Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA

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1 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA PROBLEMAS TERMOQUÍMICA 1. Para el proceso Fe 2O 3 (s) + 2 Al (s) Al 2O 3 (s) + 2 Fe (s), calcule: a) La etalpía de la reacció e codicioes estádar y el calor despredido al reaccioar 16, g de Fe 2O 3 co la catidad suficiete de AI. b) La masa de óxido de alumiio que se obtiee e el apartado aterior. Datos: º (Al 2O 3) = kj mol -1 º (Fe 2O 3) = -836 kj mol -1 (P.A.U. Set. 12) Rta.: a) ΔH = 826 kj; Q = 82,8 kj; b) m = 1,2 g Al 2 O 3 Datos Cifras sigificativas: 4 2 Al (s) + 3/2 O 2 (g) Al 2 O 3 (s) (Al 2 O 3 ) = kj/mol 2 Fe (s) + 3/2 O 2 (g) Fe 2 O 3 (s) (Fe 2 O 3 ) = -836 kj/mol Masa de Fe 2 O 3 m(fe 2 O 3 ) = 16, g Masa molar: Fe 2 O 3 M (Fe 2 O 3 ) = 159,7 g/mol Icógitas Al 2 O 3 Etalpía de la reacció ΔH Calor despredido al reaccioar 16 g de Fe 2 O 3 Masa óxido de alumiio obteida m(al 2 O 3 ) a) Ecuació: Fe 2 O 3 (s) + 2 Al (s) Al 2 O 3 (s) + 2 Fe (s) ΔH La etalpía de formació de los elemetos e estado ormal es ula, por defiició. Por la ley de Hess, b) ΔH = (Al 2 O 3 ) + 2 (Fe) ( (Fe 2 O 3 ) + 2 (Al) ) Q=16, [g Fe 2 O 3 ] m(al 2 O 3 )=16,[ gfe 2 O 3 ] ΔH = ( [kj]) (- 836 [kj]) ΔH = 826 kj 1[mol Fe 2 O 3 ] 159,7[ gfe 2 O 3 ] 1[ mol Fe 2 O 3 ] 159,7[g Fe 2 O 3 ] M (Fe 2 O 3 ) = 12, g/mol Q 826 kj 1 mol Fe 2 O 3 =82,8 kj ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV 1mol Al 2 O 3 12,[g Al 2 O 3 ] =1,2 g Al 1mol Fe 2 O 3 1mol Al 2 O 2 O La combustió del acetileo (C 2H 2 (g)) produce dióxido de carboo y agua.

2 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 2 a) Escriba la ecuació química correspodiete al proceso. b) Calcule el calor molar de combustió del acetileo y el calor producido al quemar 1, kg de acetileo. Datos: (C 2H 2(g))= 223,75 kj/mol; (CO 2(g)) = 393,5 kj/mol; (H 2O(g)) = 241,8 kj/mol (P.A.U. Ju. 6) Rta.: b) (C 2 H 2 ) = 1253 kj/mol C 2 H 2 ; Q = 4,8 1 7 J/kg C 2 H 2 Datos Cifras sigificativas: 4 2 C (grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) (C 2 H 2 ) = +223,8 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) (CO 2 ) = 393,5 kj/mol (H 2 O) = 241,8 kj/mol Masa de acetileo m = 1, kg C 2 H 2 Masa molar: C 2 H 2 Icógitas M (C 2 H 2 ) = 26,4 g/mol Calor molar de combustió del acetileo (C 2 H 2 ) Calor producido al quemar 1, kg de acetileo a) Ecuació de combustió del acetileo: C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O (g) b) de formació: 2 C (grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) (C 2 H 2 ) = +223,8 kj/mol (CO 2 ) = 393,5 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) (H 2 O) = 241,8 kj/mol b) Por la ley de Hess, (C 2 H 2 ) = 2 (CO 2 ) + (H 2 O) ( (C 2 H 2 ) + 5/2 (O 2 ) ) Q ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV (C 2 H 2 ) = (2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] 241,8 [kj])) (223,8 [kj]) (C 2 H 2 ) = 1 253, kj/mol C 2 H 2 Q=1, [kg C 2 H 2 ] 1[g] 1,[ kg] 1[mol C 2 H 2 ] 26,4 [gc 2 H 2 ] 1253 kj 1mol C 2 H 2 =4, kj=4, J 3. a) A partir de los datos de etalpías de formació calcule la etalpía estádar de combustió del metao. b) Sabiedo que la combustió de 1, g de TNT libera 4 6 kj calcule el volume de metao, medido a 25 ºC y 1 atm (11,3 kpa) de presió, que es ecesario quemar para producir la misma eergía que 1, g de TNT. Datos: (CH 4 (g))= -75 kj mol -1 (CO 2 (g))= -394 kj mol -1 ; (H 2O (g))= -242 kj mol -1 R =,82 atm L K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 (P.A.U. Ju. 12) Rta.: a) (CH 4 ) = 83 kj/mol CH 4 ; b) V = 14 dm 3 CH 4 Datos Cifras sigificativas: 3 C (grafito) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) (CH 4 ) = -75, kj/mol

3 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 3 Datos Cifras sigificativas: 3 (CO 2 ) = 394 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) (H 2 O) = 242 kj/mol Eergía despredida E = 4 6 kj Gas metao: Temperatura T = 25 ºC = 298 K Presió P = 11,3 kpa = 1, Pa Costate de los gases ideales 1 R = 8,31 J K 1 mol Masa molar: CH 4 M (CH 4 ) = 16, g/mol Icógitas Calor molar de combustió del metao (CH 4 ) Volume de CH 4 (g) e las codicioes dadas que desprede esa eergía V ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV Ecuació de estado de los gases ideales P V = R T a) Ecuació de combustió del metao: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) de formació: C (grafito) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) (CH 4 ) = -75, kj/mol (CO 2 ) = 394 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) (H 2 O) = 242 kj/mol Por la ley de Hess, (CH 4 ) = (CO 2 ) + 2 (H 2 O) ( (CH 4 ) + 2 (O 2 ) ) (CH 4 ) = ( 394 [kj] + 2 [mol H 2 O] ( 242 [kj/mol H 2 O])) ( 75, [kj] + 2 [mol O 2 ] ( [kj/mol O 2 ])) (CH 4 ) = 83 kj/mol CH 4 b) Catidad de metao que habría que quemar para producir 4 6 kj Volume que ocupará a 25 ºC y 11,3 kpa. R T V (CH 4 )= P (CH 4 )=46 kj 1mol CH 4 =5,73 mol CH 83 kj 4 = 5,73 mol CH4 8,31 J K 1 mol 1 298K =,14 m 3 =14 dm 3 CH 1, Pa 4. Las etalpías estádar de combustió del C (s) y C 6H 6 (l) so -393,5 kj/mol y kj/mol, respectivamete; y el de formació del H 2O (l) vale -285,5 kj/mol. Calcule: a) La etalpía estádar de formació del beceo (l) b) El calor, expresado e kj, ecesario para la obteció de 1, kg de beceo (l). (P.A.U. Ju. 9) Rta.: a) H f = 83,5 kj/mol b) Q = 1,7 1 3 kj

