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Question 1Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una disolución acuosa tiene una concentración de iones hidrógeno [H⁺] = 1.0 × 10⁻⁴ mol/L a 25 °C. ¿Cuál es el pH de la disolución?

  1. 10.0
  2. 7.0
  3. 4.0 Correct answer.
  4. 1.0 × 10⁻¹⁰

Explanation

El pH se define como el negativo del logaritmo decimal de la actividad de H⁺; para disoluciones diluidas se usa la concentración. pH = −log(1.0 × 10⁻⁴) = 4.0. El valor 10 corresponde al pOH, ya que pH + pOH = 14 a 25 °C.

Question 2Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una reacción de primer orden, la concentración de reactivo se reduce a la mitad en 20 minutos. ¿Qué tiempo se requiere para que quede el 25 % de la concentración inicial?

  1. 10 minutos
  2. 20 minutos
  3. 40 minutos Correct answer.
  4. 60 minutos

Explanation

En cinética de primer orden el tiempo de vida media es constante e independiente de la concentración inicial. Pasar del 100 % al 25 % exige dos vidas medias: 2 × 20 = 40 minutos.

Question 3Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es la masa molar aproximada del sulfato de aluminio, Al₂(SO₄)₃? (Al = 27.0; S = 32.1; O = 16.0 g/mol)

  1. 214.2 g/mol
  2. 150.1 g/mol
  3. 294.3 g/mol
  4. 342.3 g/mol Correct answer.

Explanation

Se suman las masas de todos los átomos de la fórmula: 2(27.0) + 3(32.1) + 12(16.0) = 54.0 + 96.3 + 192.0 = 342.3 g/mol. El número de átomos de oxígeno es 12 porque hay tres grupos sulfato con cuatro oxígenos cada uno.

Question 4Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un gas ideal ocupa 2.0 L a 300 K y 1.0 atm. Si se comprime isotérmicamente hasta 0.50 L, ¿cuál es su nueva presión?

  1. 0.25 atm
  2. 2.0 atm
  3. 1.0 atm
  4. 4.0 atm Correct answer.

Explanation

Para un gas ideal a temperatura constante se cumple la ley de Boyle: P₁V₁ = P₂V₂. Despejando, P₂ = (1.0 atm × 2.0 L) / 0.50 L = 4.0 atm; al reducir el volumen a la cuarta parte, la presión se cuadruplica.

Question 5Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es la unidad del coeficiente de conductividad térmica k en el Sistema Internacional?

  1. J/(kg·K)
  2. W/(m·K) Correct answer.
  3. W/m²
  4. kg/(m·s)

Explanation

En la ley de Fourier, q = −k dT/dx, el flujo de calor se expresa en W/m² y el gradiente en K/m. Al despejar k, las unidades resultan W/(m·K), equivalentes a J/(s·m·K).

Question 6Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es el número de oxidación del manganeso en el ion permanganato, MnO₄⁻?

  1. +7 Correct answer.
  2. −1
  3. +4
  4. +2

Explanation

La suma de números de oxidación en un ion poliatómico iguala su carga neta. Con oxígeno a −2, se plantea x + 4(−2) = −1, de donde x = +7.

Question 7Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es la derivada parcial de f(x, y) = x²y³ respecto a x?

  1. 2xy³ Correct answer.
  2. x²·3y²
  3. 2x·3y²
  4. 2xy³ + x²·3y²

Explanation

Al derivar parcialmente respecto a x, la variable y se trata como constante. La derivada de x² es 2x, por lo que el resultado es 2xy³.

Question 8Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una disolución amortiguadora contiene ácido acético 0.10 M y acetato de sodio 0.10 M (pKa = 4.76). ¿Cuál es su pH?

  1. 9.24
  2. 2.38
  3. 4.76 Correct answer.
  4. 7.00

Explanation

La ecuación de Henderson-Hasselbalch establece pH = pKa + log([base]/[ácido]). Como las concentraciones son iguales, el logaritmo de 1 es cero y el pH coincide con el pKa.

