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1. 1
EJERCICIOS PARA EL PARCIAL 2
Considera la siguiente reacción que tiene lugar dentro de un reactor de
fisión nuclear
𝐔𝟗𝟐
𝟐𝟑𝟓
+ 𝐧𝟎
𝟏
→ 𝐁𝐚𝟓𝟔
𝟏𝟒𝟏
+ 𝐊𝐫𝟑𝟔
𝟗𝟐
+ 𝟑 𝐧𝟎
𝟏
Dadas las masas isotópicas de los átomos de 235
U = 235.0439 g/mol, 141
Ba =
140.9144 g/mol y 92
Kr = 91.9262 g/mol, y la del neutrón como de 1.0086
g/mol, calcula la cantidad de materia en gramos que desaparece por cada
mol de 235
U que se fisiona.
Solución
Una buena estrategia al inicio consiste en simplificar la reacción (para efecto de
los cálculos):
𝐔𝟗𝟐
𝟐𝟑𝟓
→ 𝐁𝐚𝟓𝟔
𝟏𝟒𝟏
+ 𝐊𝐫𝟑𝟔
𝟗𝟐
+ 𝟐 𝐧𝟎
𝟏
Lo que esta reacción nos dice es que por cada 235.0439 g (esto es, 1 mol) de 235
U
se forman 140.9144 g de 141
Ba, 91.9262 g de 92
Kr y 2.0172 g de dos neutrones;
por tanto, cantidad de materia en gramos que desaparece por cada mol de 235
U
que se fisiona = 235.0439 g - 140.9144 g - 91.9262 g - 2.0172 g = 0.1861 g.
El uranio se introduce en los reactores en forma de U3O8. Calcula los kW-
hora que se producen cuando 1 kg de este combustible se fisiona
completamente (1 kW-hora = 3.6 x 106
J). Considera la masa molar del U3O8 =
842.09 g/mol. Considera que c = 3 x 108
m/s.
De acuerdo a la relación establecida por Einstein E = mc2
, la energía que se
desprende por cada gramo de materia = (0.001 kg)(3 x 108
m/s)2
= 9 x 1013
J y
considerando el resultado del ejercicio anterior:

2. 2
1 kg U!O!×
1 mol U!O!
842.09 g U!O!
×
3 mol U
1 mol U!O!
×
0.1861 g materia
1 mol U
×
9 × 10!"
J
1 g materia
×
1 kW − hr
3.6 × 10! J
= 16,575 kW-hr
El precio del U3O8 actualmente es de $ 890 pesos/kg aproximadamente
(fuente: https://www.uxc.com/p/prices/UxCPrices.aspx). Calcula la ganancia
para la CFE en pesos/kW-hr si la energía eléctrica se generase a partir de un
reactor de uranio-235 con una eficiencia en la conversión de energía nuclear
a eléctrica del 22% y si el usuario paga con la tarifa de consumo doméstico
bajo, que es de $ 0.793 pesos/kW-hr. Nota: el cálculo sólo incluye lo que se
gasta en combustible nuclear.
Costo de producción = 890
!"#$#
!" !" !!!!
×
! !" !" !!!!
!"#$# !"!!"
×
!
!.!!
= 0.244 pesos/kW-hr
Ganancia = 0.793 – 0.244 = 0.549 pesos /kW-hr producido.
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Estudiantes del curso de Ingeniería Ambiental de la Universidad Anáhuac
México Sur desarrollaron un incinerador que permite quemar disolventes
orgánicos en el que se supera ampliamente la norma de emisiones en cuanto
a eficiencia de quemado (virtualmente ésta llega al 100 %).
Luego de establecer un convenio con la Facultad de Química de la
UNAM, se pacta que en este incinerador se destruya el acetato de etilo,
C4H8O2, de desecho (densidad = 0.897 g/mL) proveniente de los cursos
experimentales de Química Orgánica 1 de esa casa de estudios. La ecuación
química que describe su transformación a CO2 y H2O (sin balancear) se
muestra a continuación.
C4H8O2 + O2 → CO2 + H2O
Por otro lado, la Universidad del Valle de México campus Coyoacán
envía también para su incineración 1 kg de clorobenceno, C6H5Cl (densidad
= 1.11 g/mL). En este caso, la ecuación sin balancear del proceso es:
C6H5Cl + O2 → CO2 + H2O + HCl