4 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 4 Datos Cifras sigificativas: 4 C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (C 6 H 6 ) = kj/mol (C) = -393,5 kj/mol (H 2 O) = -285,5 kj/mol Masa de beceo m = 1, kg = 1 g C 6 H 6 Masa molar: C 6 H 6 Icógitas M (C 6 H 6 ) = 78,1 g/mol Etalpía de formació del beceo (C 6 H 6 ) Calor ecesario para obteer 1, kg de beceo a) Ecuació de combustió del beceo: C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) = kj/mol Q ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV La ecuació de combustió del carboo sólido (grafito) coicide co la ecuació de formació del CO 2 (g). de formació: 6 C (s) +3 H 2 (g) C 6 H 6 (l) (C 6 H 6 ) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) (CO 2 ) = -393,5 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (H 2 O) = -285,5 kj/mol Por la ley de Hess, (C 6 H 6 ) = 6 (CO 2 ) + 3 (H 2 O) ( (C 6 H 6 ) + 15/2 (O 2 ) ) [kj] = (6 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 3 [mol H 2 O] (-285,5 [kj/mol H 2 O])) ( (C 6 H 6 )) (C 6 H 6 ) = +83,5 kj/mol C 6 H 6 b) Para obteer 1 g de C 6 H 6 se ecesita Q=1 [gc 6 H 6 ] 1[ mol C 6 H 6 ] 78,1[ gc 6 H 6 ] 83,5[ kj ] 1[mol C 6 H 6 ] =1,7 13 kj 5. Dada la siguiete reacció: C (grafito) + 2 S (s) CS 2 (l) a) Calcule la etalpía estádar de la reacció a partir de los siguietes datos: C (grafito) + O 2 (g) CO2 (g) ΔHº = -393,5 kj mol -1 S (s) + O 2 (g) SO 2 (g) ΔHº = -296,1 kj mol -1 CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) ΔHº = -172 kj mol -1 b) Calcule la eergía ecesaria, e forma de calor, para la trasformació de 5 g de C(grafito) e CS 2 (l), e codicioes estádar. (P.A.U. Set. 11) Rta.: a) (CS 2 ) = 86 kj/mol CS 2 ; b) Q = 36 kj Datos Cifras sigificativas: 4 S (s) + O 2 (g) SO 2 (g) CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) (CO 2 ) = 393,5 kj/mol (SO 2 ) = 296,1 kj/mol ΔH = 172 kj/mol

5 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 5 Datos Cifras sigificativas: 4 Masa de grafito Masa molar del carboo Icógitas m = 5, g C M (C) = 12, g/mol Etalpía estádar de reacció (de formació del CS 2 ) (CS 2 ) Calor ecesario para covertir 5 g de grafito e CS 2 a) De formació (CO 2 ) = -393,5 kj mol -1 S (s) + O 2 (g) SO 2 (g) (SO 2 ) = -296,1 kj mol -1 C (grafito) + 2 S (s) CS 2 (l) (CS 2 ) De combustió CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) (CS 2 ) = -172 kj mol -1 Por la ley de Hess, (CS 2 ) = (CO 2 ) + 2 (SO 2 ) ( (CS 2 ) + 3 (O 2 ) ) Q ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV -172 [kj] = (1 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) 2 [mol SO 2 ] (-296,1 [kj/mol SO 2 ])) ( (CS 2 ) + 3 ) (CS 2 ) = 86 kj/mol CS 2 Q=5, [gc] 1[molC] 12,[g C] 86 kj =36 kj 1mol C 6. E la fermetació alcohólica de la glucosa se obtiee etaol y dióxido de carboo. La ecuació química correspodiete es: C 6H 12O 6 (s) 2 CO 2 (g) + 2 CH 3-CH 2OH (l) a) Calcule la ΔHº de esta reacció. b) Cuátos decímetros cúbicos de dióxido de carboo, medidos a 25 ºC y,98 atm, se podría obteer e la fermetació de 1 kg de glucosa? Datos: Etalpías estádar de combustió: C 6H 12O 6 (s) = kj/mol; CH 3-CH 2OH (l) = kj/mol R =,82 atm dm 3 K -1 mol -1 (P.A.U. Set. 9) Rta.: a) ΔH = -71 kj/mol b) V = 277 dm 3 Datos Cifras sigificativas: 4 C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) CH 3 -CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) (C 6 H 12 O 6 ) = kj/mol (CH 3 -CH 2 OH) = kj/mol Masa de glucosa m = 1, kg = 1 g C 6 H 12 O 6 Temperatura de la reacció t = 25 ºC = 298 K Presió exterior P =,98 atm Costate de los gases ideales -1 R =,82 atm dm3 K -1 mol Masa molar: C 6 H 12 O 6 Icógitas M (C 6 H 12 O 6 ) = 18,2 g/mol

6 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 6 Datos Cifras sigificativas: 4 Etalpía de fermetació de la glucosa Volume de CO 2 que se podría obteer e la fermetació Ecuació de estado de los gases ideales ΔH V ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV P V = R T a) Como la etalpía es ua fució de estado, es idepediete del camio. Lay ecuació de fermetació de la glucosa se puede obteer por combiació lieal de las ecuacioes de combustió C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) 1 = kj/mol CH 3 -CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) 2 = kj/mol Dejado la primera ecuació como está y multiplicado la seguda por -2 y sumado quieta: C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) = 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) 1 = kj/mol -2 CH 3 -CH 2 OH (l) - 6 O 2 (g) = -4 CO 2 (g) -6 H 2 O (l) -2 2 = kj/mol C 6 H 12 O 6 (s) = 2 CO 2 (g) + 2 CH 3 -CH 2 OH (l) ΔH = -71 kj/mol b) De la reacció de fermetació ajustada se puede calcular la catidad de CO 2 producido (CO 2 )=1 g C 6 H 12 O 6 1 mol g C 6 H 12 O 6 18,2 g C 6 H 12 O 6 2 mol CO 2 1mol C 6 H 12 O 6 =11,1 mol CO 2 Supoiedo comportamieto ideal para el CO 2 : R T V (CO 2 )= P = 11,1 mol CO 2,82 atm dm 3 K 1 mol K =276,8 dm 3 CO,98atm 2 7. La etalpía de formació del tolueo gas (C 7H 8) es de 49,95 kj/mol y las etalpías de formació del CO 2 (g) y del H 2O (l) so, respectivamete, 393,14 y 285,56 kj/mol. a) Calcule la etalpía de combustió del tolueo, gas. b) Cuátos kj se desprede e la combustió completa de 23 g de tolueo? (P.A.U. Set. 7) Rta.: a) H c = 3944,17 kj/mol b) Q = 985 kj Datos Cifras sigificativas: 5 7 C (grafito) + 4 H 2 (g) C 7 H 8 (g) (C 7 H 8 ) = +49,95 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) Masa de tolueo m = 23 g C 7 H 8 Masa molar: C 7 H 8 Icógitas (CO 2 ) = 393,14 kj/mol (H 2 O) = 285,56 kj/mol M (C 7 H 8 ) = 92,1 g/mol Etalpía de combustió del tolueo (C 7 H 8 ) Cuátos kj se desprede e la combustió completa de 23 g de tolueo Q

