RESOLUCIÓN DE CUESTIONES

Transcripción

1 ESOLUCIÓN DE CUESTIONES Cuestión 1 Indique, raznadamente, si cada una de las siguientes prpsicines, relativas a la variación de energía libre de Gibbs, ΔG, es verdadera alsa: a) Puede ser psitiva negativa, per nunca puede ser cer. a) Es independiente de la temperatura. c) Cuand ΔG es negativ, la reacción es espntánea. Slución a) Fals. ΔG=-TΔS, es decir ΔG cnsta de la suma de ds términs, un que es la variación de entalpía () y tr, el términ entrópic (-TΔS), que está reerid a la variación rden-desrden de la reacción. Lueg la suma de ests ds términs puede ser psitiva (reacción n espntánea de izquierda a derecha), negativa (reacción espntánea de izquierda a derecha) y cer cuand la reacción se encuentra en equilibri termdinámic. b) Fals. Cm se puede bservar el términ entrópic (-TΔS) es directamente prprcinal a la temperatura, lueg ΔG depende de la temperatura. c) Verdader. Si ΔG es negativ quiere decir que ls reactivs tienden a pasar a prducts espntáneamente cediend energía (de ahí el sign negativ de ΔG) y adquiriend el sistema un estad de menr energía y pr l tant más estable. Cuestión Explique cóm variará cn la temperatura la espntaneidad de una reacción química en la que º< y ΔSº<, supniend que ambas magnitudes permanecen cnstantes cn la variación de temperatura. Slución a) ΔGº=º-TΔSº. Para temperaturas bajas el términ entrópic (-TΔSº) es mayr que cer (tiene un valr psitiv) y menr en valr abslut al termin entálpic (º). Decims que el términ entálpic predmina sbre el términ entrópic. Lueg ΔG=-TΔSº< y la reacción es espntánea.

2 b) Para altas temperaturas el términ entrópic es psitiv y mayr en valr abslut que el términ entálpic que es negativ. Lueg el términ entrópic predmina sbre el términ entálpic y ΔG=-TΔS> y la reacción es n espntánea. Cuestión 3 indique raznand la respuesta, si sn verdaderas alsas las siguientes prpsicines: a) La energía libre depende de la temperatura. b) N basta que una reacción sea extérmica para que sea espntánea. c) En una reacción química la variación de entrpía es siempre psitiva. Slución a) Verdader. ΔG=-TΔS, cm vems ΔG depende del términ entrópic (-TΔS) y este depende de la temperatura. b) Verdader. Puede currir que el términ entálpic sea negativ y el términ entrópic sea psitiv y mayr en valr abslut que, cn l cual predmina el términ entrópic sbre el términ entálpic, y ΔG será psitiv y pr l tant la reacción es n espntánea. c) La entrpía es una medida del desrden del sistema, y esta puede aumentar disminuir, es decir ΔS puede ser psitiva negativa, si cnsiderams un sistema cerrad abiert. Si cnsiderams un sistema aislad, es decir si cnsiderams el reactr y el medi ambiente que l rdea (un ejempl es el univers), según enuncia el Segund Principi de la Termdinámica, la entrpía ttal siempre aumenta en un prces irreversible y permanece cnstante en un prces reversible. Cuestión 4 Dads ls prcess: N (g) + 3H (g) NH 3(g) < HO(l) HO(g) > a) Indique de rma raznada, cóm será el sign de ΔS en cada reacción. b) Analice la espntaneidad de ambs prcess. Slución a) La entrpía es una medida del desrden del sistema, y esta puede aumentar disminuir. En general una reacción que rigina un aument en el númer de m-