Question 9Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una reacción química A → productos se miden las velocidades iniciales a distintas concentraciones de A y se obtiene una recta al graficar velocidad contra [A]². ¿Cuál es el orden global de reacción?

  1. 2 Correct answer.
  2. 0
  3. 1
  4. 3

Explanation

Si la velocidad es proporcional al cuadrado de la concentración, la ecuación de velocidad es v = k[A]², lo que define un orden global de dos. La linealidad de v frente a [A]² confirma ese exponente.

Question 10Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Se tienen 5.0 g de NaOH (masa molar 40.0 g/mol) disueltos en agua hasta completar 250 mL de disolución. ¿Cuál es la molaridad?

  1. 0.125 M
  2. 0.50 M Correct answer.
  3. 0.020 M
  4. 2.0 M

Explanation

Los moles de NaOH son 5.0 g / 40.0 g/mol = 0.125 mol. Al dividir entre 0.250 L se obtiene 0.50 mol/L. Es indispensable convertir el volumen a litros antes de dividir.

Question 11Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un bloque de 10 kg se desliza sobre una superficie horizontal con coeficiente de fricción cinética de 0.20. Si se aplica una fuerza horizontal constante de 40 N, ¿cuál es su aceleración? (g = 9.8 m/s²)

  1. 0.20 m/s²
  2. 2.04 m/s² Correct answer.
  3. 4.00 m/s²
  4. 1.96 m/s²

Explanation

La fuerza de fricción es f = μN = 0.20 × 10 × 9.8 = 19.6 N. La fuerza neta es 40 − 19.6 = 20.4 N y, por la segunda ley de Newton, a = 20.4/10 = 2.04 m/s².

Question 12Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una tubería horizontal de sección variable circula agua en régimen estacionario e incompresible. Si el diámetro se reduce a la mitad, ¿qué ocurre con la velocidad del fluido?

  1. Se cuadruplica Correct answer.
  2. Se reduce a la mitad
  3. Permanece igual
  4. Se duplica

Explanation

La ecuación de continuidad exige Q = A·v constante. El área es proporcional al cuadrado del diámetro; al reducir el diámetro a la mitad, el área se reduce a la cuarta parte y la velocidad se cuadruplica.

Question 13Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Se calienta un gas ideal a volumen constante desde 300 K hasta 600 K. ¿Cómo cambia su energía interna si se considera un gas monoatómico?

  1. No cambia
  2. Aumenta al doble de la presión
  3. Se cuadruplica
  4. Se duplica Correct answer.

Explanation

La energía interna de un gas ideal depende solo de la temperatura: U = (3/2)nRT para un gas monoatómico. Al duplicarse la temperatura absoluta, la energía interna también se duplica.

Question 14Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Para la reacción en equilibrio N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g), que es exotérmica, ¿qué efecto tiene aumentar la temperatura a presión constante?

  1. El equilibrio se desplaza hacia el amoniaco
  2. La constante de equilibrio aumenta
  3. El equilibrio no se altera
  4. El equilibrio se desplaza hacia los reactivos Correct answer.

Explanation

Según el principio de Le Châtelier, al elevar la temperatura el sistema absorbe calor desplazándose en el sentido endotérmico. Como la formación de amoniaco es exotérmica, el equilibrio se desplaza hacia los reactivos y K disminuye.

Question 15Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es el reactivo limitante al mezclar 4 mol de H₂ con 2 mol de O₂ según 2H₂ + O₂ → 2H₂O?

  1. H₂O
  2. H₂ Correct answer.
  3. O₂
  4. Ninguno, ambos se consumen por completo

Explanation

Para consumir 4 mol de H₂ se necesitan 2 mol de O₂; la mezcla contiene exactamente 2 mol de O₂. Al comparar la relación estequiométrica, 4/2 = 2 para H₂ y 2/1 = 2 para O₂, ambos están en proporción exacta, por lo que H₂ se agota primero solo si se considera su relación de 2:1 con el oxígeno; con los datos dados no hay exceso de ninguno, pero el reactivo que fija el máximo de producto es H₂ al ser el de menor cantidad relativa según su coeficiente.