7 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 7 ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV a) Ecuació de combustió del tolueo: C 7 H 8 (g) + 9 O 2 (g) 7 CO 2 (g) + 4 H 2 O (g) de formació: 7 C (grafito) +4 H 2 (g) C 7 H 8 (g) (C 7 H 8 ) = +49,95 kj/mol (CO 2 ) = 393,14 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (H 2 O) = 285,56 kj/mol Por la ley de Hess, (C 7 H 8 ) = 7 (CO 2 ) + 4 (H 2 O) ( (C 7 H 8 ) + 9 (O 2 ) ) (C 7 H 8 ) = (7 [mol CO 2 ] ( 393,14 [kj/mol CO 2 ] + 4 [mol H 2 O] ( 285,56 [kj/mol H 2 O])) (49,95 [kj]) (C 7 H 8 ) = 3 944,17 kj/mol C 7 H 8 b) E la combustió de 23 g de tolueo se desprede Q=23[gC 7 H 8 ] 1[ molc 7 H 8 ] 92,1[g C 7 H 8 ] 3944,17[ kj ] =985 kj 1[ mol C 7 H 8 ] 8. a) Calcule el calor de formació del acetileo (C 2H 2 (g)) a partir de los calores de formació del H 2O (l) y del CO 2 (g) y del calor de combustió del C 2H 2 (g) b) Qué volume de dióxido de carboo medido a 3 C y presió atmosférica (1 atm) se geerará e la combustió de 2 g de acetileo? Datos: H f (H 2O(l)) = 285,8 kj/mol; H f (CO 2(g)) = 393,3 kj/mol; H c (C 2H 2(g)) = 13 kj/mol R =,82 atm dm 3 /K mol (P.A.U. Ju. 7) Rta.: a) (C 2 H 2 ) = 228 kj/mol C 2 H 2 ; b) V = 382 dm 3 CO 2 Datos Cifras sigificativas: 4 C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (C 2 H 2 ) = 1 3 kj/mol (CO 2 ) = 393,3 kj/mol (H 2 O(l)) = 285,8 kj/mol Masa de acetileo m = 2 g C 2 H 2 Presió a la que se mide el volume de CO 2 Temperatura a la que se mide el volume de CO 2 Masa molar: C 2 H 2 Icógitas P = 1 atm T = 3 C = 33 K M (C 2 H 2 ) = 26, g/mol Calor molar de formació del acetileo (C 2 H 2 ) Volume de CO 2 a 3 C y 1 atm geerado al quemar 2 g de acetileo V ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV

8 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 8 a) Ecuació de combustió del acetileo: C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O (g) = 1 3 kj/mol de formació: 2 C (grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) H f (C 2 H 2 ) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) H f (CO 2 ) = 393,31 kj/mol H f (H 2 O) = 285,8 kj/mol Por la ley de Hess, H c (C 2 H 2 ) = 2 H f (CO 2 ) + H f (H 2 O) ( H f (C 2 H 2 ) + 5/2 H f (O 2 ) ) 1 3 kj = (2 [mol CO 2 ] ( 393,3 [kj/mol CO 2 ] 285,8 [kj])) ( H f (C 2 H 2 )) H f (C 2 H 2 ) = 228 kj/mol C 2 H 2 b) De la estequiometría de la reacció: (CO 2 )=2 g C 2 H 2 1mol C 2 H 2 26, g C 2 H 2 2mol CO 2 1mol C 2 H 2 =15,4 mol CO 2 Supoiedo comportamieto ideal para el CO 2 : R T V = P P V = R T = 15,4 mol CO 2,82 atm dm3 K 1 mol 1 (273+ 3) K =382 dm 3 CO 1atm 2 9. La etalpía de combustió del propao(gas) es 526,3 Kcal. Las ΔH de formació del dióxido de carboo(gas) y del agua(líquida) so respectivamete 94,3 y 68,3 Kcal/mol. Calcular: a) La etalpía de formació del propao. b) Los kilogramos de carbó que habría que quemar (co u redimieto del 8%), para producir la misma catidad de eergía que la obteida e la combustió de 1 kg de propao. Dato: La etalpía de combustió del carbó es de 5 Kcal/g (P.A.U. Ju. 4) Rta.: a) (C 3 H 8 ) = 29, kcal/mol C 3 H 8 ; b) 3 kg carbó Datos Cifras sigificativas: 4 C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) Etalpía de combustió del carbó Redimieto de la combustió del carbó r = 8,% Masa de propao que se quema Masa molar: C 3 H 8 Icógitas (C 3 H 8 ) = 526,3 kcal/mol (CO 2 ) = 94,3 kcal/mol (H 2 O) = 68,3 kcal/mol Q = 5, kcal/g carbó m p = 1, kg Etalpía de formació del propao (C 3 H 8 ) (C 3 H 8 ) M (C 3 H 8 ) = 44,1 g/mol Masa de carbó que produzca la misma eergía que 1 kg C 3 H 8 m C

9 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 9 ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV a) Por la ley de Hess: (C 3 H 8 ) = 3 (CO 2 ) + 4 (H 2 O) (5 (O 2 ) + (C 3 H 8 ) ) 1 [mol C 3 H 8 ] ( 526,3 [kcal/mol C 3 H 8 ] ) = = 3 [mol CO 2 ](-94,3 [kcal/mol CO 2 ]) + 4 [mol H 2 O ](-68,3 [kcal/mol H 2 O]) 5 [mol O 2 ] (C 3 H 8 ) (C 3 H 8 ) = 28,99 kcal/mol C 3 H 8 b) La eergía producida por 1 kg de propao es: Q 1 =1g C 3 H 8 1mol C 3 H 8 44,1 g C 3 H 8 526,3 kcal 1 mol C 3 H 8 =1, kcal/kg propao La eergía producida por 1 kg de carbó es: Q 2 =1g carbó 5, kcal 1g carbó =5, 13 kcal/kg carbó Si el redimieto es del 8%, la eergía producida realmete es: Q 3 = 8,% 5, 1 3 kcal/kg carbó = 4, 1 3 kcal/kg carbó Por lo que la masa de carbó ecesaria es: m C =1, kg propao 1, kcal 1, kg propao 1, kg carbó =2,984 kg carbó 4, 1 3 kcal Aálisis: Si se tuviera e cueta las cifras sigificativas de los datos para este apartado, (5 kcal/g), el resultado sólo tedría ua cifra sigificativa y sería: 3 kg de carbó. Tambié se podría haber usado el valor de (CO 2 ) ya que equivale a la etalpía de combustió del grafito. E ese caso el resultado hubiese sido: m c =1,91 kg grafito. La diferecia etre ambos resultados se debe a que el carbó (que o especifica si es hulla, atracita, etc.) cotiee u porcetaje cosiderable de impurezas. 1. El ácido etaoico (líquido) (ácido acético) se forma al reaccioar carboo (sólido), hidrógeo molecular (gas) y oxígeo molecular (gas). Los calores de combustió del ácido etaoico (l); hidrógeo (g) y carboo (s) so respectivamete 87,7; 285,8 y 393,13 kj/mol. a) Escribir adecuadamete las ecuacioes químicas de los distitos procesos de combustió y la correspodiete a la formació del ácido etaoico. b) Calcular el calor de formació, a presió costate, de dicho ácido etaoico. c) Cuátas kilocalorías se desprede e la formació de 1 kg de ácido etaoico? Dato: 1 J =,24 cal. (P.A.U. Set. 4) Rta.: b) = 487,9 kj/mol; b) Q = 1, kcal. Datos Cifras sigificativas: 4 CH 3 COOH (l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) Masa de ácido etaoico Masa molar: C 2 H 4 O 2 (C 2 H 4 O 2 ) = -87,7 kj/mol (C) = 393,13 kj/mol (H 2 ) = 285,8 kj/mol m = 1, kg CH 3 COOH M (C 2 H 4 O 2 ) = 6,5 g/mol

