TEMA 3. TERMODINÁMICA

Transcripción

1 A. Entalpía de una reacción TEMA 3. TERMODINÁMICA 1. La reacción de descomposición del óxido de cobre(ii) sólido origina cobre metal y oxígeno molecular. La entalpia estándar del proceso es de 155,2 kj por mol de óxido de cobre(ii), a 25ºC. Calcule el calor absorbido o cedido (especifíquelo) cuando se forman 50 gramos de óxido de cobre (II), a partir de los elementos en estado estándar, a 25 0 C. Datos: Masa atómicas: Cu 63,5; O = 16 (Sol.: -97,8 kj (calor desprendido) 2. Cuando 5,00 gramos de potasio reaccionan con un exceso de cloro gaseoso, en condiciones estándar, se obtiene cloruro de potasio sólido, y se desprenden 55,9 kj de energía en forma de calor. Calcular la entalpía estándar de formación del cloruro potásico expresada en kj/mol, sabiendo la reacción de formación del cloruro potásico. 3. Escribe la reacción de formación del amoniaco. La entalpía de dicha reacción (entalpía de formación del amoniaco) es -46,2 kj/mol. Calcule el calor de reacción cuando se forman 3 litros de amoniaco, medidos en condiciones normales Datos: R = 0,082 atm. l/kmol. Masas atómicas: N = 14; H = 1. (Sol.: -6,2 kj) 4. Se puede obtener oxigeno en el laboratorio mediante la descomposición del clorato potásico sólido para dar cloruro potásico sólido y oxígeno gas. Sabiendo que la variación de entalpia del proceso es de -22,2 kj por mol de clorato descompuesto, calcule el calor desprendido o absorbido al obtener 11,2 litros de oxigeno, medidos a 0 0 C y 1 atm., a partir de la correspondiente cantidad de clorato potásico (escriba la reacción ajustada). (Sol.: -7,4kJ) 5. Escribir las ecuaciones termoquímicas correspondientes a los siguientes procesos experimentales llevados a cabo en condiciones estándar y calcula la entalpías de las misma expresadas en kj/mol a) La descomposición térmica de 1 kg de carbonato cálcico, para dar óxido de calcio y CO 2, requiere 1781 kj (Sol: 178,1 KJ) b) El acetileno (etino), C 2 H 2 (g), se quema en una reacción muy exotérmica que desprende 50,16 kj por cada gramo de C 2 H 2 quemado. (Sol: -1304,16 KJ) c) El azufre elemental reacciona con el oxígeno para dar dióxido de azufre, liberándose 4,6 kj por cada gramo de SO 2 obtenido. (Sol: -294,4 KJ) 6. La ecuación para la formación de agua (g) es: Hidrógeno molecular (g) + ½ oxígeno molecular (g) = agua (g); H=-241,84 kj/mol Calcule el calor que se desprenderá al reaccionar 1 g de hidrógeno. (Sol.: -120,92 kj) 1

2 B. Energía interna 7. La entalpía de combustión del propano gas es -2219,8 KJ/mol de propano quemado. Sabiendo que se obtienen como productos dióxido de carbono gas y agua líquida. Calcula el valor de la energía interna asociada al proceso. DATOS: R = 8,31 J mol -1 K -1 (Sol ,4KJ/mol) 8. En la combustión de una muestra de 7 g de tolueno líquido a presión atmosférica y 25ºC se desprenden 300 KJ. Calcula el valor de la energía interna, expresada en KJ/mol. Reacción: C 6 H 5 CH 3(l) + 9 O 2(g) 7 CO 2(g) + 4 H 2 O(l) (Sol : KJ/mol) C. Calculo de la entalpía de una reacción C.1 Ley de Hess 9. Calcule el calor de formación del eteno, a partir de los valores de las entalpias de combustión siguientes, y comente brevemente el significado del signo de la entalpia calculada: Datos: Entalpías de combustión estándares (en kj/mol): H 0 (eteno) = -1409; H 0 (carbono) = -394; H 0 (hidrógeno) = -286 (Sol.: 49 kj/mol) 10. Calcule el calor de formación del acetileno (etino), conocidos los calores de formación del H 2 0(l) y del C0 2 (g) -285,8 kjj/mol y -393,13 kj/mol respectivamente, así como el calor de combustión del acetileno kj/mol. (Sol.: 227,94 kj/mol)