3. 3
El problema que en este caso se tiene no lo representa el acetato de
etilo sino el clorobenceno ya que, como lo vimos en clase, la norma para
incineradores establece que la masa de emisión de HCl en los gases de
salida de un incinerador no debe representar más del 1% de la masa de
disolventes que lo alimentan. Esto indica que vas a tener que combinar
(estrictamente hablando, diluir) el clorobenceno de la UVM con una cierta
cantidad del acetato de etilo de la UNAM para que la masa del HCl represente
1/100 de la masa combinada de la corriente de alimentación.
Calcula los kg A de acetato de etilo que deben ingresar al incinerador junto
con el kg de clorobenceno para que la incineración de esta mezcla genere
HCl en una cantidad D de HCl tal que ésta represente la centésima parte en
masa de lo que entra de disolventes al incinerador. Calcula también los kg B
de CO2 y C de H2O que se producen.
Solución
Paso 1: las ecuaciones balanceadas son
C4H8O2 + 5 O2 → 4 CO2 + 4 H2O
C6H5Cl + 7 O2 → 6 CO2 + 2 H2O + HCl
Paso 2: cantidad de HCl que produce 1 kg de clorobenceno:
1 kg C!H!Cl ×
! !"#$ !!!!!"
!!".!" !! !!!!!"
×
! !"#$ !"#
! !"#$ !!!!!"
×
!".!" !" !"#
! !"#$ !"#
= 𝟎. 𝟑𝟐𝟑 𝐤𝐠 𝐇𝐂𝐥 = D
Paso 3: para cumplir con la norma, 100 D = masa combinada de disoventes que
entran al incinerador = 0.323
kg
×
100
=
32.3
kg.
Paso 4: A = 32.3
kg – masa del clorobenceno =
32.3
kg
–
1
kg
=
31.3
kg
C4H8O2
1 kg de
clorobenceno
A kg de
C4H8O2
B kg CO2 (proveniente de A y B)
C kg H2O (proveniente de A y B)
D kg HCl (proveniente de B)
Incinerador
E kg de
O2

4. 4
Paso 5: kg de CO2 emitidos = kg de CO2 producidos por el clorobenceno + kg de
CO2 producidos por el acetato de etilo = B:
1 kg C!H!Cl ×
1 kmol C!H!Cl
112.56 kg C!H!Cl
×
6 kmol CO!
1 kmol C!H!Cl
×
44.01 kg CO!
1 kmol CO!
= 2.35 kg CO!
31.3 kg C!H!O! ×
1 kmol C!H!O!
88.12 kg C!H!O!
×
4 kmol CO!
1 kmol C!H!O!
×
44.01 kg CO!
1 kmol CO!
= 62.53 kg CO!
B = 2.35 kg + 62.53 kg = 𝟔𝟒. 𝟖𝟖 𝐤𝐠 𝐂𝐎 𝟐
Paso 6: kg de H2O emitidos = kg de H2O producidos por el clorobenceno + kg de
H2O producidos por el acetato de etilo = C:
1 kg C!H!Cl ×
1 kmol C!H!Cl
112.56 kg C!H!Cl
×
2 kmol H!O
1 kmol C!H!Cl
×
18.02 kg H!O
1 kmol H!O
= 0.32 kg H!O
31.3 kg C!H!O! ×
1 kmol C!H!O!
88.12 kg C!H!O!
×
4 kmol H!O
1 kmol C!H!O!
×
18.02 kg H!O
1 kmol H!O
= 25.60 kg H!O
C = 0.32 kg + 25.60 kg = 𝟐𝟓. 𝟗𝟐 𝐤𝐠 𝐇 𝟐 𝐎
Paso 7: Opcional: si deseas corroborar que el ejercicio fue resuelto correctamente,
considera que se debe de cumplir que A + 1 + E = B + C + D, donde E = masa
consumida de O2. Así pues, debes calcular E.
1 kg C!H!Cl ×
1 kmol C!H!Cl
112.56 kg C!H!Cl
×
7 kmol O!
1 kmol C!H!Cl
×
32 kg O!
1 kmol O!
= 1.99 kg O!
31.3 kg C!H!O! ×
1 kmol C!H!O!
88.12 kg C!H!O!
×
5 kmol H!O
1 kmol C!H!O!
×
32 kg O!
1 kmol O!
= 56.83 kg O!
E = 1.99 kg + 56.83 kg H!O = 𝟓𝟖. 𝟖𝟐 𝐤𝐠
Así pues, dado que entradas = salidas (en masa), corroboramos que el ejercicio ha sido
resuelto satisfactoriamente:
31.3 kg + 1 kg + 58.82 kg = 64.88 kg CO! + 25.92 kg + 0.323 kg = 𝟗𝟏. 𝟏𝟐 𝐤𝐠 PPP