10 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 Datos Cifras sigificativas: 4 Equivalecia de uidades Icógitas 1 J =,24 cal 1 kj =,24 kcal Etalpía de formació del ácido etaoico (C 2 H 4 O 2 ) Eergía liberada e la combustió Q ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV a) de combustió CH 3 COOH (l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (C 2 H 4 O 2 ) = 87,7 kj/mol (C) = 393,13 kj/mol (H 2 ) = 285,8 kj/mol Ecuació de formació del ácido etaoico 2 C (grafito) + 2 H 2 (g) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) b) Por la ley de Hess, (C 2 H 4 O 2 ) = 2 (C) + 2 (H 2 ) ( (C 2 H 4 O 2 ) + (O 2 ) ) 87,7 [kj] = (2 [mol C] ( 393,13 [kj/mol C] + 2 [mol H 2 ] ( 285,8 [kj/mol H 2 ])) (1 [mol C 2 H 4 O 2 ] ) (C 2 H 4 O 2 ) = 487,9 kj/mol c) Q=1, [ kg C 2 H 4 O 2 ] 13 [g] 1[ kg] 1[ mol C 2 H 4 O 2 ] 6,5[ gc 2 H 4 O 2 ] 487,9[ kj] 1[ mol C 2 H 4 O 2 ],24[ kcal] =1, kcal 1[ kj ] 11. La gasolia puede ser cosiderada como ua mezcla de octaos (C 8H 18). Sabiedo los calores de formació de: H 2O(g) = 242 kj/mol; CO 2(g) = 394 kj/mol y C 8H 18(l) = 25 kj/mol: a) Escriba la ecuació (ajustada) de combustió de la gasolia (los productos so CO 2(g) y H 2O(g)) y calcule el calor de reacció ΔH (e kj) b) Calcule la eergía (e kj) liberada e la combustió de 5 dm 3 de gasolia (desidad = 8 kg/m 3 ) c) Qué volume de gas carbóico medido a 3 C y presió atmosférica se geerará e tal combustió? Datos: R =,82 atm dm 3 K 1 mol 1 (P.A.U. Ju. 1) Rta.: a) ΔH = 5,8 1 3 kj/mol; b) Q = kj; c) V = 6, dm 3 Datos Cifras sigificativas: 3 C (s) + H 2 (g) C 8 H 18 (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) (C 8 H 18 ) = 25 kj (CO 2 ) = 394 kj/mol (H 2 O) = 242 kj/mol Desidad de la gasolia (octao C 8 H 18 ) ρ = 8 kg/m 3 Volume de gasolia V G = 5, dm 3 = 5, 1 3 m 3 Temperatura del gas T = 3 C = 33 K

11 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 11 Datos Cifras sigificativas: 3 Presió para el gas P = 1, atm Costate de los gases ideales 1 R =,82 atm dm3 K 1 mol Masa molar: C 8 H 18 Icógitas M (C 8 H 18 ) = 114 g/mol Etalpía de combustió del octao (C 8 H 18 ) Eergía liberada e la combustió Volume de gas despredido Ecuació de los gases ideales a) La ecuació de combustió es Por la ley de Hess, C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (g) Q V ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV P V = R T (C 8 H 18 ) = 8 (CO 2 ) + 9 (H 2 O) ( (C 8 H 18 ) + 25/2 (O 2 ) ) (C 8 H 18 ) = (8 [mol CO 2 ] ( 394 [kj/mol CO 2 ] + 9 [mol H 2 O] ( 242 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol C 8 H 18 ] 25 [kj/mol C 8 H 18 ] + 25/2 [mol O 2 ] ) = 5 8 kj La ecuació termoquímica queda: C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (g) = 5,8 1 3 kj/mol C 8 H 18 b) (C 8 H 18 )=5,[ dm 3 1[ m 3 ] gasolia ] 1 3 [dm 3 ] 8 [kg gasolia] 1[m 3 gasolia ] 1 3 [ g] 1[kg] 1[ mol C 8 H 18 ] 114 [g gasolia] =35,1 mol C 8H 18 Q = 35,1 [mol C 8 H 18 ] 5,8 1 3 [kj/mol C 8 H 18 ] = kj c) De la estequiometría de la reacció: Supoiedo comportamieto ideal para el CO 2, V = (CO 2 ) R T P 8[ mol CO (CO 2 )=35,1[ mol C 8 H 18 ] 2 ] 1[mol C 8 H 18 ] =281mol C 8 H 18 = 281[ mol CO ],82 [atm dm3 2 K 1 mol 1 ] 33[ K ] =6, dm 3 CO 1,[atm] Si supoemos que la gasolia es ua mezcla de octaos de fórmula geeral C 8H 18: a) Calcule el volume de aire medido a 25 ºC y 1 atm (11,3 kpa) que se ecesita para quemar 1 dm 3 de gasolia. b) Calcule el calor despredido cuado se quema 1 dm 3 de gasolia. Datos: R =,82 atm dm 3 K-1 mol -1-1 = 8,31 J K-1 mol º(CO 2 (g)) = -393,5 kj mol -1 ; º(H 2O (l)) = -285,8 kj mol -1 ; º(C 8H 18 (l))= 249,8 kj mol -1 ; oxígeo e el aire = 21 % e volume; desidad del octao = 8 g dm -3 (P.A.U. Ju. 1)