3 les de gas va siempre acmpañada de un aument de la entrpía y en este cas (reacción 1ª) disminuye el númer de mles gasess que pasan de cuatr a ds, lueg la entrpía disminuye. El sign es negativ. En cuant a la segunda reacción, el desrden y pr l tant la entrpía aumenta al aumentar el mvimient caótic de las mléculas de agua al pasar de líquid a vapr de agua. La entrpía aumenta y el sign es psitiv. b) ΔG=-TΔS, a bajas temperaturas puest que el términ entálpic () es negativ y predminará sbre el términ entrópic (-TΔS) que es psitiv, ΔG es negativ y la reacción es espntánea. En cambi a altas temperaturas es el términ entrópic el que predminará sbre el términ entálpic y ΔG es psitiv lueg la reacción es n espntánea. En la segunda reacción, a bajas temperaturas predminará el términ entálpic () que es psitiv, sbre el términ entrópic (-TΔS) que es negativ y ΔG es psitiv, lueg la reacción es n espntánea. A altas temperaturas curre al cntrari, es el términ entálpic el que predminará sbre términ entrópic y ΔG es negativ y la reacción es espntánea. Cuestión 5 Justiique la veracidad alsedad de las siguientes airmacines: a) Algunas reaccines extérmicas sn espntáneas. b) En ciertas reaccines químicas, la variación de entalpía cincide cn la variación de energía interna. c) La variación de entrpía de una reacción espntánea puede ser negativa. Slución a) Verdader, se cumple para tdas aquellas en que el términ entálpic () que es negativ predmine sbre el términ entrópic (-TΔS), ambs términs sean negativs. ecrdems que una reacción es espntánea cuand ΔG=- TΔS<. Aquellas reaccines extérmicas en las que el términ entrópic sea psitiv y predmine sbre el términ entálpic, ΔG=-TΔS> y n serán espntáneas. b) Verdader. Se cumple cuand el trabaj termdinámic es cer; est sucede cuand n hay variación en el númer de mles gasess entre ls reactivs y prducts. =ΔU+pΔV=ΔU+Δn T cuand Δn=, n hay variación en el númer de mles gasess entre reactivs y prducts, =ΔU. c) Verdader, pues la reacción es espntánea cuand ΔG<, indistintamente del valr de la variación de entrpía ΔS. Un ejempl l tenems en la slidiicación

4 del agua líquida a bajas temperaturas (pr ejempl 5ºC), pues disminuye el desrden (ΔS<) y el términ entálpic (>), predmina sbre el términ entrópic (-TΔS<) y la reacción es espntánea: ΔG=-TΔS<. Cuestión 6 Dada la reacción: CH 6(g) + 7O (g) 4CO (g) + 6HO(l). azne: a) Si a una misma temperatura, el calr desprendid a vlumen cnstante es mayr, menr igual que el desprendid si la reacción tuviera a presión cnstante. b) Si la entrpía en la reacción anterir aumenta disminuye. Slución a) La relación entre el calr a presión cnstante () y el calr a vlumen cnstante (ΔU) es: =ΔU+pΔV=ΔU+ΔnT, siend Δn la variación en el númer de mles gasess de la reacción. En este cas Δn=-5, lueg el trabaj termdinámic (ΔnT) es una cantidad negativa, al igual que y ΔU. Lueg el calr desprendid a presión cnstante () será mayr (en valr abslut) que el calr desprendid a vlumen cnstante. b) Según explicams antes, la entrpía disminuye cuand se rigina una disminución de ls mles de gas en la reacción. En este cas en ls reactivs hay 9 mles y en ls prducts sól 4 mles lueg la entrpía disminuirá. Cuestión 7 Indique raznadamente si las siguientes airmacines sn verdaderas alsas: a) Tda reacción química extérmica es espntánea. b) En tda reacción química espntánea, la variación de entrpía es psitiva. c) En el cambi de estad HO(l) HO(g) se prduce un aument de entrpía. Slución a) Fals. Para que una reacción sea espntánea la variación de energía libre (ΔG) debe ser menr que cer. ΔG=-TΔS, cuand el términ entrópic (-TΔS) es psitiv y mayr en valr abslut que el términ entálpic () la reacción es n espntánea. Un ejempl de reacción extérmica n espntánea l tenems en la slidiicación del agua (reacción extérmica) a 5 ºC. b) Fals. Cm hems dich antes la entrpía es una magnitud termdinámica que ns mide el estad de desrden del sistema, y puede aumentar disminuir.

