TERMOQUÍMICA QCA 01 ANDALUCÍA

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1 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 1.- El suluro de cinc al tratarlo con oxígeno reacciona según: ZnS(s) + 3 O (g) ZnO(s) + SO (g) Si las entalpías de ormación de las dierentes especies expresadas en kj/mol son: (ZnS) = 184 1; (SO) = 7 9; (ZnO) = a) Cuál será el calor, a presión constante de una atmósera, que se desprenderá cuando reaccionen 17 gramos de suluro de cinc con exceso de oxígeno? b) Cuántos litros de SO, medidos a 5 ºC y una atmósera, se obtendrán? Datos: R= 8 atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: O = 16; S = 3; Zn = a) Calcule la variación de entalpía que se produce cuando se obtiene benceno a partir del acetileno (etino) según la reacción: 3C H (g) C 6 H 6 (l) sabiendo que las entalpías de ormación del acetileno gaseoso y del benceno líquido son 6 7 kj/mol y 49 kj/mol, respectivamente. b) Calcule el calor producido, a presión constante, cuando se queman 1 g de acetileno gaseoso sabiendo que: º(CO (g)) = kj/mol y Hº (H O(l)) = 85 5 kj/mol Masas atómicas: H = 1; C = En una reacción en la que H< y S<, se considera que ambas unciones termodinámicas permanecen constantes al cambiar la temperatura. Razone, en unción de la temperatura, cuándo esta reacción: a) Estará en equilibrio. b) Será espontánea. 4.- Dada reacción: N O(g) N (g) + 1/O (g) H = 43 kj y S = 8 J/K a) Justiique el signo positivo de la variación de entropía. b) Si se supone que esas unciones termodinámicas no cambian con la temperatura será espontánea la reacción a 7 ºC? 5.- Dada la reacción: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO (g) a) Determine la cantidad de calor, a presión constante, que es necesario suministrar para descomponer 3 kg de carbonato de calcio. b) Qué cantidad de carbonato de calcio se deberá utilizar para producir 7 kg de óxido de calcio si el rendimiento es del 9%. Datos: Entalpías de ormación expresadas en kj/mol: ( CaCO 3 ) = 19 6; (CO ) = 393 3; (CaO) = Masas atómicas: C = 1; O = 16; Ca = La reacción entre la hidracina (N H 4 ) y el peróxido de hidrógeno (H O ) se utiliza para la propulsión de cohetes: N H 4 (l) + H O (l) N (g) + 4 H O(l) H = 71 kj Las entalpías de ormación de H O (l) y del H O(l) son kj/mol y 85 5 kj/mol, respectivamente. a) Calcule la entalpía de ormación de la hidracina. b) Qué volumen de nitrógeno, medido a 1 ºC y 5 mm de mercurio, se producirá cuando reaccionen 64 g de hidracina? Datos: R = 8 atm L K -1 mol -1. Masas atómicas: H = 1; N = 14; O = 16.

2 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 7.- Uno de los alimentos más consumido es la sacarosa C 1 H O 11. Cuando reacciona con el oxígeno se transorma en dióxido de carbono y agua desprendiendo kj/mol, a la presión de una atmósera. El torrente sanguíneo absorbe, por término medio, 6 moles de O en 4 horas. Con esta cantidad de oxígeno: a) Cuántos gramos de sacarosa se pueden quemar al día? b) Cuántos kj se producirán en la combustión? Masas atómicas: H = 1; C = 1; O = Las entalpías de ormación del agua líquida y del dióxido de carbono gas son respectivamente, 85 5 kj/mol y kj/mol a 5 ºC y la entalpía de combustión del acetileno es kj/mol. a) Calcule la entalpía de ormación del acetileno si consideramos que el agua ormada en la combustión está en estado líquido. b) Sabiendo que la entalpía de ormación del etano es 84 6 kj/mol, calcule la entalpía de hidrogenación del acetileno según la reacción: C H (g) + H (g) C H 6 (g)

3 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 1.- ZnS(s) + 3 O (g) ZnO(s) + SO (g) a) Calculamos el calor de reacción a presión constante H r = (ZnO) + (SO ) (ZnS) H r = ( 349,3) + ( 7,9) ( 184,1) = 47, KJ Sabiendo que la masa molar del suluro de cinc es (ZnS) = 97,4 g/mol, establecemos la proporción entre la reacción y los datos del problema Se desprenden 41, KJ 97,4 gzns 17 gzns = x = 41, KJ 47, KJ x b) Calculamos los moles de suluro de cinc que reaccionan m 17 g n =,17 m = 97,4 g / mol establecemos la proporción entre la reacción y los datos del problema, en moles mol ZnS,17mol ZnS mol SO x = x =,17 mol SO calculamos el volumen en litros que ocuparán, medidos en las condiciones que indica el enunciado, usando la ecuación general de los gases ideales V n R T,17mol, 8atm L K mol 98K = = = 4,15 L P 1atm.- a) 3C H (g) C 6 H 6 (l) La variación de entalpía, o lo que es lo mismo, el calor de reacción a presión constante, lo calculamos partiendo de las entalpías de ormación que nos indica el enunciado H r = (C6H 6 ) 3 (C H ) = 49 3 ( 6,7) = 631,1 KJ La producción de benceno partiendo de acetileno, es un proceso endotérmico.

