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Primera parte sesión 3 unidad 3 - Contenido educativo

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Subido el 22 de enero de 2025 por M. Jesús V.

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ejercicio nuevo. En un calorímetro se introducen 5,00 kilogramos de agua, que están a 26,0 00:00:00
grados centígrados, y se introduce también 1,00 kilogramos de hielo, que se encuentran 00:00:11
a menos 10 grados centígrados. La temperatura final es 7,60 grados centígrados. Calcula 00:00:21
el calor latente de fusión del hielo, o sea, le podemos llamar CSUF o LANDASUF o a veces 00:00:33
también incremento de H, variación de entalpía. Datos, calor específico del hielo 0,48 calorías 00:00:41
por cada gramo grado centígrado, calor específico del agua, una caloría por cada gramo grado 00:00:49
centígrado y vamos a decir que el calorímetro es adiabático, es decir, que se cumple que 00:00:55
el calor cedido más calor absorbido es igual a cero. Bueno, y a la temperatura final 7,60 00:01:03
grados centígrados la podemos llamar temperatura de equilibrio. Hacemos un esquema, sabemos 00:01:09
que estos 5,00 kilogramos de agua se enfrían y ceden calor al hielo, por lo que 1,00 kilogramos 00:01:17
de hielo toman calor del agua hasta alcanzar la temperatura de equilibrio. Entonces, hay 00:01:36
un calor cedido por el agua, que está a 26 grados centígrados, y el hielo, que es el 00:01:43
que absorbe el calor hasta que llega, después de un proceso, en varias etapas, hasta 7,60 grados centígrados. 00:01:48
Entonces, esquemáticamente vamos a ver lo siguiente. 00:01:59
El agua sólida, que es el hielo, que se encuentra a menos 10 grados centígrados, 00:02:03
va a pasar, tiene que calentarse hasta agua sólida también, hielo, hielo a 0 grados. 00:02:08
Entonces, ahí lo vamos a poner como CUSU 1, el calor que interviene. 00:02:16
Después, este agua, el hielo, que está a 0 grados centígrados, va a cambiar de estado, va a fundir. 00:02:21
Entonces, ese calor va a ser CUSU 2, va a pasar de agua sólida a 0 grados a agua líquida, que funde a 0 grados. 00:02:28
Y ya cuando tenemos el agua líquida a 0 grados, mediante curso 3, se va a calentar hasta 7,60. 00:02:36
O sea, vamos a pasar de agua líquida a 0 grados a agua líquida a 7,60 grados centígrados. 00:02:45
Por otro lado, el agua que teníamos líquida a 26,0 grados centígrados, con otro calor que intercambia, 00:02:54
lo que va a hacer es enfriarse, va a ser el que cede calor 00:03:03
se enfría hasta 7,60 grados centígrados 00:03:07
el curso 4 va a ser el calor que interviene en este caso 00:03:11
entonces vamos a decir que como el hielo es el que absorbe calor 00:03:14
el calor absorbido va a ser, ahora lo escribo, es igual a 00:03:20
curso 1 más curso 2 más curso 3, sin embargo 00:03:23
el calor cedido va a ser curso 4 00:03:27
Cuando el agua líquida, que está a 26, que es el que está más caliente, se enfría hasta 7,60 grados centígrados. 00:03:31
Y vamos a aplicar la fórmula de cálculo de calor cedido más calor absorbido igual a cero. 00:03:38
¿Vale? 00:03:46
Entonces, y ahora desarrollaremos para el cálculo de cada uno de los calores parciales de los que acabo de decir, los cuatro. 00:03:47
Bueno, entonces cuando un cuerpo absorbe o cede calor al pasar de una temperatura inicial a otra final, lo vamos a llamar, lo llamamos muchas veces calor sensible. 00:03:55
El calor sensible ya sabemos que se calcula con la fórmula Q igual a la masa por el calor específico por el incremento de temperatura. 00:04:11
¿Vale? Sin embargo, el calor de cambio de fase, de cambio de estado de fase a temperatura constante, ese calor viene dado por esta expresión, m por lambda sub f, en este caso sería lambda sub f, ¿no? 00:04:30
Bueno, pues vamos a utilizar estas dos ecuaciones para calcular los distintos calores, ¿vale? 00:04:49
Entonces, vamos a empezar con Q1. 00:04:57