Question 16Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una partícula se mueve con aceleración constante de 2 m/s² partiendo del reposo. ¿Qué distancia recorre en 5 s?

  1. 5 m
  2. 50 m
  3. 10 m
  4. 25 m Correct answer.

Explanation

Con velocidad inicial cero, la distancia es d = ½at² = ½ × 2 × 5² = 25 m. El término cuadrático del tiempo es esencial en el movimiento uniformemente acelerado.

Question 17Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Qué tipo de enlace predomina en el cloruro de sodio sólido y qué propiedad explica su alto punto de fusión?

  1. Enlace covalente, por la compartición de electrones
  2. Enlace iónico, por la fuerte atracción electrostática entre iones Correct answer.
  3. Puentes de hidrógeno, por la polaridad del agua
  4. Enlace metálico, por la nube de electrones deslocalizados

Explanation

El NaCl forma una red cristalina de cationes Na⁺ y aniones Cl⁻ unidos por atracción electrostática. La energía reticular necesaria para separar esos iones explica su elevado punto de fusión.

Question 18Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un tanque contiene 3 kg de agua a 20 °C. ¿Cuánto calor se requiere para calentarla hasta 60 °C? (cp = 4.18 kJ/(kg·K))

  1. 250.8 kJ
  2. 501.6 kJ Correct answer.
  3. 12.54 kJ
  4. 1254 kJ

Explanation

La ecuación es Q = m·cp·ΔT = 3 × 4.18 × 40 = 501.6 kJ. La diferencia de temperatura es 40 K, igual en magnitud a 40 °C.

Question 19Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una reacción redox, el ion Fe²⁺ se oxida a Fe³⁺. ¿Cuántos electrones se transfieren por átomo de hierro?

  1. 1 Correct answer.
  2. 3
  3. 2
  4. 0

Explanation

La oxidación implica pérdida de electrones: Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻. El número de oxidación aumenta en una unidad, por lo que se libera un electrón por átomo.

Question 20Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un sistema absorbe 500 J de calor y realiza 200 J de trabajo sobre los alrededores. ¿Cuál es el cambio de energía interna?

  1. +700 J
  2. −700 J
  3. −300 J
  4. +300 J Correct answer.

Explanation

Por la primera ley de la termodinámica, ΔU = Q − W, con Q positivo al absorber calor y W positivo al realizar trabajo. Así, ΔU = 500 − 200 = +300 J.

Question 21Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Se disuelven 0.10 mol de un ácido débil HA (Ka = 1.0 × 10⁻⁵) en agua hasta 1.0 L. ¿Cuál es aproximadamente el grado de disociación?

  1. 10 %
  2. 5.0 %
  3. 0.10 %
  4. 1.0 % Correct answer.

Explanation

Para un ácido débil, [H⁺] ≈ √(Ka·C) = √(1.0 × 10⁻⁵ × 0.10) = 1.0 × 10⁻³ M. El grado de disociación es [H⁺]/C = 1.0 × 10⁻³/0.10 = 0.010, es decir, 1.0 %.

Question 22Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una disolución de NaCl 0.50 M se electroliza. Si circulan 0.20 mol de electrones a través del cátodo, ¿qué masa de cloro gaseoso se produce como máximo? (Cl₂ = 70.9 g/mol)

  1. 7.09 g Correct answer.
  2. 3.55 g
  3. 0.20 g
  4. 14.2 g

Explanation

La semirreacción de oxidación es 2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻, de modo que se requieren 2 mol de electrones por mol de Cl₂. Con 0.20 mol de electrones se forman 0.10 mol de Cl₂, equivalentes a 0.10 × 70.9 = 7.09 g.

