UNIDAD IV TEMA I ejercicios resueltos

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REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIEMTAL POLITECNICA
“ANTONIO JOSÉ DE SUCRE”
VICE-RECTORADO BARQUISIMETO
EJERCICIOS RESUELTOS
UNIDAD IV. TEMA I
Líquidos
1. Un líquido cuya densidad es 0,800 g/cm3 asciende dentro de un tubo capilar de vidrio hasta
alcanzar una altura de 6,25 cm sobre la superficie del líquido fuera del capilar. Si el diámetro interno
del capilar es de 0,210 mm. Determine la tensión superficial (dina/cm) del líquido.
Datos
 ρ=0,800g /cm3
h=6,25cm
D=0,210mm
g=980 cm /s ²
Solución
Calculemos el radio del tubo capilar
D=2r⟹ r=D
2
=
0,210mm
2
=0,105mm×
1cm
10mm
=0,0105cm
Determinando la tensión superficial 
γ=
r h ρ g
2
γ=
0,0105 cm×6,25 cm×0,800g /cm ³×980 cm/ s ²
2
=25,723dina /cm
2. La tensión superficial del mercurio es de 480,3 dina/cm y su densidad de 13,595 g/cm3 . Si se
desea que la altura dentro del capilar descienda 5 cm, ¿Cuál es el diámetro interno del capilar de vidrio
que se debe utilizar?
Datos
 γ=480,3dina /cm
 ρ=13,595g /cm3
h=5 cm
g=980cm /s ²
Solución
Despejando de la ecuación de tensión superficial el radio del capilar
γ=
r h ρ g
2
→r=
2 γ
hρg
determinar el radio del capilar
r=
2×480,3dina /cm
5cm×13,585 g/cm ³×980 cm/s ²
=1,44 x10−2 cm
Fuente: Guía Química General Para Ingenieros. Prof. Marisela Luzardo UNEXPO Barquisimeto
Prof.: Msc. Alejandra Escobar 
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3. Una esfera de 1 mm de diámetro y una densidad de 1,1 kg/L cae dentro de un líquido a una
velocidad constante de 5,45x10−2 cm/s. Si la densidad del líquido es de 100 kg/m3. ¿Cuál es su
viscosidad?
Datos
De=1mm
ρe=1,1kg /L
v=5,45x 10⁻ ² cm /s
ρl=100kg /m ³
Solución
Aplicando la Ley de Stokes
η=
D ²
18 v
g(ρe−ρl)
Transformando los datos a las unidades respectivas
De=1
mm×1m
1000mm
=1 x10−3m
ρe=1,1
kg
L
×
1000 L
1m ³
=1,1x 10³ kg/m ³
v=5,45x 10⁻ ² cm
s
×
1m
100cm
=5,45 x 10⁻ ⁴m / s
Entonces, 
η=
(1x 10−3m) ²
18×5,45 x10⁻ ⁴m /s
×9,81m/ s ²×(1,1 x10³ kg /m ³−100kg /m ³)
η=1kg/m . s
4. Determine la cantidad de energía (kJ) necesaria para calentar 360 g de hielo a −10 °C hasta
llevarlo a vapor de agua a 110 °C. 
Datos
m=360 g
T1=−10 ºC
T2=110 ºC
Solución 
Para resolver el problema hay que dividirlo en varias etapas:
Etapa 1: Calentamiento del hielo desde −10 °C hasta 0 °C
Q1=mCeHieloΔT
Q1=360 g×2,09
J
g ºC
×[0 ºC−(−10ºC )]=7,52 x10³ J=7,51KJ
Fuente: Guía Química General Para Ingenieros. Prof. Marisela Luzardo UNEXPO Barquisimeto
Prof.: Msc. Alejandra Escobar 
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Etapa 2: Fusión del hielo a 0 °C
Q2=nΔH fus
Sabiendo que la masa molar del agua es de 18 g/mol, determinamos los
moles de agua presentes en 360 g de agua
n=
m
MM
=
360g
18g /mol
=20mol
Q2=20mol×6,01
kJ
mol
=120,2 kJ
Etapa 3: Calentamiento del agua desde 0 °C hasta 100 °C
Q3=mCeAguaΔT
Q3=360 g×4,18
J
g ºC
×[100ºC−0ºC ]=150480 J=150,48KJ
Etapa 4: Ebullición del agua
Q4=nΔH vap
Q4=20mol×40,67
kJ
mol
=813kJ
Etapa 5: Calentamiento del vapor de agua desde 100 °C hasta 110 °C
Q5=mCeVaporΔT
Q5=360 g×2,03
J
g ºC
×[110 ºC−100 ºC ]=7308 J=7,308KJ
El calor total es la suma de todos ellos:
QT=7,52kJ+120,2kJ+150,48kJ +813 kJ+7,308kJ=1098,488 kJ
5. Determine la presión de vapor del etanol a 60 °C si se sabe que a 34,9 °C la presión de vapor es de
100 mmHg y el ∆H de vaporización del etanol es de 39,3 kJ/mol.
Fuente: Guía Química General Para Ingenieros. Prof. Marisela Luzardo UNEXPO Barquisimeto
Prof.: Msc. Alejandra Escobar 
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Datos
T1=34,9ºC
T2=60 ºC
P1=100mmHg
ΔH vap=39,3kJ /mol
R=8,314 J /mol .K
Solución 
Para resolver este problema se utiliza la ecuación de Clausius-Clapeyron
ln (
P1
P2
)=
ΔH vap
R
(
1
T 2
−
1
T 1
)
Transformando los datos a las unidades respectivas
T1=34,9ºC 273=307,9K
T2=60 ºC+273=333K
ΔH vap=39,3
kJ
mol
×
1000 J
1kJ
=39,3 x10³ J /mol
Despejando la presión de vapor P2 
e
[ ln(
P1
P2
)]
=e
[
ΔH vap
R
(
1
T2
−
1
T1
)]
 
P1
P2
=e
[
Δ H vap
R
(
1
T 2
−
1
T 1
)]
→P2=
P1
e
[
Δ H vap
R
(
1
T 2
−
1
T1
)]
P2=
100mmHg
e
[
39,3 x10³ J /mol
8,314 J /mol .K
(
1
333K
−
1
307,9K
)]
=333mmHg
Fuente: Guía Química General Para Ingenieros. Prof. Marisela Luzardo UNEXPO Barquisimeto
Prof.: Msc. Alejandra Escobar