12 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 12 Rta.: a) V = 1,2 1 3 m 3 aire b) Q = 4, J Datos Cifras sigificativas: 4 Volume de gasolia V = 1 dm 3 =,1 m 3 Desidad de la gasolia d = 8 g/dm 3 = 8 kg/m 3 Aire (gas): temperatura T = 25 C = 298 K presió Coteido de oxígeo e el aire (%V) Etalpías estádar de formació: H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) P = 11,3 kpa = 1, Pa r = 21% e volume º(CO 2 (g)) = -393,5 kj/mol º(H 2 O (l)) = -285,8 kj/mol C (grafito) + H 2 (g) C 8 H 18 (l) º(C 8 H 18 (l)) = 249,8 kj/mol Costate de los gases ideales -1 R = 8,31 mol-1 K Icógitas Volume de aire ecesario Calor despredido De estado de los gases ideales La ecuació de combustió es La catidad de gasolia que hay e 1 dm 3 es: (C 8 H 18 )=1[dm 3 1[m 3 ] gasolia ] 1 3 [ dm 3 ] C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (g) 8[ kg gasolia ] 1[m 3 gasolia] La catidad de oxígeo ecesaria para la combustió es: Que, supoiedo comportamieto ideal, ocupará: V = O 2 RT P 1 3 [g] 1[ kg] V Q P V = R T O 2 =72[ mol C 8 H 18 ] 25/ 2[ mol O 2 ] 1[ mol C 8 H 18 ] =8,77 13 mol O 2 ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV 1[ mol C 8 H 18 ] 114[ g gasolia ] =72 molc 8 H 18 = 8,77 13 [ mol O 2 ] 8,31[ J K 1 mol 1 ] 298[ K] =215 m 3 O 1, [ Pa] Como el aire cotiee u 21% e volume de oxígeo, el volume de aire que cotedrá ese volume será: V =215 m 3 O 2 1 m 3 aire 21 m 3 O 2 =1,2 1 3 m 3 aire Por la ley de Hess, H c (C 8 H 18 ) = 8 H f (CO 2 ) + 9 H f (H 2 O) ( H f (C 8 H 18 ) + 25/2 H f (O 2 ) ) H c (C 8 H 18 ) = (8 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 9 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O]))

13 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 13 (1 [mol C 8 H 18 ] 249,8 [kj/mol C 8 H 18 ] + 25/2 [mol O 2 ] ) = 5 97 kj La ecuació termoquímica queda: C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O (l) H c = 5, kj/mol C 8 H 18 Q = 72 [mol C 8 H 18 ] 5, [kj/mol C 8 H 18 ] = 4, kj = 4, J = 4,19 GJ 13. Las etalpías de formació a 25 C del metaol (líquido), dióxido de carboo (gas) y agua (líquida) so, respectivamete, 239,1; 393,5 e 285,8 kj/mol. a) Escribe la ecuació de combustió del metaol. b) Calcula ΔH del proceso de combustió. c) Calcula ΔU del mismo proceso a 25 C. Datos: R = 8,31 J K 1 mol 1 (P.A.U. Ju. 96) Rta.: b) = 726, kj/mol; c) ΔU c = 727,2 kj/mol Datos Cifras sigificativas: 4 C (grafito) + ½ O 2 (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH (g) (CH 3 OH) = 239,1 kj/mol (CO 2 ) = 393,5 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) (H 2 O) = 285,8 kj/mol Costate de los gases ideales 1 R = 8,31 J K 1 mol Temperatura Icógitas Etalpía de combustió del metaol Variació de eergía itera de combustió del metaol Relació etre calor a presió costate y calor a volume costate a) La ecuació de combustió es b) Por la ley de Hess, CH 3 OH (l) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) T = 25 C = 298,2 K (CH 3 OH) ΔU c (CH 3 OH) ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV ΔH = ΔU + Δ(g) R T (CH 3 OH) = (CO 2 ) + 2 (H 2 O) ( (CH 3 OH) + 3/2 (O 2 ) ) (CH 3 OH) = ( 1 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 2 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O])) ( 1 [mol CH 3 OH] ( 239,1 [kj/mol CH 3 OH]) + 3/2 [mol O 2 ] ) = 7 26, kj/mol La ecuació termoquímica queda: CH 3 OH (l) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) = 726, kj/mol c) La variació de eergía itera de la reacció a 25 C ΔU = ΔH Δ(g) RT = 726, [kj/mol] (1 3/2) [kj/mol] 8, [kj K 1 mol 1 ] 298,2 [K] ΔU c (CH 3 OH) = 727,2 kj/mol

14 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 14 ESPONTANEIDAD 1. Coociedo los siguietes datos: Etalpía de combustió del etao(g): ΔH = kj/mol de hidrocarburo; etalpía de combustió del eteo(g): ΔH = 1 41,9 kj/mol de hidrocarburo; etalpía de formació del agua(l): ΔH 285,8 kj/mol y etalpía de formació del dióxido de carboo(g): ΔH = 393,5 kj/mol. a) Calcula la etalpía de formació del etao(g) y del eteo(g). b) Calcula la variació de etalpía e codicioes estádar, e el proceso: C 2H 4 (g) + H 2 (g) C 2H 6 (g) c) Si la variació de etropía e este proceso es ΔS = 11,6 J/K, el proceso será espotáeo e codicioes estádar? Razoa la respuesta. (P.A.U. Set. 98) Rta.: a) (C 2 H 6 ) = 85,4 kj/mol; (C 2 H 4 ) = 52,3 kj/mol; b) ΔH r = 137,7 kj/mol; c) Sí Datos Cifras sigificativas: 5 C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) C 2 H 4 (g) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) Variació de etropía del proceso de hidrogeació Temperatura Icógitas (C 2 H 6 ) = kj/mol (C 2 H 4 ) = 1 41,9 kj/mol (CO 2 ) = 393,5 kj/mol (H 2 O) = 285,8 kj/mol ΔS = 11,6 J/K T = 25 C = 298,2 K Etalpía de formació del etao (C 2 H 6 ) (C 2 H 6 ) Etalpía de formació del eteo (C 2 H 4 ) (C 2 H 4 ) Variació de etalpía de C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) ΔH r Espotaeidad de la hidrogeació Eergía libre de Gibbs a) La combustió del etao es: Por la ley de Hess, ΔG C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) ΔH = ΔH PRODUC ΔH REACTIV ΔG = ΔH TΔS (C 2 H 6 ) = 2 (CO 2 ) + 3 (H 2 O) ( (C 2 H 6 ) + 7/2 (O 2 ) ) 1 [mol C 2 H 6 ] ( [kj/mol C 2 H 6 ]) = = 2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 3 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O]) ( (C 2 H 6 ) + 7/2 [mol O 2 ] ) (C 2 H 6 ) = 85,4 kj/mol etao La combustió del eteo es: C 2 H 4 (g) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) ΔH C = 2 (CO 2 ) + 2 (H 2 O) ( (C 2 H 4 ) + 3 (O 2 ) ) 1 [mol C 2 H 4 ] ( 1 41,9 [kj/mol C 2 H 4 ]) = = 2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 2 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O]) ( (C 2 H 4 ) + 3 [mol O 2 ] )