5 Un ejempl de reacción espntánea en la que la entrpía disminuye es la cndensación del vapr de agua a 5 ºC. c) Verdader. Según hems estudiad antes la entrpía aumenta (al igual que el desrden) cuand en la reacción se rigina un aument del númer de mles gas, cm es en este cas. Cuestión 8 Dada la reacción: CO(g) + NO (g) CO (g) + NO(g). a) Dibuje el diagrama de entalpía teniend en cuenta que las energías de activación para la reacción directa e inversa sn 134 kj/ml y 36 kj/ml. b) Justiique si la reacción directa es extérmica endtérmica. Slución a) H CO + NO Ea Ea CO + NO crdenada de reacción b) Puest que el cntenid energétic de ls prducts es mayr que el de ls reactivs la reacción es extérmica. La entalpía de la reacción sería la dierencia entre la energía de activación del prces direct mens la energía de activación del prces invers. )H = 134kJ 36kJ = -6kJ Cuestión 9 En una reacción en la que < y ΔS<, se cnsidera que ambas uncines termdinámicas permanecen cnstantes al cambiar la temperatura. azne, en unción de la temperatura, cuánd esta reacción:

6 a) Estará en equilibri. b) Será espntánea. Slución a) Una reacción se encuentra en equilibri termdinámic cuand ΔG = TΔS =, y est sucede cuand el términ entrópic (-TΔS) iguale en valr abslut y sign cntrari al términ entálpic (), est sucede en este cas a una cierta temperatura tal que T = ΔS. b) Una reacción es espntánea cuand ΔG = TΔ S < y est sucede cuand el términ entálpic () que es negativ, es mayr en valr abslut que el términ entrópic (-TΔSº) que es psitiv. Cuestión 1 Dada reacción: N + 1 O(g) N (g) O (g) Δ H = 43 KJ Δ S = 8 J/K. a) Justiique el sign psitiv de la variación entrpía. b) Si se supne que esas uncines termdinámicas n cambian cn la temperatura será espntánea la reacción a 7 ºC? Slución a) El desrden y pr l tant la entrpía en una reacción, aumenta cuand se rigina un aument de mles de gas. En este cas en ls prducts hay 1,5 mles y en ls reactivs sl un ml. Lueg la entrpía aumenta y el sign de ΔS es psitiv. b) Una reacción es espntánea cuand ΔG=-TΔS< y en este cas vale: ΔG=-TΔS=43kJ (73+7)K 8J/K 1 kj =19kJ>, lueg la reacción es n espntánea. 1J Cuestión 11 a) azne si cuand un sistema gases se expansina disminuye su energía interna. b) Justiique cóm varía la entrpía en la reacción: KClO 4(s) KClO 3(s) + O (g)

7 Slución a) Según el primer principi: ΔU=Q-W=Q-pΔV, y puest que ΔV=V inal V inicia >, el términ -pδv<, lueg el sistema disminuye su energía interna. b) Al aumentar el númer de mles de gas que se riginan en la reacción aumenta el desrden y pr l tant la entrpía (de ningún ml en estad gases se pasa a un ml). Cuestión 1 azne la certeza alsedad de las siguientes airmacines, en relación cn un prces extérmic: a) La entalpía de ls reactivs es siempre menr que la de ls prducts. b) El prces siempre será espntáne. Slución a) Fals. Puest que la entalpía de reacción es la dierencia entre la entalpía de ls prducts y la entalpía de ls reactivs y el enunciad indica que la reacción es extérmica, es decir tiene sign negativ, ell indica que la entalpía de ls reactivs debe ser mayr que la entalpía de ls prducts. b) Fals. Para que una reacción sea espntánea la variación de energía libre (ΔG) debe ser menr que cer. ΔG=-TΔS, cuand el términ entrópic (-TΔS) es psitiv y mayr en valr abslut que el términ entálpic () la reacción es n espntánea. Un ejempl de reacción extérmica n espntánea l tenems en la slidiicación del agua (reacción extérmica) a 5 ºC. Cuestión 13 Indique, raznadamente, cóm variará la entrpía en ls siguientes prcess: a) Dislución de nitrat de ptasi, KNO 3, en agua. b) Slidiicación del agua. c) Síntesis del amniac: N (g) + 3H (g) NH 3(g) Slución a) Al dislverse una sal en agua ls ines pasan de un estad de rdenación cristalina a un desrden ttal en el sen de la dislución, pr l tant la entrpía aumentará.