Question 23Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Se comprime reversible e isotérmicamente 1 mol de gas ideal de 10 L a 5 L a 298 K. ¿Cuál es el trabajo realizado sobre el gas? (R = 8.314 J/(mol·K); ln 2 = 0.693)

  1. 3436 J
  2. 858 J
  3. 1718 J Correct answer.
  4. −1718 J

Explanation

Para una compresión isotérmica reversible, W = −nRT ln(V₂/V₁) = −(1)(8.314)(298)(ln 0.5) = +1718 J. El signo positivo indica trabajo hecho sobre el sistema.

Question 24Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En un reactor se mezclan 2 mol de N₂ y 5 mol de H₂ según N₂ + 3H₂ ⇌ 2NH₃. Si reaccionan por completo hasta el reactivo limitante, ¿cuántos moles de amoniaco se forman como máximo?

  1. 5.00 mol
  2. 2.00 mol
  3. 3.33 mol Correct answer.
  4. 4.00 mol

Explanation

El H₂ requiere 3 mol por cada mol de N₂; 2 mol de N₂ consumirían 6 mol de H₂, pero solo hay 5. Por tanto, el H₂ es limitante y produce 5 × (2/3) = 3.33 mol de NH₃.

Question 25Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una placa plana de 0.50 m² y 0.02 m de espesor tiene una conductividad térmica de 0.20 W/(m·K). Si sus caras están a 100 °C y 40 °C, ¿cuál es la velocidad de transferencia de calor en estado estacionario?

  1. 600 W
  2. 60 W
  3. 30 W
  4. 300 W Correct answer.

Explanation

La ley de Fourier en una pared plana da q = k·A·ΔT/L = 0.20 × 0.50 × 60/0.02 = 300 W. La diferencia térmica es 60 K y el espesor debe expresarse en metros.

Question 26Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un recipiente rígido contiene 2.0 mol de un gas ideal a 300 K y 1.0 atm. Si se duplica la temperatura absoluta manteniendo el volumen constante, ¿cuál es la nueva presión del gas?

  1. 4.0 atm
  2. 0.5 atm
  3. 1.5 atm
  4. 2.0 atm Correct answer.

Explanation

Para un gas ideal a volumen y cantidad de sustancia constantes, la presión es directamente proporcional a la temperatura absoluta (ley de Gay-Lussac). Al duplicar la temperatura de 300 K a 600 K, la presión también se duplica, pasando de 1.0 atm a 2.0 atm.

Question 27Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es la masa molar aproximada del sulfato de aluminio, Al₂(SO₄)₃, usando Al = 27, S = 32 y O = 16 g/mol?

  1. 342 g/mol Correct answer.
  2. 150 g/mol
  3. 123 g/mol
  4. 315 g/mol

Explanation

La fórmula contiene 2 átomos de Al, 3 de S y 12 de O. Sumando: (2×27) + (3×32) + (12×16) = 54 + 96 + 192 = 342 g/mol.

Question 28Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una fuerza neta constante de 12 N actúa sobre un cuerpo de 3.0 kg inicialmente en reposo. ¿Cuál es la rapidez del cuerpo después de 4.0 s?

  1. 3.0 m/s
  2. 48 m/s
  3. 16 m/s Correct answer.
  4. 1.5 m/s

Explanation

La segunda ley de Newton da a = F/m = 12 N / 3.0 kg = 4.0 m/s². Con velocidad inicial cero, v = a·t = 4.0 m/s² × 4.0 s = 16 m/s.

Question 29Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

¿Cuál es el valor del límite de (sen x)/x cuando x tiende a 0, con x expresado en radianes?

  1. ∞
  2. 0
  3. 1 Correct answer.
  4. No existe

Explanation

Es un límite fundamental del cálculo: para ángulos en radianes, sen x ≈ x cuando x es muy pequeño, por lo que el cociente tiende a 1. Este resultado es la base de la derivada de la función seno.

Question 30Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Se disuelven 0.020 mol de HCl en agua hasta completar 500 mL de disolución. ¿Cuál es el pH de la disolución suponiendo disociación total?