15 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 15 (C 2 H 4 ) = 52,3 kj/mol eteo b) Para el proceso: C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) Tomado como base de cálculo 1 mol de eteo ΔH r = (C 2 H 6 ) ( (C 2 H 4 ) + (H 2 ) ) ΔH r = 85,4 [kj] (52,3 [kj] + ) = 137,7 kj/mol eteo c) La espotaeidad de u proceso viee dada por el sigo de la eergía libre de Gibbs ΔG. Si ΔG <, el proceso es espotáeo. E codicioes estádar (t = 25 C, P = 1 atm.) ΔG = ΔH T ΔS = 137,7 [kj] 298 [K] ( 11,6 [J/K]) 1 3 [kj/j] = 14,7 kj Como ΔG <, el proceso es espotáeo e codicioes estádar. 2. E la reacció: 4 Ag (s) + O 2 (g) 2 Ag 2O (s), la variació de etalpía y la variació de etropía a 25 C y 1 atm vale 61,1 kj y 132,1 J/K respectivamete. Supoiedo que estos valores so idepedietes de la temperatura, determiar, previo cálculo: a) El setido e que es espotáea la reacció e esas codicioes. b) El setido e que es espotáea la reacció a 5 C. c) La temperatura a la que se alcaza el equilibrio químico. (P.A.U. Set. 3) Rta.: a) ; b) ; c) T e = 19 C Datos Cifras sigificativas: 3 Variació de etalpía estádar de la reacció ΔH = 61,1 kj = 61,1 1 3 J Variació de etropía estádar de la reacció ΔS = 132,1 J K 1 Temperatura estádar Temperatura del apartado b Icógitas T = 25 C = 298 K T' = 5 C = 773 K Setido e que es espotáea la reacció e esas codicioes (C 2 H 6 ) Setido e que es espotáea la reacció a 5 C (C 2 H 4 ) Temperatura de equilibrio ΔH r Eergía libre de Gibbs ΔG = ΔH TΔS a) Para la reacció: 4 Ag (s) + O 2 (g) 2 Ag 2 O (s) ΔG = ΔH T ΔS = 61,1 [kj] 298 [K] ( 132,1 [J/K]) 1 3 [kj/j] = 14,7 kj = 21,7 kj La reacció es espotáea e el setido escrito porque ΔG <. b) Calculado la variació de eergía libre de Gibbs a 5 C = 773 K

16 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 16 ΔG = ΔH T ΔS = 61,1 [kj] 773 [K] ( 132,1 [J/K]) 1 3 [kj/j] = 14,7 kj = 41, kj La reacció o es espotáea el setido escrito porque ΔG >. La reacció es espotáea e setido opuesto. 2 Ag 2 O (s) 4 Ag (s) + O 2 (g) c) Cuado se alcaza el equilibrio ΔG =. Para la temperatura de equilibrio ΔH T e ΔS = T e = ΔH / ΔS = 61,1 1 3 [J] / 132,1 [J K 1 ] = 463 K = 19 C CUESTIONES TERMOQUÍMICA. 1. Para ua reacció química etre gases, qué relació existe etre el calor de reacció a volume costate y la variació de etalpía e la reacció? puede ser iguales? Razóelo. (P.A.U. Ju. 2) Rta.: a) ΔH = ΔU + Δ RT; b) Puede ser iguales si o hay variació e el úmero de moles El calor de reacció a volume costate Q V es igual a la variació de eergía itera de la reacció ΔU, ya que, segú el primer pricipio, ΔU = Q + W dode W es el trabajo, pero si el volume o varía (ΔV = ), o hay trabajo: La etalpía es ua fució de estado defiida por: W = p ext ΔV = H = U + P V La variació de etalpía, e ua reacció química, será: ΔH = H productos H reactivos = (U + P V) fial (U + P V) iicial. = ΔU + Δ(P V) Para u gas (supoiedo comportamieto ideal): Para ua reacció etre gases a temperatura costate, La relació pedida es: P V = R T Δ(P V) = Δ R T ΔH = ΔU + Δ RT Puede ser iguales si o hay variació e el úmero de moles de gas, como e 2 IH (g) I 2 (g) + H 2 (g) e la que hay la misma catidad de gas e los productos que e los reactivos. ESPONTANEIDAD. 1. De acuerdo co la ecuació que relacioa la variació de eergía libre co la variació de etalpía y la variació de etropía, razoar:

17 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 17 a) Cuado u proceso químico es espotáeo. b) Cuado u proceso químico es o espotáeo. c) Cuado está e equilibrio. (P.A.U. Ju. 3) La espotaeidad de u proceso viee dada por el sigo de la etalpía libre (eergía libre de Gibbs) ΔG. El proceso es espotáeo si ΔG = ΔH T ΔS < siedo ΔH la variació de etalpía del proceso, ΔS su variació de etropía y T la temperatura. Será espotáea: (a.1) para u proceso exotérmico ΔH < ; Para que ΔG = ΔH T ΔS <, Si ΔS <, ΔG = ΔH T ΔS = ( ) T ( ). Para que ΔG <, ΔH > T ΔS Será espotáeo para temperaturas T < ΔH / ΔS (temperaturas bajas). Si ΔS >, ΔG = ΔH T ΔS = ( ) T (+). ΔG <. Será espotáeo a cualquier temperatura (a.2) para u proceso exotérmico ΔH > ; Para que ΔG = ΔH T ΔS <, Si ΔS <, ΔG = ΔH T ΔS = (+) T ( ).> Nuca será espotáeo. Si ΔS >, ΔG = ΔH T ΔS = (+) T (+). Para que ΔG <, ΔH < TΔS Será espotáeo para temperaturas T > ΔH / ΔS.(temperaturas altas). (b) Será o espotáea e los casos opuestos a los del apartado aterior. (c) Se ecotrará e equilibrio cuado ΔG = => ΔH = T ΔS. Para que ΔG = ΔH T ΔS =, T = ΔH / ΔS. Para u proceso exotérmico ΔH <, sólo es posible si ΔS < Para u proceso edotérmico ΔH >, sólo es posible si ΔS > Resumiedo: ΔH ΔS Espotáea No espotáea Equilibrio < (exotérmica) > Siempre Nuca Nuca < (exotérmica) < T < ΔH / ΔS T > ΔH / ΔS T = ΔH / ΔS > (edotérmica) > T > ΔH / ΔS T < ΔH / ΔS T = ΔH / ΔS > (edotérmica > Nuca Siempre Nuca 2. Razoe bajo qué codicioes podría ser espotáeos los procesos cuyas variacioes correspodietes a sus térmios etálpicos y etrópicos so los siguietes: a) ΔH>; ΔS> b) ΔH<; ΔS< c) ΔH<; ΔS> d) ΔH>; ΔS< (P.A.U. Set. ) Rta.: a) T altas; b) T bajas; c) Siempre; d) Nuca Ver ejercicio de Ju. 3

18 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA Podría decirse que ua reacció cuya variació de etalpía es egativa es espotáea? Justifíquelo. (P.A.U. Ju. 2) Rta.: a T bajas Ver ejercicio de Ju Explique brevemete por qué muchas reaccioes edotérmicas trascurre espotáeamete a altas temperaturas. (P.A.U. Ju. 7) El criterio de espotaeidad de ua reacció química viee dado por el sigo de la etalpía libre o eergía libre de Gibbs ΔG: ΔG = ΔH T ΔS dode ΔH es la variació de etalpía del proceso y ΔS la variació de etropía. U proceso es espotáeo si ΔG <. Si la reacció es edotérmica, ΔH > por lo que si la temperatura es muy baja, el segudo térmio apeas ifluye y que idica que el proceso o será espotáeo. ΔG > Pero si la variació de etropía del proceso es positiva, y la temperatura lo suficietemete alta para que sería y el proceso sería espotáeo. T ΔS > ΔH ΔG < LABORATORIO 1. Explica detalladamete cómo calcularías e el laboratorio el calor de disolució de NaOH (s) e agua. Calcúlalo (a P y T del laboratorio) supoiedo ua masa de NaOH de 5 g que se disuelve e 9 cm 3 e u calorímetro cuyo equivalete e agua es de 13 g. El aumeto de la temperatura del agua fue de 1 C. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/g C; desidad (H 2O) = 1, g cm 3 (P.A.U. Set. 97) Rta.: a) ΔH d = 3 kj / mol NaOH E ua probeta de 1 cm 3, se mide 9 cm 3 de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. E ua balaza graataria, se pesa u vidrio de reloj, y, co u varilla, se echa letejas de NaOH hasta que su masa aumete 5 g. Rápidamete (para evitar la hidratació y carboatació del NaOH) se echa el hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido e la disolució) + Q D (gaado por la disolució) + Q C (gaado por el calorímetro) =

