1. 1) Una mezcla de 60% mol de N2 y 40% mol de O2 se introducen a un reactor, donde se lleva
a cabo la reacción:
N2 + 2O2 N2O4
28g 64g 92g
57 500g
N2=60%×100=60 kg
O2=40%×100=40 kg
N2 =
60 000 𝑔
28 𝑔
= 2142.9 (RE)
O2 =
40 000 𝑔
64 𝑔
= 625 (RL)
Determine:
a) La composiciónfinal en% mol si se introducen 100 kg de mezcla,considerandoquela reacción
tiene un rendimientode 70%
N2O4=70%x57 500g=40 250g
Exceso=60 000 – 17 500=42500g
N2=0.51x100=51
N2O4=0.49x100=49
Total=100
b) El peso molecularpromediode la mezclafinal.
N2=0.51x28=14.28
N2O4=0.49x92=45.08
Total=59.36
2) Una mezcla gaseosa tiene la siguiente composición en % mol: H2, 30%; CH4, 20%; C3H8,
15%; N2 35%. La mezcla, que pesó 3000 kg a 280 0F y 820 mmHg, se pone en un reactor
donde se lleva a cabo la siguiente reacción.
N2 + 3H2 2 NH3
28g 6g 34g
1 050 000g 900 000g
H2= 30%= 900kg
N2= 35%= 1050kg
C3H8= 15%=450kg
CH4= 20%=600kg
Total = 3000kg
2. N2 =
1050000 𝑔
28 𝑔
= 37 500
H2 =
900000 𝑔
6 𝑔
= 150 000
Si la eficienciade lareacciónesde 68%, determine:
b) El reactivo limitante y el reactivo en exceso.
RL= N2
RE= H2
c) El peso molecular promedio a la entrada y a la salida del reactor.
A la entrada A la salida
H2= 0.3×2=0.6 NH3=17×0.12=2.04
N2= 0.35×28=9.8 C3H8=34×0.03=1.02
C3H8= 0.15×34=5.1 CH4=16×0.09=1.44
CH4= 0.2×16=3.2 H2=2×0.76=1.52
Total =18.7 Total=6.02
3) Una mezcla gaseosa pesa 250 kg a una temperatura de 200 0F y a 1.5 atm de presión, su
composiciónen%moles:H2(25%),CH4(18%), C3H8(35%),O2(22%).Posteriormentelamezcla
se introduce en un reactor donde se lleva a cabo la transformación
CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O
16g 64g 44g 36g
45 000g 55 000g 37 812g 30 937.5g
28 359g 23 203.1g 75%
H2=25%x250kg=62.5 kg
CH4=18%x250kg=45 kg (RE)
C3H8=35%x250kg=87.5 kg
O2=22%x250kg=55 kg (RL)
Una vez efectuadalareacción,lacual tiene unaeficienciade 75%,la mezclagaseosa
resultante continúaenproceso.Determine:
a) El peso molecular promedio de la mezcla gaseosa al finalizar la reacción.
CH4=0.05x16=0.8
C3H8=0.05x44=2.2
CO2=0.02x44=0.88
H2O=0.03x18=0.54
H2=0.84x2=1.68
Total=6.1
3. b) Las presiones parciales en atm, a la salida del reactor, si la presión total es de 15 lb/in2
.
15 lb/in2
x0.068046=1.02atm
c) El volumen de la mezcla gaseosa después de la reacción, si ésta se encuentra a 100 o
C y a la
presión del inciso b).
PV = RTn
1.02× 𝑉 = 0.082 × 373 × 859
𝑉 = 25758 𝐿
4) Una mezcla de 30% mol de N2 y 70% mol de O2 se introducen a un reactordonde se lleva a
cabo la siguiente reacción química en fase gaseosa:
N2 + 2O2 N2O4
28g 64g 92g
210 000g 490 000g 690000g
N2=30%×700=210 kg
O2=70%×700=490 kg
N2 =
210 000 𝑔
28 𝑔
= 7 500 (RL)
O2 =
490 000 𝑔
64 𝑔
= 7 650 (RE)
Determine:
a) La composiciónfinal en% volumensi se introducen700 kg de mezcla, considerandoquela
reacción tiene unaeficienciade 90%
90%×690 000g=621000
690000 – 621000=69
N2 + 2O2 N2O4
28x 64x
28x + 64x = 69
X = 0.75
Queda:
N2= 28x0.75=21 kg 3%
O2= 64x0.75=48 kg 6.8%
N2O4=621 kg 90.2%
b) El peso molecularpromediode la mezclafinal.