En Q1, Q1 es igual, vamos a ver que el hielo sólido se va a calentar de menos 10 hasta 0 grados centígrados. 00:05:01
Entonces la ecuación sería, la ecuación a utilizar como no hay cambio de estado sería masa por calor específico por incremento de temperatura, luego la masa del hielo, ¿cuánto teníamos del hielo? 00:05:12
Un kilogramo son mil gramos por el calor específico del hielo, que es 0,48 calorías por cada gramo y grados centígrados. 00:05:28
¿Y por qué temperatura final va a tener el hielo? 00:05:41
Hemos dicho que pasa de menos 10 a 0 grados, luego sería 0, menos, menos 10 grados centígrados. 00:05:45
Y esto es igual a, vamos a simplificar las unidades, gramos con gramos, grados centígrados, y me queda, este menos por menos es un más, ¿vale? 00:05:54
Entonces me queda al final 4.800. 00:06:08
4.800, ¿qué unidades me quedan? Calorías. 00:06:14
Este es el calor que ha absorbido el hielo para calentarse de menos 10 a 0 grados centígrados. 00:06:18
Seguimos teniendo hielo sólido, ¿vale? Agua sólida. 00:06:24
Ahora, vamos a calcular Q2. 00:06:28
Q2 es igual... 00:06:32
Aquí vamos a tener un cambio de estado porque el agua sólida, el hielo, va a fundir, va a pasar de agua sólida a agua líquida, ¿vale? 00:06:34
Entonces, la fórmula a utilizar es esta. 00:06:41
Q es igual a M por el calor latente de fusión que me lo da. 00:06:43
No, perdón. 00:06:48
Por el calor latente de fusión que es lo que me pide en este caso. 00:06:49
Entonces, Q2 va a ser igual a la masa, que son de hielo, que son mil gramos, por la incógnita, que es lambda sub f, calor latente. 00:06:53
Esta es nuestra incógnita. 00:07:04
¿Vale? 00:07:06
Ahora vamos a calcular Q3. 00:07:08
Luego, al final, como he dicho antes, aplicaremos que la ecuación de calor cedido, calor cedido más calor absorbido, 00:07:11
o ganado es igual a cero y calcularemos la única incógnita que tenemos 00:07:21
que es el calor latente de fusión del hielo, curso 3 será igual 00:07:25
a el calor que necesita el agua ya cuando 00:07:29
está líquida para pasar de 0 grados 00:07:33
a 7,60, entonces esto sería 00:07:37
sigue siendo, aunque ya es líquido, sigue siendo mil gramos que teníamos en un principio 00:07:40
de hielo, mil gramos por, el calor específico del agua 00:07:45
ya líquida es 1, una caloría por cada gramo y grado centígrado y por diferencia de temperatura 00:07:49
sería 7,60 que es la temperatura final, 7,60 menos la inicial que es 0, porque es para 00:07:57
pasar de 0 a 7,60 grados centígrados. Hay que poner en estos problemas siempre temperatura 00:08:05
final menos inicial. Vemos que estos tres calores, Q1, Q2, Q3, eso nos da positivo porque 00:08:11
que es calor absorbido, acordaos del criterio de signos, entonces en este caso Q3 me va a dar 7600 calorías, ¿vale? 00:08:18
Ya tenemos las tres Qs, ahora vamos a calcular Q4, estas tres serían absorbido, Q absorbido. 00:08:30
Ahora vamos a ver el calor cedido por el agua. 00:08:42
Q4 sería igual, ¿cuánto teníamos de agua a 26 grados? 00:08:48
Teníamos 5 kilogramos, luego lo pasamos a gramos, son 5.000 gramos por el calor específico que es agua líquida, 00:08:57
el agua, que es una caloría por cada gramo, grado centígrados, 00:09:06
entonces esta Q también es la misma fórmula de la anterior, porque no hay cambio de estado. 00:09:12
En la única que había cambio de estado era en Q2, ¿vale? 00:09:19
Y por diferencia de temperatura, que sería 7,60 menos 26,0 grados centígrados. 00:09:22
Antes, ahora simplifico, simplifico las unidades, gramos con gramos, grado centígrado con grado centígrado, 00:09:36
y me queda, en este caso, negativo, menos 92.000 calorías. 00:09:45
¿Por qué? Si nos fijamos, 7,60 menos 26 da un número negativo. 00:09:57
Luego esto significa que Q4, como es calor desprendido, nos da negativo, es así, ¿vale? Simplificamos también lo de antes, las unidades. Bueno, ya tenemos los cuatro calores, este Q, Q4, ponemos aquí, es calor cedido. 00:10:03