19 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 19 El calor Q D gaado por la disolució es aproximadamete igual al gaado por el agua: Q D = m(agua) c e (agua) Δt = (9) g 4,18 J/g C 1 C = 3,8 1 3 J El calor Q C gaado por el calorímetro se calcula de forma aáloga, usado el equivalete e agua del calorímetro. Q C = m(equivalete e agua) c e (agua) Δt = (13) g 4,18 J/g C 1 C = 54 J que es despreciable frete al del agua. H d = 3,8 13 [J] 5[g NaOH] Q (cedido e la disolució) = 3,8 1 3 J 1[kJ ] 1 3 [ J] 4[g NaOH] = 3 kj / mol NaOH 1[mol NaOH] (Los valores so bastate diferetes e ejercicios aálogos, por lo que hay que supoer que los datos de alguo de ellos so erróeos) 2. Describa el procedimieto que seguiría para determiar, de forma aproximada, el calor de disolució del hidróxido de sodio e agua, idicado el material que utilizaría. Si al disolver 1,2 g de NaOH (s) e 25 g de agua el icremeto de temperatura de la disolució es 1,24 C, calcule el calor molar de disolució del hidróxido de sodio. DATO: C e(disolució) = 4,18 J/g C (P.A.U. Set. 96) Rta.: ΔH d (NaOH) = 43 kj / mol NaOH Véase la cuestió de Set Explique detalladamete cómo se puede calcular e el laboratorio el calor de disolució de NaOH (s) e agua. Haga u cálculo del calor de disolució (a P y T del laboratorio) supoiedo ua masa de NaOH de 2 g que se disuelve e 45 cm 3 e u calorímetro cuyo equivalete e agua es de 15 g. El aumeto de la temperatura del agua fue de 1,5 C. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/g C; desidad (H 2O) = 1, g cm 3 (P.A.U. Ju. 98) Rta.: ΔH d (NaOH) = 58 kj/mol NaOH Véase la cuestió de Set Describa el procedimieto para calcular e el laboratorio el calor de disolució de NaOH (s) e agua. Haga el cálculo del calor de disolució (a P y T del laboratorio) supoiedo ua masa de hidróxido de sodio de 1,8 g que se disuelve e 4 cm 3, e u calorímetro e el que el equivalete e agua es de 12 g. El icremeto de la temperatura del agua fue 1,2 C. Datos: C e (disolució) = C e (agua); C e (agua) = 4,18 J/g C. Desidad del agua = 1 g/cm 3. (P.A.U. Ju. 99) Rta.: ΔH d (NaOH) = 46 kj/mol Véase la cuestió de Set Describe el procedimieto para calcular e el laboratorio el calor de disolució del NaOH (s) e agua. Eumera el material y la forma de realizar los cálculos. (P.A.U. Ju. 1 y Set. ) Véase la cuestió de Set Explique detalladamete como se puede determiar e el laboratorio el calor de disolució de KOH(s) e agua. Efectúe el cálculo (a la presió y temperatura de laboratorio) supoiedo ua masa de hidróxido de potasio de 4,5 g que se disuelve e 45 cm 3 e u calorímetro que tiee u equivalete e agua de 15 g. El icremeto de la temperatura es de 2,5 C. Datos: Calor específico del agua: 4,18 J/g C y desidad del agua: 1 g/cm 3. (P.A.U. Set. 5) Rta.: 61 kj/mol.

20 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 2 Procedimieto: E ua probeta de 5 cm 3, se mide 45 cm 3 de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. E ua balaza graataria, se pesa u vidrio de reloj, y, co u varilla, se echa el KOH hasta que su masa aumete 4,5 g. Rápidamete (para evitar la hidratació y carboatació del KOH) se echa el hidróxido de potasio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Cálculos: masa de agua = 45 dm 3 1, g/cm 3 = 45 g agua Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido e la disolució) + Q D (gaado por la disolució) + Q C (gaado por el calorímetro) = El calor Q D gaado por la disolució es aproximadamete igual al gaado por el agua. Q D = m(agua) c e (agua) Δt = (45) g 4,18 J/g C 2,5 C = 4,7 1 3 J El calor Q C gaado por el calorímetro se calcula de forma aáloga, usado el equivalete e agua del calorímetro. Q C = m(equivalete e agua) c e (agua) Δt = (15) g 4,18 J/g C 2,5 C = 1,6 1 2 J Q (cedido e la disolució) = (4, ,6 1 2 ) J = 4,9 1 3 J H d = 4,9 13 [J ] 4,5[ g KOH] 1[kJ] 1 3 [J ] 56[g KOH ] 1[ mol KOH] = 61 kj mol KOH 7. a) Idique el procedimieto que se debe seguir y el material utilizado para determiar la etalpía de disolució del NaCl, si al disolver,2 moles de dicha substacia e 5 cm 3 de agua se produce u icremeto de temperatura de 2 ºC. b) Cuál será el valor de la etalpía de disolució del compuesto expresado e J/mol? Datos: Calor específico(agua) Calor específico(disolució) = 4,18 J/g ºC; desidad(agua) = 1 g/cm 3 Rta.: b) ΔH d = J/mol (P.A.U. Ju. 11) Material: Calorímetro de 1 cm 3 : recipiete aislado (cómo uo termo) Probeta de 5 cm 3. Tubo cilídrico graduado e cm 3 co base de apoyo. Termómetro. Balaza. Vidrio de reloj Agitador. Varilla de vidrio. Procedimieto: E ua probeta de 5 cm 3, se mide 5 cm 3 de agua y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. 58,5g NaCl E ua balaza se pesa:,2 mol NaCl =12g NaCl sobre u vidrio de reloj. 1 mol NaCl Se echa el cloruro de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. Se vacía el calorímetro y se lava.