O2 g=
690 000𝑔×64
92
=480 000g
ExcesoO2=490 000g – 480 000g=100 000g
O2=0.32x32=10.24
N2O4=0.68x92=62.56
Total=72.8
4. 6) Una mezcla gaseosa tiene la siguiente composición en % mol: N2(22%), Cl2(28%), H2(35%),
CH4(15%). Se tiene 12 kg de esta mezcla a 6 atm y 25 oC de temperatura; dicha mezcla se
envía a un reactor donde se efectúa la trasformación:
H2 + Cl2 2HCl
2100 mol 47 mol 47 mol
N2=22%x12=2.64 kg
Cl2=28%x12=3.36 kg (RL)
H2=35%x12=4.2 kg (RE)
CH4=15%x12=1.8 kg
Esta reaccióntiene unaeficienciade 80% y los gasessalendel reactora 7 atm y a 35 o
C.
Determine:
a) El peso molecular promedio de la mezcla gaseosa a la entrada y a la salida del reactor.
47 mol x 80%= 37.6 mol
Entrada:
Cl2=3360g/71g=47 mol – 37.6 mol=9.4 mol = 667.4g
H2=4200g/2g=2 100 mol – 37.6 mol=2062.4 mol=4124.8g
Salida:
HCl= 37.6 mol=1372.4g
b) El volumen de la mezcla gaseosa que sale del reactor.
PV = RTn
7 × 𝑉 = 0.0082 × 308 × 37.6
𝑉 = 135.6 𝐿
c) La composición de la mezcla gaseosa en % peso al final de la reacción.
N2=2.64 kg=28.6%
Cl2=1.8 kg=19.5%
H2=0.6674 kg=7.2%
CH4=4.1248 kg=54.7%
Total=9.2322 kg
5. 11) A un reactor se introducen 100 mol de amoniaco(NH3) Y 100 mol de O2 cada hora. Y se lleva
a cabo la siguiente reacción.
2NH3 + 2.5O2 2NO + 3H2O
a) ¿Cuál es el flujovolumétricode la corriente?
1 mol 22,4 l
100 mol/h x = 2240 l/h
1 mol 22,4 l
100 mol/h y = 2240 l/h
b) ¿Cuál es la composiciónmolar?
c) ¿Cuálessonlas presionesparciales?
Reactivo limitante: NH3
2NH3 + 2.5O2 2NO + 3H2O
1700 g/h 3200 g/h 1700 g/h 2550 g/h
13) El acetileno gaseoso se produce de acuerdo con la siguiente reacción química:
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca (OH)2
Carburo de calcio + agua acetileno + hidróxido de calcio
Masa de NH3 Masa de O2
1 mol 17 g NH3
100 mol/h m NH3
m NH3 = 1700 g/h
1 mol 32 g NH3
100 mol/h m O2
m O2 = 3200 g/h
Composición molar Presión parcial
NH3 100 mol 100 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3
398,32 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
= 0,251
O2 100 mol 100 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝐻3
398,32 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
= 0,251
NO 1700
30
= 56.66
56,66 𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑂
398,32 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
= 0,142
H2O 2550
18
= 141,66
141,66 𝑚𝑜𝑙 𝐻20
398,32 𝑚𝑜𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
= 0,355
Total 398,32 1
6. a) Si solo se cuenta con 20 g de CaC2,¿Cuántoacetileno podría producirsesi la reacción se lleva a
cabo a 80% de eficiencia?