Bueno, pues entonces ya tenemos, como tenemos, vamos a tener en cuenta que me lo decían en el enunciado, que el calorímetro es adiabático, pues vamos a poner que calor absorbido más calor cedido es igual a cero, ¿vale? 00:10:22
Vamos a aplicar esto y si ponemos todas las ecuaciones, vamos, las ecuaciones, todos los datos que tenemos de antes, vamos a poner que empezamos sumando el calor absorbido, que es Q1, Q2, Q3, sumamos con el calor cedido, que es Q4 y lo igualamos a cero. 00:10:42
Entonces, me sale, ponemos que, venga, 4.800 calorías más este otro, eso es Q1, 4.800 calorías, más Q2, que son 1.000 gramos por lambda F, que es la incógnita, ¿cierto?, más. 00:11:06
Tenemos Q3 que son 7.600 calorías. 00:11:36
Ahora le sumamos Q4 que es menos 92.000 calorías. 00:11:43
Esto es igual a cero. 00:11:51
Entonces tenemos que sumar, por un lado tenemos los términos con los que aparecen solamente calorías, lo vemos, ¿no? 00:11:54
Y luego hay otro término donde aparecen los mil gramos y el lambda F, que es la incógnita. 00:12:03
Bueno, con lo cual despejamos. 00:12:09
Lambda F es igual a, si sumamos, 4.800. 00:12:13
Bueno, podemos pasar al segundo miembro para que nos quede positivo el 92.000 calorías. 00:12:24
pasamos al segundo miembro 4.800 calorías y 7.600 calorías y me queda positivo porque es mayor el 92.000, 92.000 pasa positivo y estos otros dos negativos, 00:12:32
con lo cual el resultado me queda 79.600 calorías dividido entre 1.000 gramos que tenemos multiplicando a lambda F, ¿vale? 00:12:45
Habíamos dejado en el primer miembro lambda el término que contenía la incógnita y habíamos pasado todo lo demás al segundo miembro. 00:13:06
Entonces, el resultado me queda en las unidades que me tiene que quedar, que son 7, perdón, 79,6 calorías por gramo, ¿vale? 00:13:15
Bien, el problema dice lo siguiente. Calcula cuántos gramos de propano, C3H8, deben quemarse para producir 700 kilojulios según la siguiente reacción. 00:13:31
En las reacciones de combustión, en este caso el propano, C3H8, se produce, reacciona el combustible, en este caso el propano, con el oxígeno y se forma dióxido de carbono, vemos aquí en la reacción en qué estado está, gaseoso, y agua. 00:13:46
Y se desprende, por eso tenemos aquí la entalpía estándar de esta reacción de combustión, menos 2.220 kilojulios por cada mol que arde. Es una reacción esotérmica. Bueno, la ecuación está ajustada, la vemos. Tenemos tres átomos de carbono, el propano, por lo tanto ponemos en el CO2 un 3. 00:14:06
Después miramos la cantidad de hidrógenos que tenemos, que son 8 de propano 00:14:27
Ponemos en el agua un 4 delante, 4 por 2, 8 00:14:33
Y después ya ajustamos el oxígeno que falta 00:14:37
Tenemos en el CO2 3 por 2, 6 más 4 del agua, 6 y 4, 10 00:14:40
Y ponemos un 5 delante de él, 5 por 2, 10 en el oxígeno 00:14:48
Bueno, la ecuación está ajustada, tenemos cada uno de los reactivos y los productos en su estado, 00:14:53
en el caso del propano gaseoso, más oxígeno gaseoso, etc. 00:15:00
Bueno, pues entonces vemos que por cada mol se desprenden esos kilojulios. 00:15:05
Vamos a ver cuánto se tendría que quemar para desprender en cierta cantidad de gramos de propano 700 kilojulios. 00:15:11
Necesitamos saber la masa molar del propano. 00:15:21
¿Qué es la masa molar del propano? 00:15:24
En este caso es igual a, tenemos tres átomos de carbono y ocho de oxígeno, pues es 44 gramos por cada mol. 00:15:26
Entonces, aplicando los factores de conversión oportunos, partíamos de 700 kJ, que es lo que queremos que se produzca, y lo multiplicamos, sabemos que un mol que se quema de propano, C3H8, desprende, 00:15:38
Obtenemos por cada mol de propano que se quema 2.220 kilojulios y también sabemos que un mol de C3H8 propano son 44, aproximadamente 44 gramos. 00:16:08
Simplificamos las unidades, los moles, con los moles, los kilojulios también 00:16:32
Y esto nos da 13,90 gramos 00:16:41
Estos son los gramos de propano que hay que quemar para obtener 700 kilojulios 00:16:51
El siguiente ejercicio dice... 00:17:00
NO, también en estado gaseoso. 00:17:30