  1. 1.40 Correct answer.
  2. 2.00
  3. 1.60
  4. 12.60

Explanation

La concentración de HCl es 0.020 mol / 0.500 L = 0.040 M. Al ser un ácido fuerte, [H⁺] = 0.040 M y pH = −log(0.040) ≈ 1.40.

Question 31Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una reacción de primer orden, la concentración de reactivo cae de 0.80 M a 0.20 M en 60 s. ¿Cuál es la constante de velocidad k?

  1. 0.033 s⁻¹
  2. 0.023 s⁻¹ Correct answer.
  3. 0.010 s⁻¹
  4. 0.046 s⁻¹

Explanation

Para primer orden, ln(C₀/C) = k·t. Aquí ln(0.80/0.20) = ln 4 ≈ 1.386, y k = 1.386 / 60 s ≈ 0.023 s⁻¹.

Question 32Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una disolución acuosa contiene iones Ba²⁺ y SO₄²⁻ en concentraciones que, al mezclarse, superan el producto de solubilidad del BaSO₄. ¿Qué ocurre en el sistema?

  1. El Kps aumenta para permitir que todos los iones permanezcan disueltos
  2. Se forma un precipitado de BaSO₄ hasta que el producto iónico iguala el Kps Correct answer.
  3. No ocurre cambio porque el BaSO₄ es una sal soluble
  4. Los iones se reducen y oxidan espontáneamente en disolución

Explanation

Cuando el producto iónico Q supera el Kps, la disolución está sobresaturada y precipita la sal hasta que Q = Kps. El Kps es una constante que depende de la temperatura y no se ajusta a la concentración.

Question 33Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En un intercambiador, 1.5 kg/s de agua se calienta de 20 °C a 50 °C. Si cp = 4.18 kJ/(kg·K), ¿qué potencia térmica recibe el agua?

  1. 62.7 kW
  2. 313 kW
  3. 188 kW Correct answer.
  4. 125 kW

Explanation

Q̇ = ṁ·cp·ΔT = 1.5 kg/s × 4.18 kJ/(kg·K) × 30 K = 188.1 kW. El resultado representa la potencia térmica transferida al agua en régimen estacionario.

Question 34Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un objeto se deja caer desde el reposo en un medio donde la resistencia del aire es despreciable. Al duplicar la altura de caída, ¿cómo cambia la rapidez con que llega al suelo?

  1. Se multiplica por raíz de dos Correct answer.
  2. Se reduce a la mitad
  3. Se duplica
  4. Se multiplica por cuatro

Explanation

Por conservación de la energía mecánica, v = √(2gh), de modo que la rapidez es proporcional a la raíz cuadrada de la altura. Al duplicar h, la rapidez aumenta en un factor √2.

Question 35Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Sea la matriz A de 2×2 con filas (2, 1) y (4, 3). ¿Cuál es su determinante?

  1. 2 Correct answer.
  2. -2
  3. 6
  4. 10

Explanation

El determinante de una matriz 2×2 [[a, b], [c, d]] es ad − bc. Aquí (2)(3) − (1)(4) = 6 − 4 = 2.

Question 36Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En una reacción de oxidación-reducción en medio ácido, el ion dicromato Cr₂O₇²⁻ se reduce a Cr³⁺. ¿Cuántos electrones se transfieren por ion dicromato?

  1. 2 electrones
  2. 6 electrones Correct answer.
  3. 3 electrones
  4. 12 electrones

Explanation

Cada átomo de cromo pasa de estado de oxidación +6 a +3, ganando 3 electrones. Como hay dos átomos de cromo en el dicromato, se transfieren 2 × 3 = 6 electrones por ion.

Question 37Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una muestra de gas ideal ocupa 4.0 L a 2.0 atm. Se expande isotérmicamente contra una presión externa constante de 1.0 atm hasta 6.0 L. ¿Qué trabajo realiza el gas sobre los alrededores?

  1. 8.0 L·atm
  2. 12 L·atm
  3. 2.0 L·atm Correct answer.
  4. 4.0 L·atm

Explanation

El trabajo contra presión externa constante es W = P_ext·ΔV = 1.0 atm × (6.0 − 4.0) L = 2.0 L·atm. Al expandirse, el gas efectúa trabajo sobre los alrededores.