CaC2 + 2H2O C2H2 + Ca (OH)2
20g x g
64g 26g
X= 8,125g
A un 80% de eficiencia seria 6,5g
b) Hay una demanda de 15 lb de acetileno por semana; para su producción se requiere saber
cuántosgramos de carburo de calciodeben comprarse si la eficienciadel reactor es de 75% y la
pureza del reactivo es de 60%?
15 lb = 6810g
Se necesitan 12 572,25 g de acetileno a una eficiencia de 75%
Total: 20 953,75 g
14) Un gas tiene la siguiente composición en % peso: N2 (24%), Cl2 (26%), H2 (30%) y el resto es
CH4. Si se tienen 30 moles de esta mezcla a una presión de 6 atm, una temperaturade 78°F
y se envían a un reactor que trabaja a 80% de eficiencia, donde se efectúa la reacción:
H2 + Cl2 2HCl
Determine:
d) La cantidad de ácido clorhídrico formado
H2 + Cl2 2HCl
1mol 1mol 2mol
9 mol 7,8 mol x mol
X = 15,6 mol
A un 80% de eficiencia x=12,48 mol, es decir se produce 455,52 g de HCl
d) El peso molecular promedio a la entrada del reactor
N2 = 7,2 mol
Cl2 = 7,8 mol
H2 = 9 mol
CH4 = 6 mol
Peso molecular promedio: 7,2(28) + 7,8 (71) + 9(2) + 6 (16) = 869,4 g/mol
60% de
pureza
7. e) Si a la salida del reactor hay 280°F y 8 atm, ¿Cuál será la densidad?
Densidad =
𝑃𝑥𝑃𝑀̅̅̅̅̅
𝑅𝑇
Densidad =
2𝑎𝑡𝑚𝑥869,4𝑔/𝑚𝑜𝑙
0,082 𝑎𝑡𝑚𝐿/𝑚𝑜𝑙𝐾𝑥367,6𝐾
Densidad = 57,68 g/L
15) Determine la entalpia estándar de formación del pentoxido de nitrógeno (N2O5) a 25°C con
base en los siguientes datos:
4NO + 2O2 4NO2 H= -114,1 kJ/mol (x2)
4NO2 + O2 2N2O5 H= -110,2 kJ/mol
2N2 + 2O2 4NO H= 108,5 kJ/mol(x2)
2N2 + 5O2 2N2O5 H= -121,4 kJ/mol
16) El calor de formación de la glucosa (C6H12O6) y el ácido láctico (CH3CHOHCOOH) es -304,60
y -165,88 kcal/mol, respectivamente. ¿Cuál es el calor de reacción a 25°C para la formación
del ácido láctico a partir de la glucosa?
C6H12O6 2(CH3CHOHCOOH)
∆𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = ∑∆𝐻°𝑓( 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠)− ∑∆𝐻°𝑓( 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠)
∆𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = ⌊(−165,88𝑥2) − (−304,60)⌋
∆𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = −27,16 kcal/mol
17) La entalpia de combustión del naftaleno (C10H8) es de -5 157 kcal/mol K a 25°C. Determine
la entalpia de formación del naftaleno a esta temperatura:
C10H8 + 12O2 10CO2 + 4H2O
∆𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = ∑∆𝐻°𝑓( 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠)− ∑∆𝐻°𝑓( 𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠)
−5 157 = [10(−393,5) + 4(−241,8)] − [ 𝑥]
−5 157 = −4902.2 − 𝑥
X = 254.8
8. 18) Escriba la reacción que representa la síntesis del H2SO4 a partir de azufre, oxigeno e
hidrogeno (reacción de formación) y calcule el valor del calor de formación a volumen
constante en condiciones estándar, a partir de la siguiente formación:
S + O2 SO2 H= -70,94
SO2 + ½O2 SO3 H= -94,39
SO3 + H2O H2SO4 H= -199,69
H2 + ½ O2 H2O H= -57,80
S + 2O2 + H2 H2SO4 H= -422,82 kcal/mol
19) La obtención de carbono puede hacerse a partir de la siguiente reacción:
CO(g) + ½O2 (g) CO2 (g)
Calcule el calor que se requiere generar o eliminar del reactor por cada kilogramo de CO2 (g que se
produce considerando la información que se presenta a continuación:
Sustancia ∆H (kcal/mol)
CO(g) -26.416
O2 (g) 0
CO2 (g) -94.052
ΔH°reaccion = ∑ΔH°(productos) − ∑ΔH°(reactivos)
ΔH°reaccion = [(−94.052) − (0 + −24.416 )] kcal/mol
ΔH°reaccion = −69.636 kcal/mol
Entonces por cada mol de CO2 que se produce se liberan 69.636 kcal.