Impide que calculemos la entalpía estándar de esta reacción, 00:17:35
la entalpía estándar, calor, sería calor a presión constante, 00:17:39
a partir de las entalpías estándar de formación siguientes. 00:17:43
Entonces me dan las entalpías estándar de los reactivos y de los productos. 00:17:48
Vemos que en el caso del oxígeno, que está en su estado más estable, estero, 00:17:53
Entonces aplicamos la siguiente expresión, que es la expresión que utilizamos en estos casos de calores de reacción a partir de las entalpías estándar de formación, 00:17:59
que es las presiones, la variación de entalpía y una reacción, en estado estándar en este caso, una reacción es igual al sumatorio en el coeficiente estequiométrico de los productos multiplicado por la variación de entalpía, 00:18:11
estándar de formación de los productos 00:18:36
menos el sumatorio 00:18:39
de los coeficientes de este quimétrico M de los reactivos 00:18:42
multiplicado por el incremento de H sub cero 00:18:48
variación de entalpía estándar de formación de los 00:18:51
reactivos. Bueno, esta es la 00:18:55
ecuación que estamos utilizando. Entonces, en este caso 00:19:00
esta variación de entalpía 00:19:04
la calculamos 00:19:08
estándar 00:19:09
esta reacción será igual a 00:19:12
tenemos en este caso 00:19:17
en nuestra reacción 00:19:20
6 de agua 00:19:21
tenemos igual a 6 00:19:30
en este caso del agua sería 00:19:33
menos 200 00:19:41
el agua está aquí 00:19:42
menos 285 con 8 00:19:47
en los julios mol 00:19:49
tenemos a continuación 00:19:49
del NO 00:19:59
más 4 00:20:01
por, el NO es 90,4 kilojoules mol, luego ponemos las unidades al final, ahora menos las de los reactivos, menos, ¿qué reactivos tenemos?, el amoníaco y el oxígeno, 00:20:03
Entonces, ponemos menos 4 por la del amoníaco, que es menos 46,3 y menos, porque estamos viendo que las de los reactivos es menos, tenemos del oxígeno, bueno, pues en este caso del oxígeno sería 0. 00:20:21
El oxígeno tiene un 5 delante, el coeficiente estequiométrico por 0. 00:20:46
En este caso nada. 00:20:51
Y las unidades de todo ello son kilojulios mol. 00:20:53
Y esto es igual a menos 1168 kilojulios. 00:21:00
por cada mol. 00:21:21
Tengo que recordar que en este caso 00:21:28
la fórmula que hemos utilizado para calcular esta entalpía 00:21:31
la voy a poner aquí abajo para que la veáis 00:21:36
veamos cómo era la variación de entalpía de la reacción. 00:21:40
Vamos a hacer este ejercicio en dos apartados. 00:21:48
El apartado A dice, calcula el calor molar de combustión del propano, Qp, el calor a presión constante, que es igual al incremento de H0, entalpía. 00:21:51
Datos de entalpía estándar de formación. 00:22:02
O sea que vamos a resolver este apartado a partir de las entalpías estándar de formación. 00:22:05
Del CO2 es menos, bueno, tenemos los datos, menos 393,5 kJ mol. 00:22:11
Tenemos también del propano y del agua. Sabemos que la del oxígeno, como está en su estado más elemental, es cero. 00:22:18
Entonces la reacción es la siguiente, es una reacción de combustión, C3H8 en estado gaseoso, el propano, reacciona con el oxígeno para dar CO2 más agua. 00:22:32
Hemos ajustado la reacción y hemos puesto cada uno de los reactivos y productos en el estado que está, entre paréntesis. 00:22:45
Entonces, para hacer estos ejercicios, sabemos que para calcular el calor de esta reacción de combustión, 00:22:55
este se calcula como el sumatorio de las entalpías de formación de los productos, 00:23:04
cada una de ellas multiplicada por sus coeficientes estequiométricos, menos el sumatorio de las entalpías de la reacción de los reactivos. 00:23:12
Entonces, este calor, esta entalpía de combustión molar sería la siguiente. 00:23:22
Empezamos, como se forman, tenemos 3 de CO2, pues pondríamos 3 y lo multiplicamos por la del CO2, que es menos 393,5. 00:23:32
Todo ello luego lo vamos a poner en las unidades más. 00:23:46
el siguiente que tenemos es el agua 00:23:54