8 b) En la slidiicación de agua las mléculas de líquid pasan de un estad de vibración alt y cn pequeñas uerzas intermleculares a un estad de vibración bastante inerir y cn unas uerzas intermleculares much más uertes, cn l cual se prduce una rdenación cristalina de dichas mléculas de agua. Esta rdenación hace que el desrden disminuya y la entrpía también. c) En la síntesis del amniac hay una reducción de las mléculas que hay en estad de gas (de cuatr pasan a ds), pr l tant esta agrupación disminuye el desrden y también la entrpía. Cuestión 14 a) Dibuje el diagrama entálpic de la reacción: CH =CH + H CH 3 CH 3 sabiend que la reacción directa es extérmica y muy lenta, a presión atmsérica y temperatura ambiente. b) Cóm se mdiica el diagrama entálpic de la reacción anterir pr eect de un catalizadr psitiv? c) Justiique si la reacción inversa sería endtérmica extérmica. Slución a) H reacción sin catalizar E a reacción catalizada CH=CH + H E a CH-CH 3 3 crdenada de reacción b) Cm se puede apreciar en la igura el catalizadr psitiv crea un nuev camin de reacción dnde la energía de activación es much menr (E a), cn l que la velcidad de reacción aumenta ntablemente. c).puest que la reacción directa es extérmica (se cede calr al pasar de reactivs a prducts) la reacción inversa será endtérmica (es necesari aplicar calr

9 para prducirla), y el calr que es necesari aplicar será el mism que el de la reacción directa. Cuestión 15 Justiique si es psible que: a. Una reacción endtérmica sea espntánea. b. Ls calres de reacción a vlumen cnstante y a presión cnstante sean iguales en algún prces químic. Slución a) Pr supuest que si. Según hems dich ΔG=-TΔS, cnsta de ds términs el términ entálpic (), y el términ entrópic (-TΔS). Aunque el términ entálpic () sea psitiv si el términ entrópic (-TΔS) es negativ y mayr en valr abslut que el términ entálpic la suma de ls ds términs será menr que cer que es la cndición para que una reacción sea espntánea. Un ejempl de una reacción endtérmica espntánea es la disciación del hidrógen a altas temperaturas cm curre en el Sl. b) Verdader. Se cumple cuand el trabaj termdinámic es cer; est sucede cuand n hay variación en el númer de mles gasess entre ls reactivs y prducts. = ΔU + pδv = ΔU + ΔnT; cuand Δn=, n hay variación en el númer de mles gasess entre reactivs y prducts, =ΔU.

10 ESOLUCIÓN DE POBLEMAS Prblema 1 Calcule la variación de entalpía estándar de la reacción de hidrgenación del acetilen (C H ) para rmar etan: a) A partir de las energías medías de enlace: (C-H)=414 kj/ml; (H-H)=436 kj/ml; (C C)=347 kj/ml; (C C)=837 kj/ml. b) A partir de las entalpías estándar de rmación del etan, Δ H(CH) = 85 kj/ml; y del acetilen, Δ H(CH) = 7 kj/ml. Slución 6 a) Escribims la ecuación de hidrgenación del acetilen cn rmación de etan: CH CH + H CH 3 -CH 3 y aplicams la ecuación: = Σ energía enlaces rts- Σ energía enlaces rmads Enlaces rts Enlaces rmads 1(C C) 1(C-C) (C-H) 6(C-H) (H_H) = (C C) + (C H) + (H-H)-6 (C-H)- (C-C)= (C C) + H(H Δ H) (C C) 4 H(C Δ H) Δ H = ( 436) 4 ( 414) 347 = 94 kj/ml b) Según la deinición de entalpía de reacción: = = (prducts) (reactivs) (CH-CH) 3 3 (CH CH)- (H ) = 85 7 ( ) = 31 kj/ml Prblema A partir de ls dats suministrads, calcule la variación de la entalpía estándar de la reacción de rmación del prpan. Dats de energías medias de enlace en kj/ml: (C H)=414; (C C)=347; (H H)=436. Dat de Entalpía de sublimación: C(s) C(g), Δ H = 71 kj/ml. Slución 1