−69.636
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
×
1 𝑚𝑜𝑙
44 𝑔
×
1000 𝑔
1 𝑘𝑔
= −1582.6363
𝑘𝑐𝑎𝑙
𝑘𝑔
Entonces por cada kilogramo de CO2 se liberaran 1582.6363 kcal.
9. 20) La obtención del metanol es posible a partir de la reacción:
CO (g) + 2H2 (g) CH3OH (g)
El sistemaoperaa unatemperaturade 25 ºC y a unapresiónde 1 atm. Calcula la cantidad de calor que
debe extraerse del reactor si se obtienen 96 ton/día de metanol, con base en los siguientes
datos termoquímicos:
Sustancia ∆H (kJ/mol)
CO(g) -110.52
H(g) 0.00
CH3OH(g) -238.64
ΔH°reaccion = ∑ΔH°(productos) − ∑ΔH°(reactivos)
ΔH°reaccion = [(−238.64) − (−110.52 + 0)] kJ/mol
ΔH°reaccion = −128.12 kJ/mol
Por cada mol de CH3OH se extrae del reactor 128.102 kJ
−128.12
𝑘𝐽
𝑚𝑜𝑙
×
1 𝑚𝑜𝑙
32 𝑔
×
106 𝑔
1 𝑡𝑜𝑛
×
96 𝑡𝑜𝑛
𝑑𝑖𝑎
= −384 360
𝑀𝐽
𝑑𝑖𝑎
Por cada día se deben extraer 384 360 MJ
21)
a) Determine el calor de formación del benceno, a volumen constante, a partir de la
siguiente información:
2C + 2O2 (g) 2CO2 (g) ∆Hºf = -188.04 kcal
2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l) ∆Hºf = -136.634 kcal
C6H6 (l) + 7
1
2
O2 (g) 6CO2 (g) + 3H2O (l) ∆Hºf = -780.98 kcal
10. Solución:
6CO2 (g) + 3H2O C6H6 (l) + 7
1
2
O2 (g) ∆Hºf = 780.98 kcal (1)
6C + 6O2 (g 6CO2 (g) ∆Hºf = -564.12 kcal (2)
3H2 (g) + 3/2 O2 (g) 3H2O (l) ∆Hºf = -204.951 kcal (3)
Sumamos (1) + (2) + (3)
6C + 3H2 (g) C6H6 (l) ∆Hºf = 11.909 kcal
Para producir 1 mol (PM: 72g) de C6H6 (l) se necesitan 11.909 kcal
b) ¿cuál es la cantidad de calor que debe suministrarse a la reacción para formar 250 lb de
C6H6 a condiciones tipo?