3 C.2 Función de estado 13. El manganeso metal puede obtenerse por reacción en estado sólido del óxido de manganeso (IV) con aluminio: aluminio + óxido de manganeso(iv) óxido de aluminio(iii) + manganeso Calcule el calor de reacción, referido a un mol de manganeso formado, sabiendo que el calor de formación del óxido de aluminio es kj/mol y el del óxido de manganeso (IV) es -521 kj/mol. (Sol.: -596,3 kj/mol de manganeso formado) 14. La urea, H 2 N-CO-NH 2, es una sustancia soluble en agua que sintetizan muchos organismos vivos para eliminar el exceso de nitrógeno. La formación de urea se realiza habitualmente por reacción del amoniaco con dióxido de carbono, produciéndose agua líquida además de urea. Calcular la entalpía de reacción de dicha reacción, a partir de los siguientes datos: entalpía de formación del amoníaco = -46,1 kj/mol; entalpía de formación de la urea = -333,2 kj/mol; entalpía de formación del dióxido de carbono = -393,5 kj/mol; entalpía de formación del agua = -285,8 kj/mol. 15. El carbonato cálcico (sólido) se descompone en óxido de calcio (sólido) y dióxido de carbono (gas). Sabiendo que los calores de formación del carbonato de calcio (sólido), óxido de calcio (sólido) y dióxido de carbono (gas) son 1207KJ/mol, -635 kj/mol y -394 kj/mol respectivamente, calcula: a) El calor de la reacción de descomposición del carbonato de calcio, indicando si el proceso será exotérmico o endotérmico. b) El volumen de dióxido de carbono que se formaría a 32 0 C y 2 atmósferas de presión, a partir de 36 gramos de carbonato cálcico. DATOS: Masas atómicas: Ca=40; 0=16; C=12; R=0,082 atm l/k.mol (Sol.: a) 178 kj ENDOTÉRMICA b) 4,5 litros 16. Calcule el calor de combustión del butano, sabiendo que los calores de formación del dióxido de carbono, agua y butano son, respectivamente, -393, -242 y -125 kj/mol. (Sol.: kj/mol) 17. La descomposición térmica del clorato de potasio origina cloruro de potasio y oxígeno. Después de ajustar la reacción calcule la energía calorífica desprendida cuando se obtienen en el laboratorio 50 litros de oxígeno, medidos a 25ºC y una atmósfera de presión. DATOS: Hº f KCl(s)=-436,5 KJ/mol; Hº f KClO 3 =-413,7 KJ/mol (Sol: -31,1 KJ) C.3 Energías de enlace 18. Utilizando los datos de las energías (entalpías) de enlace de la tabla de la página 7, calcula la entalpía de formación del amoniaco. (Sol: 42,6 KJ/mol (se desprenden). 19. Utilizando los datos de las energías (entalpías) de enlace de la tabla de la página 7, calcula la entalpía de la reacción de hidrogenación del eteno. (Sol: 131 KJ/mol (se desprenden). 20. En la reacción H 2 (g) + F (g) HF + H AH<0 Qué enlace es más fuerte, H-H o el H-F? 3

4 21. Considere la reacción de hidrogenación del propino: a) Calcule la entalpía de la reacción, a partir de las entalpías medias de enlace. b) Determine la cantidad de energía que habrá que proporcionar a 100 g de hidrógeno molecular para disociarlo completamente en sus átomos. Datos: Entalpías de enlace en kj/mol: (C C) = 347; (C C) = 830; (C H) = 415; (H H) = 436 Masa atómica: H = 1. C.4 Recapitulación 22. La entalpía de combustión de un compuesto orgánico, de fórmula C 6 H , es kj/mol. Sabiendo que la entalpía estándar de formación del C0 2 es -394 kj/mol y la del agua es 242 KJ/mol, calcule la entalpía de formación de dicho compuesto. (Sol Hº f = kj/mol) 23. Calcule: a. La entalpía de formación estándar del etanol (alcohol etílico). (Sol 274KJ/mol) b. Qué cantidad de energía se desprenderá o absorberá (indíquelo) en la combustión de 48 g de etanol. (Sol: -1429,5 KJ) DATOS: Entalpías de formación estándar (KJ/mol): Dióxido de carbono= -393 ; Agua =-286 Entalpía de combustión del etanol (Kj/mol) =-1370 Masas atómicas C=12; O=16; H=

5 D. Entropía y energía libre de la reacción 29. Indica de forma razonada de forma cualitativa el signo de la entropía para los siguientes apartados: a. Congelación del agua b. Condensación de amoniaco gaseoso c. 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O (g) d. Descomposición del carbonato de calcio 30. Calcula, a partir de los datos necesarios, la variación de entropía de las siguientes reacciones. Interpreta los resultados obtenidos a) Formación del agua líquida. (Sol: -163,3 J/mol. K) b) Descomposición del amoniaco gaseoso. (Sol: 199 J/K) c) Combustión del etanol (Sol: -137,9 J/mol.K) DATOS: Sº H 2 (g) = 130,7 J/mol. K; Sº O 2 (g) =204,8 J/mol. K Sº H 2 O (l) = 69,8 J/mol. K Sº N 2 (g)= 191,5 J/mol. K Sº NH 3 (g)= 192,3 J/mol. K Sº CO 2 (g)= 213,8 J/mol. K Sº C 2 H 6 O (l)= 160,5 J/mol. K 5

6 31. Para la reacción de combustión de monóxido de carbono indique si es o no un proceso espontáneo. 32. H f º kj/mol S º J/mol. K CO (g) -110,5 197,9 CO 2 (g) -393,5 213,6 O 2 (g) 0 205,