11 Escribims la ecuación de rmación del prpan: 3C(s) + 4H C 3 H 8 (g). La entalpía de rmación del prpan se puede calcular a partir de la entalpía de reacción y a partir de las entalpías de enlace A partir de la entalpía de la reacción: = (prducts) (reactivs) = (C H ) 4 (H )-3 (C) = (C H ) A partir de las energías de enlace: Δ = Δ + Δ Δ Δ H 3 H (sublimación de C) 4 H (H-H)-8 H (C-H)- H (C-C) = =- 16 kj/ml Igualand ambas expresines: (CH) = = 16 kj/ ml Slución = 71 kj/ml () H H = 436 kj/ml También puede reslverse el ejercici aplicand la ley de Hess, rmand la ecuación prblema cm suma de las reaccines que ns dan. La ecuación prblema es: 3C(s) + 4H C 3 H 8 (g) y las ecuacines termquímicas crrespndientes a ls dats sn: (1) C(s) C(g) y además se puede btener la energía de disciación del prpan en sus átms cnstituyentes: (3) C 3 H 8 (g) 3C(g) + 8H(g) = Σ energía enlaces rts- Σ energía enlaces rmads = 8 (C-H) + Δ H (C-C) = 8 ( 414) + ( 347) = 46 kj/ml la ecuación prblema se puede btener cm: 3(1) (3)+ 4(). Eectivamente: 3C(s) 3C(g) 3C(g) + 8 H(g) C 3 H 8 (g) = 3 ( 71) kj/ml = 46 kj/ ml 4H 8H = 4 ( 436) kj/ml 3C(s) + 4H C 3 H 8 (g) = 3 ( 71) ( 436) = 16 kj/ml

12 Prblema 3 a) Calcule la variación de entalpía que se prduce en la reacción de cmbustión del butan en cndicines estándar, enunciand ls principis teórics leyes en ls que se basa. b) Qué cantidad de calr se desprenderá en la cmbustión cmpleta de ls 1 kg de butan que cntiene una bmbna? Δ H CO (g) = 393 kj/ml; Dats: Entalpías estándar de rmación: [ ] Δ H [ H O(l) ] = 86 kj/ml ; Δ [ ] = 15 H C4O 1(g) kj/ml. Masas atómicas: H=1; C=1; O= 16. Slución a) Se escribe la ecuación de cmbustión ajustada 13 C 4 H 1 (g) + O (g) 4CO (g) + 5H O(l) Teniend en cuenta que la entalpía es una unción de estad, est es, sól depende del estad inicial y inal del sistema y n del camin pr el que transcurre la reacción: = = 4 ( CO ) + 5 (H O)- (C H ) (prducts) (reactivs) 4 1 = = 877 l ( ) ( ) ( ) kj/m b) Calculams en primer lugar númer de mles cntenids en 1 kg de butan: n= g/m m = 1.g/58 g/ml = 6 9 mles Así pues, el calr desprendid en la cmbustión de ests mles de butan será: Q= 6 9 mles (- 877 kj/ml) = kj. Prblema 4 A partir de ls dats tabulads crrespndientes a energías de enlace: Enlace Energía de enlace (kj/ml) H-H 436 O=O 498 O-H 464 a) Calcule la entalpía de rmación del agua en estad gases.

13 b) Cmpare el resultad btenid pr este métd cn el calculad a partir de sus elements (-47 kj/ml), aprtand una psible explicación de discrepancia, si la hubiera. Slución a) Escribims la ecuación de rmación del agua en estad gases: H (g) + 1 O (g) H O(g) Aplicams la ley de Hess describiend la reacción prblema cm suma de varias reaccines que ns indican en ls dats: (1) H (g) H(g) = 436 kj/ml () O (g) O(g) = 498 kj/ml (3 H O(g) H(g) + O(g) = (H-O) = ( 464) = 98 kj/ml La reacción prblema es la suma de (1) + 1 () - (3) (1) H (g) H(g) = 436 kj/ml () ½O (g) O(g) = 498/ kj/ml = 49 kj/ml (3) H(g) + O(g) H O(g) = 98 kj/ ml 1 H (g) + O (g) H O(g) = = 43 kj/ ml b) Cm se puede bservar el resultad n diiere much del dad en el enunciad (-47 kj), aunque es más iable éste últim, ya que ls dats empleads en la reacción (3) sn entalpías medias de enlace entre el átm de xígen y el átm de hidrógen en distintas sustancias en las cuales existe dich enlace y n cinciden exactamente cn la entalpía de enlace O-H de la mlécula de agua. Prblema 5 En un calrímetr adecuad a 5º C y 1 atm de presión, se queman cmpletamente 5 cm 3 de etanl (C H 5 OH) prduciéndse dióxid de carbn gases y agua líquida. El calr desprendid a presión cnstante, es kj. Calcule: a).la variación de entalpía de cmbustión estándar del etanl. b).la variación de energía interna a la temperatura de 5º C. Dats: Densidad del etanl= 79 g/cm 3 ; =8 31 J K -1 ml -1. Masas atómicas: H=1;C=1; O=16.