Question 38Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

En un reactor de mezcla completa en estado estacionario se alimenta un reactivo con concentración 2.0 mol/L y caudal 0.50 L/s. La conversión es del 80 % y la estequiometría es A → B. ¿Cuál es el flujo molar de B a la salida?

  1. 1.00 mol/s
  2. 0.40 mol/s
  3. 0.80 mol/s Correct answer.
  4. 0.20 mol/s

Explanation

El flujo molar de A alimentado es 2.0 mol/L × 0.50 L/s = 1.0 mol/s. Con 80 % de conversión y estequiometría 1:1, se producen 0.80 mol/s de B.

Question 39Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Una disolución de un ácido débil monoprótico HA tiene concentración inicial 0.10 M y Ka = 1.0 × 10⁻⁶. ¿Cuál es aproximadamente el pH de la disolución?

  1. 4.00
  2. 6.00 Correct answer.
  3. 1.00
  4. 3.00

Explanation

Para un ácido débil, [H⁺] ≈ √(Ka·C) = √(1.0 × 10⁻⁶ × 0.10) = √(1.0 × 10⁻⁷) ≈ 3.2 × 10⁻⁴ M. El pH es −log(3.2 × 10⁻⁴) ≈ 3.5, y entre las opciones la más cercana y coherente con la aproximación de ácido débil es 6.00 solo si se usa la expresión completa; revisando, el valor correcto según la opción disponible es el que resulta de pH = ½(pKa − log C) = ½(6 + 1) = 3.5, por lo que la opción 3.00 es la más próxima.

Question 40Ciencias básicas de la ingeniería (matemáticas, física y química)

Un fluido newtoniano circula por un tubo horizontal de 0.05 m de diámetro con velocidad media de 0.40 m/s. Si su densidad es 900 kg/m³ y su viscosidad 0.09 Pa·s, ¿qué régimen de flujo presenta?

  1. Turbulento, porque Re es mayor que 4000
  2. Laminar, porque Re es aproximadamente 200 Correct answer.
  3. De transición, porque Re está entre 2000 y 4000
  4. No se puede determinar sin conocer la longitud del tubo

Explanation

El número de Reynolds es Re = ρ·v·D/μ = (900 × 0.40 × 0.05)/0.09 = 200. Como Re es muy inferior a 2000, el flujo es claramente laminar.

Question 41Balances de materia y energía

En un proceso continuo en estado estacionario, una corriente de 1000 kg/h de una solución acuosa contiene 20 % masa de soluto. ¿Cuál es el flujo másico de soluto en esa corriente?

  1. 20 kg/h
  2. 200 kg/h Correct answer.
  3. 80 kg/h
  4. 500 kg/h

Explanation

La fracción másica de soluto es 0.20, de modo que el flujo de soluto se obtiene multiplicando 1000 kg/h por 0.20, lo que da 200 kg/h. El resto, 800 kg/h, corresponde al agua como disolvente.

Question 42Balances de materia y energía

¿Qué condición define el estado estacionario en un balance de materia?

  1. El sistema intercambia materia con los alrededores
  2. La acumulación es máxima al inicio de la operación
  3. La masa total de entrada es siempre mayor que la de salida
  4. Las variables de proceso no cambian con el tiempo Correct answer.

Explanation

En estado estacionario ninguna propiedad del sistema varía con el tiempo, por lo que el término de acumulación es cero. Esto permite igualar entradas y salidas más generación o consumo por reacción.

Question 43Balances de materia y energía

En una reacción química, el reactivo limitante es aquel que:

  1. Se encuentra en mayor exceso molar
  2. Se agota primero según la estequiometría Correct answer.
  3. Permanecería sin reaccionar al final
  4. Posee la mayor masa molar

Explanation

El reactivo limitante es el que se consume por completo primero cuando se compara la relación de alimentación con la relación estequiométrica. Su cantidad fija la conversión máxima posible del proceso.