Para producir 1 mol (PM: 72g) de C6H6 (l) se necesitan 11.909 kcal
72g 11.909 kcal
250𝑙𝑏 ×
453.6 𝑔
1 𝑙𝑏
X
X = 18 756.675 kcal
22) Los valores de las siguientes reacciones, a 25ºC son:
Na(s) + ½ Cl2 (g) NaCl ∆Hf = -98.321 kcal
H2 (g) + S(s) + 2O2 (g) H2SO4 ∆Hf = -193.69 kcal
2Na(s) + S(s) + 2O2 (g) Na2SO4 (s) ∆Hf = -330.50 kcal
½ H2 (g) + ½ Cl2 (g) HCl (g) ∆Hf = -22.063 kcal
A partir de estos datos, determine el calor de reacción a volumen constante y a 25ºC para el proceso:
2NaCl (s) + H2SO4 (l) Na2So4 + 2 HCl (g)
11. Solución:
2NaCl 2Na(s) + Cl2 (g) ∆Hf = 98.321 kcal (1)
H2SO4 2Na(s) + S(s) + 2O2 (g) ∆Hf = -193.69 kcal (2)
2Na(s) + S(s) + 2O2 (g) Na2SO4 (s) ∆Hf = -330.50 kcal (3)
H2 (g) + Cl2 (g) 2HCl (g) ∆Hf = -44.126 kcal (4)
Sumamos (1) + (2) + (3) + (4)
2NaCl (s) + H2SO4 (l) Na2So4 + 2 HCl (g) ∆Hf = 15.706 kcal
24) A partir de las reacciones que se presentan a continuación, las cuales se llevan a cabo en
condiciones estándar, determine el calor estándar del Fe2O3 y del FeO.
2Fe2O3 + 3C(s) 4Fe (s) + 3CO2 (g) ∆Hf = 117.31 kcal/mol
FeO(s) + C(s) Fe (s) + CO(g) ∆Hf = 37.7 kcal/mol
C(s) + ½ O2 (g) CO(g) ∆Hf = -26.416 kcal/mol
CO(g) + ½ O2 (g) CO2 (g) ∆Hf = -94.052 kcal/mol
Solución:
4Fe (s) + 3CO2 (g) 2Fe2O3 + 3C(s) ∆Hf = -117.31 kcal/mol (1)
2Fe (s) + 2CO(g) 2FeO(s) + 2C(s) ∆Hf = 2(-37.7) kcal/mol (2)
5C(s) +
5
2
O2 (g) 5CO(g) ∆Hf = 5(-26.416) kcal/mol (3)
3CO(g) +
3
2
O2 (g) CO2 (g) ∆Hf = 3(-94.052) kcal/mol (4)
Sumamos (1) + (2) + (3) + (4)
3 Fe + 2 O2 Fe2O3 + FeO ∆Hf = 303.473 kcal/mol
12. 25) Para la reacción:
𝟐𝐍𝐇 𝟑 + 𝟐
𝟏
𝟐
𝐎 𝟐 → 𝟐𝐍𝐎 + 𝟑𝐇 𝟐 𝐎
Determine el calor de reacción para 5g de amoniaco y la cantidad de calor que se
desprende, a partir de los siguientes datos
Sustancia 𝚫H°f (kcal/mol)
NH3 -19,27
O2 0,0
NO 21,6
H2O -57,798
Solución:
ΔH°reaccion = ∑ΔH°(productos) − ∑ΔH°(reactivos)
ΔH°reaccion = [2(21,6) + 3(−57,798)] − [2(−19,27)] kcal/mol
ΔH°reaccion = −90,794 kcal/mol
Para 5g de amoniaco(P.A=17g/mol):
34g -90,794 kcal
5g X
X =
5 x − 90,794
17
X = 13,35 kcal
26) Calcule el calor de formación del eteno a presión y volumen constantes y en condiciones
estándar, si se dispone de la siguiente información
Reacción 𝚫H°f (kcal/mol)
𝐂 𝟐 𝐇 𝟒(𝐠) + 𝟑𝐎 𝟐(𝐠)
→ 𝟐𝐂𝐎 𝟐(𝐠) + 𝟐𝐇 𝟐 𝐎(𝐥)
-337,3
𝐇 𝟐(𝐠) + 𝟏/𝟐𝐎 𝟐(𝐠) → 𝐇 𝟐 𝐎(𝐥) -68,32
𝐂(𝐬) + 𝐎 𝟐(𝐠) → 𝐂𝐎 𝟐(𝐠) -94,052
Solución:
2CO2(g) + 2H2O(l) → C2H4(g) + 3O2(g) ΔH°f = 337,3
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔH°f = 2(-68,32) +
2C(s) + 2O2(g) → 2CO2(g) ΔH°f = 2 (-94,052)