{v,CO_2}+n_{H_2...

    Ten en cuenta que para un gas ideal: \widetilde{C}_p-\widetilde{C}_v=R y los moles que van son los que tienes calculados (3 de dioxido de carbono, 4 de agua y 18.8 de Nitrógeno).

    De aquí podrás despejar T. Con T,V y el número de moles gaseosos (25.8) cálcula P utilizando la ley del gas ideal.

    Saludos
    Carmelo
    Última edición por carmelo; 29/02/2016 a las 03:32:26.

  7. #7
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Cita Escrito por carmelo Ver mensaje
    Hola.

    Ley de Hess: La variación de entalpía de la suma de dos o mas reacciones químicas es igual a la suma de las entalpías de cada una de las reacciones. En este caso

    C_3H_8(g)+5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g)+4H_2O(l)\qquad \Delta H =-530.6kcal

    4H_2O(l)\rightarrow 4H_2O(g) \qquad \Delta H =4 mol \cdot 583.6 cal\;g^{-1}\cdot 18g\;mol^{-1}\cdot 10^{-3}kcal\;cal^{-1} =42.0kcal

    C_3H_8(g)+5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g)+4H_2O(l)\qquad \Delta H =-530.6kcal+42.0kcal=-488.6kcal

    Por lo tanto el calor liberado a presión constante es -488.6kcal.

    El calor liberado a volumen constante es igual a la variación de la energía interna.

    \Delta U = \Delta H -\Delta(PV) =\Delta H -\Delta(n) RT=-488.6kcal- 1 mol \cdot 1.987cal\;mol^{-1}\;K^{-1}\cdot 298K\cdot 10^{-3}kcal/cal=-488.0kcal

    Este calor será utilizado para elevar la temperatura de los gases presentes luego de la reacción.

    488.0kcal=-\Delta U_{Comb.}=\dst\int_{298}^{T}\left( n_{N_2} C_{v,N_2}+n_{CO_2} C_{v,CO_2}+n_{H_2...

    Ten en cuenta que para un gas ideal: \widetilde{C}_p-\widetilde{C}_v=R y los moles que van son los que tienes calculados (3 de dioxido de carbono, 4 de agua y 18.8 de Nitrógeno).

    De aquí podrás despejar T. Con T,V y el número de moles gaseosos (25.8) cálcula P utilizando la ley del gas ideal.

    Saludos
    Carmelo
    Muchas gracias Carmelo. Resolví el problema y me da una temperatura muy alta de 2562.72 K
    El calor liberado a volumen constante a mi me da -489.19 Kcal, supongo que fue un error de calculo que a ti te dio -488.0 Kcal.
    He observado como no conservas el signo menos después en la fórmula de las integrales, eso no se muy bien porque.

  8. #8
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Hola

    Esta bien el valor que obtienes, me comí el signo. En cuanto a conservar el signo, no entiendo lo que dices.

    No realicé los cálculos detallados para ver si el valor de T que obtienes es el correcto, pero a grosso modo con los datos que tu tienes parece que es correcto o en ese órden anda. Tienes el resultado? No parece ser un ejercicio de libro.

    Saludos
    Carmelo

  9. #9
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Pues este ejercicio es de la última convocatoria oficial de oposiciones al cuerpo de profesores de enseñanza secundaria de Galicia. No tengo el resultado sino ya comprobaba si me daba.
    Respecto al signo, me refería a que yo resolví el problema con el dato positivo de 489.19 porque la fórmula que escribiste es menos variacion de energía interna. Es lo que no entendía muy bien, es decir, si tengo que tener en cuenta el signo negativo de -489.19 o teniendo en cuenta la fórmula que escribiste de menos variacion de la energía interna al poner -489.19 pues el menos lo paso al otro miembro de variación de energía interna.
    No se si me explique bien, básicamente lo que no veo es porque no pones el menos de 489.19 en la fórmula de la energía interna, porque el resultado que obtendria de la temperatura final cambiaría totalmnte teniendo en cuenta el signo menos.

    - - - Actualizado - - -

    Y muchas gracias por ayudarme, es que busque ejercicios similares en la web y no encontraba de este estilo. Era el único q me faltaba por resolver del examen y ya estoy más aliviada, así que muchas gracias.

  10. #10
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Hola.

    El sistema está aislado térmicamente y es un recipiente de paredes rígidas, por lo tanto \Delta U_{Sist}=0. El cual lo podemos dividir en dos partes es decir, \Delta U_{Sist}=\Delta U_1+\Delta U_2. Donde el proceso 1 es la combustión y el proceso 2 el que consiste en llevar los productos de p=1atm, T=298K a p=pfinal y T=Tfinal. Por lo tanto -\Delta U_1=\Delta U_2. De ahí proviene el signo de menos del \Delta U_{Comb}

    Saludos
    Carmelo

  11. #11
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    Predeterminado Re: Combustion de gases en recinto aislado

    Vale, ya entiendo. Muchisimas gracias, ya me queda claro. Un saludo

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