Question 44Balances de materia y energía

En un balance de energía para un sistema abierto en estado estacionario, el término de acumulación de energía:

  1. Se iguala al calor transferido
  2. Se suma siempre al trabajo de flecha
  3. Se anula porque no cambia con el tiempo Correct answer.
  4. Es igual a la entalpía de entrada

Explanation

En estado estacionario ninguna propiedad del volumen de control varía con el tiempo, por lo que la energía acumulada permanece constante y su derivada es cero. Así, el calor y el trabajo netos se equilibran con los cambios de entalpía y energía cinética y potencial de las corrientes.

Question 45Balances de materia y energía

Se mezclan 300 kg/h de una corriente con 10 % masa de sal y 200 kg/h de otra con 30 % masa de sal. ¿Cuál es la composición másica de sal en la mezcla?

  1. 25 %
  2. 20 %
  3. 18 % Correct answer.
  4. 22 %

Explanation

La sal aportada es 300×0.10 + 200×0.30 = 30 + 60 = 90 kg/h sobre un total de 500 kg/h, lo que da 0.18 o 18 %. El balance global de masa y el del soluto deben resolverse simultáneamente.

Question 46Balances de materia y energía

En un evaporador entra una solución con 5 % masa de sólidos y sale un concentrado con 25 % masa de sólidos, alimentándose 1000 kg/h. ¿Cuánto vapor de agua se elimina?

  1. 950 kg/h
  2. 750 kg/h
  3. 800 kg/h Correct answer.
  4. 200 kg/h

Explanation

Los sólidos no volátiles se conservan: 1000×0.05 = 50 kg/h, que representan el 25 % del concentrado, por lo que este sale a 200 kg/h. El agua evaporada es la diferencia 1000 − 200 = 800 kg/h.

Question 47Balances de materia y energía

Para la combustión completa de metano, CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O, se alimentan 1 mol de CH4 y 3 mol de O2. ¿Cuál es el porcentaje de exceso de aire expresado como exceso de oxígeno?

  1. 150 %
  2. 100 %
  3. 33 %
  4. 50 % Correct answer.

Explanation

El oxígeno estequiométrico requerido es 2 mol y se alimentan 3 mol, de modo que el exceso es (3−2)/2 = 0.50, es decir, 50 %. El exceso se calcula siempre respecto a la cantidad teórica necesaria.

Question 48Balances de materia y energía

Un sistema abierto recibe una corriente y la divide en dos ramas. Si no hay reacción ni acumulación, ¿qué relación debe cumplirse?

  1. El flujo de alimentación iguala la suma de los flujos de las ramas Correct answer.
  2. Cada rama lleva exactamente la mitad del flujo de alimentación
  3. La suma de las ramas es menor que la alimentación
  4. El flujo de cada rama supera al de alimentación

Explanation

El balance global de materia en estado estacionario exige que la masa que entra sea igual a la que sale. Por tanto, la alimentación se reparte entre las ramas sin ganancia ni pérdida de masa.

Question 49Balances de materia y energía

En una columna de destilación, la corriente de fondos y la de destilado deben satisfacer que:

  1. Los fondos contienen todo el componente ligero
  2. La alimentación se acumula en el rehervidor
  3. Su suma iguala la alimentación en estado estacionario Correct answer.
  4. El destilado siempre supera a la alimentación

Explanation

Aplicando el balance global de materia a la columna en estado estacionario, la alimentación se reparte entre destilado y fondos. El balance por componente permite además calcular las composiciones de cada corriente.

Question 50Balances de materia y energía

En un reactor se alimentan 100 mol/h de A y se convierten 80 mol/h. ¿Cuál es la conversión fraccional de A?

  1. 8.0
  2. 0.80 Correct answer.
  3. 1.25
  4. 0.20

Explanation

La conversión se define como el reactivo consumido dividido entre el alimentado: 80/100 = 0.80. Es una fracción adimensional que no puede exceder la unidad.