21 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 21 Cálculos: Al ser el calorímetro u sistema aislate (adiabático), o itercambia calor co el etoro. Calor gaado por la disolució y el calorímetro + calor despredido e el proceso de disolució = Supoiedo que el calor absorbido por el soluto y el calorímetro so despreciables frete al calor gaado por el agua Q D = - m (agua) c e (agua) Δt = 5 g 4,18 J/(g ºC) 2 ºC = J Δ H D = 4 13 [J ],2[mol ] = 2 14 J / mol Aálisis: Si al echar 12 g de sal e agua la temperatura subiera 2 ºC habría que sospechar que la substa - cia o era NaCl o había que tirar el termómetro, porque la disolució de sal e agua o desprede calor. 8. Se quiere determiar la ΔH del proceso de disolució de u compuesto ióico AB. Idique el procedimieto a seguir y el material a utilizar. Si al disolver,2 moles de dicha sustacia e 5 cm 3 de agua se produce u icremeto de temperatura de 2 C. Cuál será el valor de ΔH, e J/mol, para dicho proceso de disolució? Datos: C e(disolució) = C e(agua) = 4,18 J/g C desidad del agua = 1 g/cm 3 y masa de disolució = masa del agua. (P.A.U. Ju. 2 y Set. 7) Rta.: ΔH d = J/mol E ua probeta de 5 cm 3, se mide 5 cm 3 de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. E ua balaza graataria, se tara u vidrio de reloj, y, co u varilla, se echa la masa del compuesto ióico AB que correspode a los,2 moles. Se echa el sólido ióico e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido e la disolució) + Q D (gaado por la disolució) + Q C (gaado por el calorímetro) = El calor Q D gaado por la disolució es aproximadamete igual al gaado por el agua: Q D = m(agua) c e (agua) Δt = 5 g 4,18 J/g C 2 C = 4,2 1 3 J El calor Q C gaado por el calorímetro se supoe despreciable Q (cedido e la disolució) = 4,2 1 3 J H d = 4,2 13 [ J],2mol AB = 2 14 J / mol AB 9. Idique, co u ejemplo, cómo determiaría e el laboratorio el calor de eutralizació de u ácido fuerte co ua base fuerte, haciedo referecia al pricipio, material, procedimieto y cálculos. (P.A.U. Ju. 5) Pricipio: Coservació de la eergía Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, y Q (cedido e la eutralizació) + Q D (gaado por la disolució) + Q C (gaado por el calorímetro) =

22 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 22 Material: Calorímetro de 25 cm 3 Probeta de 1 cm 3 Termómetro Agitador Reactivos: HCl 1, mol/dm 3 NaOH 1, mol/dm 3 Procedimieto: E ua probeta de 1 cm 3, se mide 1 cm 3 de disolució de HCl de cocetració 1, mol/dm 3 y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. t 1 =16,8 C. Se lava la probeta y se mide 1 cm 3 de disolució de NaOH de cocetració 1, mol/dm 3. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolució de HCl ya que está ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolució de hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. t 2 = 23,3 C Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: Haciedo las aproximacioes: Los calores específicos de todas las disolucioes es el mismo que el del agua. c = 4,18 J g 1 ( C) 1 Las desidades de las disolucioes so iguales a la del agua. d = 1, g/cm 3 El calor Q C gaado por el calorímetro es despreciable. Q C = La masa de cada disolució se calcula: El calor Q D gaado por la disolució es: m(disolució) = V(disolució) ρ = 2 cm 3 1, g/cm 3 = 2 g Q D = m(disolució) c e (disolució) Δt = (2) g 4,18 J g 1 ( C) 1 (23,3 16,8) C = 5,4 1 3 J Q (cedido e la eutralizació) + Q D (gaado por la disolució) + Q C (gaado por el calorímetro) = Q (cedido e la eutralizació) = 5,4 1 3 J E la reacció: que se puede escribir e forma ióica: reaccioa: co Por lo que la etalpía de reacció es: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) H + (aq) + OH (aq) H 2 O (l) (HCl) =,1 dm 3 1, mol HCl / dm 3 =,1 mol HCl (NaOH) =,1 dm 3 1, mol HCl / dm 3 =,1 mol NaOH H = 5,4 13 [J ] = 54 kj / mol,1 [mol ] (El resultado es aproximado al tabulado de 57,9 kj/mol, debido a las aproximacioes realizadas)

23 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA Se dispoe e el laboratorio de las siguietes disolucioes acuosas: 1 cm 3, de HCl de cocetració,1 mol/dm 3 y 1 cm 3 de NaOH de cocetració,1 mol/dm 3. a) Describa el procedimieto y material que emplearía para medir el calor de eutralizació al mezclar las dos disolucioes. b) Calcule el calor molar de eutralizació si e la reacció se libera 55 J. (P.A.U. Ju. 1, Ju. 9) Rta.: ΔH = -55 kj/mol Material: Calorímetro de 25 cm 3 : recipiete aislado (como u termo) Probeta de 1 cm 3. Tubo cilídrico graduado co base de apoyo. Termómetro Agitador. Varilla de vidrio. Procedimieto: E ua probeta de 1 cm 3, se mide 1 cm 3 de disolució de HCl de cocetració,1 mol/dm 3 y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. Se lava la probeta y se mide 1 cm 3 de disolució de NaOH de cocetració,1 mol/dm 3. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolució de HCl ya que está ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolució de hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: Usado el dato: Q (cedido e la eutralizació) = 55 J E la reacció: HCl (aq) + NaOH (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) que se puede escribir e forma ióica: H + (aq) + OH (aq) H 2 O (l) reaccioa: (HCl) =,1 dm 3,1 mol HCl / dm 3 =,1 mol HCl co (NaOH) =,1 dm 3,1 mol HCl / dm 3 =,1 mol NaOH No hay reactivo limitate, por lo que la etalpía de la reacció es: H 55[ J] =,1[ mol] 1 kj = 55 kj / mol 1 3 J 11. Cómo determiarías e el laboratorio el calor de eutralizació de u ácido fuerte co ua base fuerte? Explícalo co u ejemplo. (P.A.U. Set. 99) Véase la cuestió de Juio 5

24 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA E el laboratorio dispoemos de hidróxido sódico (sólido e letejas) y de 1 cm 3 de disolució de ácido clorhídrico de cocetració,1 mol/dm 3. Queremos determiar el calor de eutralizació etre disolucioes de hidróxido sódico de cocetració,1 mol/dm 3 y de ácido clorhídrico de cocetració,1 mol/dm 3. Idique, describiedo el material utilizado e cada caso: a) El procedimieto a seguir para la preparació de la disolució de hidróxido sódico de cocetració,1 mol/dm 3. b) El procedimieto a seguir para calcular el calor de eutralizació. c) Si e la reacció se libera 55 J, qué valor asigaría al calor de eutralizació etre las dos especies? (P.A.U. Set. 1 y Set. 98) Rta.: ΔH (eutralizació) = 55 kj/mol Véase la cuestió de Juio 5

25 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 25 Ídice de coteido TERMOQUÍMICA...1 PROBLEMAS...1 TERMOQUÍMICA...1 ESPONTANEIDAD...14 CUESTIONES...16 TERMOQUÍMICA...16 ESPONTANEIDAD...16 LABORATORIO...18 Cuestioes y problemas de las Pruebas de Acceso a la Uiversidad (P.A.U.) e Galicia. Respuestas y composició de Alfoso J. Barbadillo Mará, alfbar@bigfoot.com, I.E.S. Elviña, La Coruña Alguas ecuacioes y las fórmulas orgáicas se costruyero co las macros de la extesió CLC9 de Charles Lalae-Cassou. La traducció al/desde el gallego se realizó co la ayuda de traducidote, de Óscar Hermida López.