pues tenemos 4 por la del agua 00:23:57
que es menos 285,83 00:24:00
y ahora es menos la de los reactivos 00:24:05
menos, ¿qué reactivos tenemos? 00:24:10
el propano, que es la del propano 00:24:13
es menos, pero hay que ponerlo entre paréntesis 00:24:16
es el signo, menos 103,75. Y la del agua, perdón, la del oxígeno es cero. Entonces 00:24:19
esto sería, estas unidades serían en kilojulios. Y esto me daría, siendo menos la de los reactivos 00:24:31
que era menos 103,75, que es la del propano, y menos, y vamos a poner un 5, 00:24:44
que es el coeficiente estequiométrico del oxígeno, por 0, porque la del oxígeno es 0. 00:24:58
Entonces todo ello lo hemos puesto entre corchetes, que viene expresado en kilojulios por cada mol. 00:25:04
Bueno, pues sumando todos ellos nos da menos dos mil doscientos veinte coma cero siete kilojulios por mol. 00:25:11
Y a continuación vamos a hacer el apartado B del ejercicio. 00:25:20
El apartado B del resultado me diría, calcula cuántos gramos de propano se tendrán que quemar para calentar 500 decímetros cúbicos de agua de 10 grados centígrados a 75 grados centígrados. 00:25:24
Quiere decir que yo voy a calcular cuántas calorías, y luego lo paso a julios y a kilojulios, necesito para calentar esos 500 decímetros cúbicos de agua, ¿vale? 00:25:45
Entonces una vez que sepa los kilojulios que necesito para calentar esa cantidad de agua, sabiendo que el calor de combustión del propano es, hemos dicho que se desprende 2220,07 kilojulios por cada mol, pues entonces ya de esta manera podré calcular los gramos de propano. 00:26:03
Entonces voy a calcular el calor que se necesita para calentar esta cantidad de agua de 10 a 75 grados centígrados. 00:26:26
Y esto sería igual, calor para calentar el agua, sería igual a la masa, que son 500 decímetros cúbicos, que equivalen a 500 litros. 00:26:39
Y teniendo en cuenta, si tenemos en cuenta que la densidad es una, serían 500.000 gramos. 00:27:05
500.000 gramos por el calor específico que es una caloría por cada gramo y grado centígrado 00:27:16
y por la diferencia de temperaturas, esta diferencia de temperaturas es 00:27:28
temperatura final 75 menos la inicial que son 10 grados centígrados, simplifico 00:27:33
Y esto me daría 3,25 por 10 a las 7 calorías. 00:27:41
Estas calorías, estas 3,25 por 10 a las 7 calorías, lo paso a julio. 00:27:55
Yo sé que un julio son 0,24 calorías y una caloría equivale a lo mismo que poner 4,18 julios. 00:28:04
Y si lo quiero en kilojulios, yo sé que un kilojulio equivale a mil julios. 00:28:18
Y esto me da la 1,36 por 10 a la 5 kilojulios. 00:28:27
Con lo cual es el calor que necesitamos medio en kilojulios para calentar esa cantidad de agua. 00:28:34
Pero yo sé que si tengo esta cantidad de calor para calentar ese agua y me piden cuántos gramos tendré que quemar. 00:28:42
Yo sé que por cada mol que quemo obtengo 2220 kilojulios. 00:28:52
Entonces, si a esta cantidad de calor, 1,36 por 10 a la 5 kilojulios, lo multiplico por este factor de conversión, 00:28:57
yo sé que por cada mol de propano se desprenden 2.220 kilojulios. 00:29:07
Se desprende ese calor. 00:29:14
Pero también sé que un mol de propano pesa 44 gramos de propano. 00:29:16
¿Vale? Entonces, de esta manera, simplificando los moles y los kilojulios, kilojulio con kilojulio y mol con mol, me da 2,7 por 10 a la 3 gramos. 00:29:24
Esos son los gramos que tengo que quemar de propano para calentar esa cantidad de agua. 00:29:39
Materias:
Química
Niveles educativos:
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  • Formación Profesional
    • Ciclo formativo de grado superior
      • Primer Curso
      • Segundo Curso
Autor/es:
M J V
Subido por:
M. Jesús V.
Licencia:
Todos los derechos reservados
Visualizaciones:
56
Fecha:
22 de enero de 2025 - 17:14
Visibilidad:
Clave
Centro:
IES LOPE DE VEGA
Duración:
29′ 47″
Relación de aspecto:
1.78:1
Resolución:
1280x720 píxeles
Tamaño:
78.70 MBytes

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