4 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA.- b) Formulamos la reacción de combustión del acetileno y calculamos la variación de entalpía (calor de reacción a presión constante), con las entalpías de ormación C H (g) + 5/ O (g) CO (g) + H O(l) H r = (CO) + (HO) - H (C H ) = ( 393,5) + ( 85,5) ( 6,7) H r = 845,8 KJ cada mol de acetileno quemado produce 845,8 KJ. Calculamos el número de moles de acetileno que se queman y establecemos la proporción con el resultado anterior, habiendo calculado la masa molar de acetileno (C H ) = 6 g/mol m 1 g n = 3,85 m = 6 g / mol 1mol CH 3,85mol CH = x = 356,3 KJ 845,8 KJ x se producen (se desprenden) 356,3 KJ 3.- H < S < a) La reacción estará en equilibrio cuando la variación de la energía libre de Gibbs sea nula Gsistema = Hsistema T Ssistema = la temperatura a la que se hace cero la energía libre de Gibbs recibe el nombre de temperatura de equilibrio T equilibrio H = S sistema sistema b) Como el término entálpico ( H) es negativo y el término entrópico ( T S) es positivo, la reacción será espontánea a temperaturas ineriores a la temperatura de equilibrio. 4.- N O(g) N (g) + 1/O (g) H = 43 kj y S = 8 J/K a) A escala microscópica, la entropía se interpreta como una medida del grado de desorden molecular del sistema. Cuanto mayor sea el orden interno de un sistema, más baja es su entropía. En la reacción que nos ocupa, se produce un aumento del desorden ya que en el proceso, un solo gas se convierte en una mezcla de gases, por consiguiente la entropía del sistema aumenta y su variación es positiva.

5 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 4.- b) Calculamos la variación de la energía libre G = H T S = 43 J 3 K 8 J / K = 19. J como es positiva, la reacción no es espontánea a 7ºC 5.- CaCO 3 (s) CaO(s) + CO (g) a) Calculamos el calor de reacción a presión constante H = H ( CO ) + H ( CaO) H ( CaCO ) = 393,3 635,1+ 19,6 = 181, KJ r 3 hay que suministrar 181, KJ por cada mol de carbonato descompuesto. Calculamos los moles que son 3 Kg de carbonato cálcico (CaCO 3 ) = 1 g/mol establecemos la proporción m 3 g n = 3 m = 1 g / mol 1mol CaCO3 3mol CaCO3 = x = 5436 KJ 181, KJ x b) Calculamos los moles que son 7 Kg de óxido de calcio (CaO) = 56 g/mol m 7 g n = 15m = 56 g / mol establecemos la proporción con la reacción ajustada 1mol CaCO3 x 1mol CaO 15mol CaO x = 15mol CaCO = 3 lo expresamos en kilogramos m = n = 15mol 1 g / mol = 15 g = 1,5 Kg esta cantidad es de la que deberíamos partir, si el rendimiento de la reacción uese el 1%, pero como es del 9% habrá que partir de una cantidad mayor 1 1,5 Kg = 13,9 Kg CaCO 9 3

6 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 6.- N H 4 (l) + H O (l) N (g) + 4 H O(l) H = 71 kj a) H = H H O H H O H N H r 4 ( ) ( ) ( ) 4 despejamos la entalpía de ormación de la hidracina H ( N H ) = 4 H ( H O) H ( H O ) H = 4 ( 85,5) ( 187,8) ( 71) 4 r H ( NH) = 56,4 KJ/ mol 4 b) Calculamos los moles que son 64 g de hidracina (N H 4 ) = 3 g/mol m 64 g n = m = 3 g / mol establecemos la proporción con la reacción ajustada 1mol N H mol N H 1mol N x 4 4 = x = mol N calculamos el volumen de nitrógeno medido en las condiciones de presión 5 mm Hg (,66 atm 76 mm Hg / atm = ) y de temperatura (63ºK) que nos da el enunciado V 1 1 n R T mol, 8atm L K mol 63K = = = 653,5 L P,66atm 7.- a) Escribimos la reacción de combustión de la sacarosa C 1 H O O 1 CO + 11 H O H = 348,9 KJ/mol establecemos la proporción con la reacción 1 mol O 6 mol O 1mol C H O x = x =,17 mol C H O lo expresamos en gramos (C 1 H O 11 ) = 34 g/mol m = n =,17 mol 34 g / mol = 74,1g

7 TERMOQUÍMICA QCA 1 ANDALUCÍA 7.- b) Establecemos la proporción con la reacción de combustión 1mol C1H O11,17mol C1 H O11 = x = 757,1KJ 348,9 KJ x 8.- a) Formulamos las tres reacciones, ormación del agua líquida, ormación del dióxido de carbono y combustión del acetileno H (g) + ½ O (g) H O(l) C(s) + O (g) CO (g) C H (g) + 5/ O (g) CO (g) + H O(l) (H O) = 85,5 KJ/mol (CO ) = 393,5 KJ/mol HC (C H ) = 195,8 KJ/mol para obtener por suma la reacción de ormación del acetileno (ley de Hess), multiplicamos por dos la segunda reacción e invertimos la tercera H (g) + ½ O (g) H O(l) H 1 = 85,5 KJ C(s) + O (g) CO (g) H = 787 KJ CO (g) + H O(l) C H (g) + 5/ O (g) H 3 = 195,8 KJ C(s) + H (g) C H (g) (C H ) = 3,3 KJ/mol b) Formulamos las dos reacciones necesarias, ormación del etano y ormación del acetileno C(s) + 3 H (g) C H 6 (g) (C H 6 ) = 84,6 KJ/mol C(s) + H (g) C H (g) (C H ) = 3,3 KJ/mol para obtener por suma la reacción de ormación del acetileno (ley de Hess), invertimos la segunda reacción C(s) + 3 H (g) C H 6 (g) H 1 = 84,6 KJ C H (g) C(s) + H (g) H = 3,3 KJ C H (g) + H (g) C H 6 (g) H hidrogenación = 37,9 KJ/mol

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