Examen de Fonaments de Química I i II UAB 2011 · Fonaments de Química – Bloc III (curs 2011-2012)

Qüestió I (20 punts). Qüestions vertader/fals

Indiqueu i justifiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents asseveracions és vertadera o falsa (5 punts per apartat):

a.

Un sistema tancat sempre evoluciona espontàniament fins a atènyer el màxim d'entropia.

Vertadera

Falsa

b.

Si un gas ideal passa d'un estat determinat per $(T_1, V_1)$ a un altre definit per $(T_2, V_2)$, verificant-se que $V_2 > V_1$ però amb $T_2 < T_1$, l'entropia del gas necessàriament augmenta.

Vertadera

Falsa

c.

La reacció química $\text{A} \rightarrow 2\text{B}$ tendirà espontàniament cap a la formació de productes sempre que es compleixi $G_\text{A}^0 > 2G_\text{B}^0$.

Vertadera

Falsa

Qüestió I (20 punts). Qüestions vertader/fals

Indiqueu i justifiqueu de manera raonada si cadascuna de les següents asseveracions és vertadera o falsa (5 punts per apartat):

d.

En una reacció química d'ordre global 3, la constant de velocitat té unitats de $\text{mol}^{-1}\cdot\text{L}\cdot\text{s}^{-1}$.

Vertadera

Falsa

Qüestió II (15 punts). Conceptes fonamentals de termodinàmica

Definiu de manera concisa cadascun dels termes termodinàmics següents (5 punts per apartat):

a.

Sistema termodinàmic: definició i classificació dels diferents tipus existents segons la interacció amb el seu entorn.

b.

Energia interna.

c.

Capacitat calorífica: concepte i justificació de si es tracta d'una propietat de caràcter intensiu o extensiu.

Problema 1 (15 punts). Mescla de gasos ideals

Disposem d'un recipient de 200 cm³ ocupat per oxigen sota una pressió de 200 mm de Hg, i d'un segon recipient de 300 mL que conté nitrogen a una pressió de 100 mm de Hg. Si ambdós recipients es posen en comunicació mantenint el sistema a temperatura constant, determineu:

La pressió parcial que exercirà cadascun dels gasos en el si de la mescla.

La pressió total resultant en l'equilibri.

a)

b)

c)

Problema 2 (20 punts). Expansió isotèrmica d'un gas ideal

Un mol d'heli ($n = 1\text{ mol}$) s'expandeix de forma isotèrmica a la temperatura de $22\text{ }^\circ\text{C}$ des d'un volum inicial de $22{,}8\text{ L}$ fins a un volum final de $31{,}7\text{ L}$.

Calculeu les magnituds termodinàmiques $q$, $w$, $\Delta U$, $\Delta H$, $\Delta S_{\text{sist}}$, $\Delta S_{\text{ent}}$ i $\Delta S_{\text{tot}}$ si la transformació s'efectua:

a.

De manera reversible:

b.

De manera irreversible contra una pressió exterior constant igual a la pressió final del gas:

Problema 3 (15 punts). Equilibri de descomposició de la calcita

Considereu la reacció endotèrmica de descomposició tèrmica de la calcita:

$$\mathrm{CaCO}_3(\mathrm{s}) \rightleftharpoons \mathrm{CaO}(\mathrm{s}) + \mathrm{CO}_2(\mathrm{g})$$

Substància

$\mathrm{CaCO}_3(\mathrm{s})$

$\mathrm{CaO}(\mathrm{s})$

$\mathrm{CO}_2(\mathrm{g})$

$\Delta_\mathrm{f}G^0\text{ a }25\text{ }^\circ\text{C}\text{ (kJ}\cdot\text{mol}^{-1}\text{)}$

-1128,84

-604,05

-394,36

a.

Calculeu la variació d'energia lliure estàndard de la reacció ($\Delta_\mathrm{r}G^0$) i el valor de la constant d'equilibri a la temperatura de $25\text{ }^\circ\text{C}$.

b.

Calculeu la pressió parcial de diòxid de carboni en equilibri a $25\text{ }^\circ\text{C}$.

c.

Sabent que a $1073\text{ K}$ la constant d'equilibri és $K = 0{,}244$, estimeu l'entalpia estàndard de reacció ($\Delta_\mathrm{r}H^0$), suposant-la independent de la temperatura.

d.

Si s'introdueixen $5{,}0\text{ g}$ de calcita en un recipient de $4000\text{ cm}^3$ a la temperatura de $1073\text{ K}$, calculeu les quantitats (mols i masses) de cada espècie presents a l'equilibri. Què succeirà si, un cop assolit l'equilibri, s'afegeixen $0{,}5\text{ g}$ addicionals de calcita?

Problema 4 (15 punts). Cinètica de degradació d'un anestèsic

A un gos que ha de ser sotmès a una intervenció quirúrgica cal administrar-li una dosi de 30 mg d'un anestèsic per cada quilogram de massa corporal. L'anestèsic s'elimina i es metabolitza segons una cinètica de primer ordre amb un període de semireacció ($t_{1/2}$) de 4,5 h. Al cap de 2 hores de l'administració, el fàrmac comença a perdre eficàcia terapèutica en un animal de 15 kg.

a.

Quina massa d'anestèsic cal tornar a administrar al gos de 15 kg exactament al cap de les dues hores per tal de restablir la dosi anestèsica inicial?

b.

Quant de temps haurà de transcórrer des de l'administració inicial perquè la quantitat d'anestèsic present a l'organisme es redueixi a 1/8 de la quantitat inicial?