14 Slución a) Escribims la ecuación de cmbustión del etanl: C H 5 OH(l) + 3O (g) CO (g) + 3H O(l) Para calcular el calr desprendid a presión cnstante debems averiguar primer el númer de grams de etanl y después, el númer de mles de etanl: nº de g de etanl = 5 cm 3 79 ' g = 3 95 g de etanl 3 1 cm 395 ' g nº de mles de etanl = = 86 mles 46 g/ml Sabiend que la entalpía de cmbustión es el calr desprendid para un ml, establecems una relación de prprcinalidad: 86 ' mles 1 = m l 117' 4 kj x => x = kj/ml b) La variación de energía interna está relacinada cn la variación de entalpía según la ecuación: = ΔU + Δn T siend Δn la variación en el númer de mles gasess que existe en la reacción, pr l que despejand y sustituyend: ΔU= -Δn T=-136 kj/ml - (-1). 83 ' 1J 1 kj 98 K = 1358 ' 4 kj/m l K.ml 1 J Puest que Δn = -3 = -1. Prblema 6 Calcule la energía media de ls enlaces químics C H y C C utilizand ls dats de la tabla siguiente: Sustancia Prces º (kj/ml) CH 4 (g) Frmación C H 6 (g) Frmación -85 C(s) C(g) Sublimación 715 H (g) Disciación 436 Slución

15 a) Para calcular la energía de enlace C-H, necesitams una ecuación termquímica en la que aparezca dicha energía en unción de ls dats aprtads. La ecuación buscada es la de disciación del metan en sus átms cnstituyentes: CH 4 (g) C(g) + 4H(g) = 4 ( C H) La entalpía de la reacción anterir la pdems calcular aplicand la ley de Hess, cm suma de varias reaccines que ns indican: (1) C(s) + H (g) CH 4 (g) = 74' 8 kj/ml () C(s) + 3H (g) C H 6 (g) = 85 kj/ml (3) (4) C(s) C(g) H (g) H(g) = 715 kj/ml = 436 kj/ml Eectivamente, si sumams (3) (1) +(4) btenems la ecuación prblema: (3) C(s) C(g) -(1) CH 4 (g) C(s) + H (g) = 715 kj/ml = 74' 8 kj/ml (4) H (g) 4H(g) = ( 436) kj/ml CH 4 (g) C(g) + 4H(g) = ' 8 + ( 436) = 1661' 8 kj/ml lueg: = 4 (C-H) = 1661' 8 => (C-H) = 1661' 8/ 4 = 415' 4 kj/ml b) Para calcular la energía de enlace C-C planteams la ecuación de disciación del etan en sus átms cnstituyentes: C H 6 (g) C(g) + 6H(g) = (C C) + 6 (C H) se puede calcular pr la ley de Hess cm suma de (3)+ () +3(4): (3) () 3 (4) C(s) C(g) C H 6 (g) C(s) + 3H (g) 3H (g) 6H(g) = ( 715) kj/ml = 85 kj/ml = 3 ( 436) kj/ml C H 6 (g) C(g) + 6H(g) = ( 715) ( 436) = 83 kj/ml lueg = (C C) + 6 (C H) = 83 kj/ml y despejand (C C) = ' 4 = 33, 3 kj/ml Prblema 7

16 Las variacines de entalpías estándar de rmación del CH 4 (g), CO (g) y H O(l) sn, respectivamente, kj/ml; -393 kj/ml y 85 5 kj/ml. Calcule: a) La variación de entalpía de cmbustión del metan. b) El calr prducid en la cmbustión cmpleta de 1 m 3 de metan medid en cndicines nrmales. Dat: = 8 atm L K -1 ml -1. Slución a) CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O(l) Δ H Para la reacción anterir vams a calcular la entalpía basándns en la prpiedad de la entalpía de ser una unción de estad, es decir n depende del camin seguid sin de la psición inicial y inal, pr l tant la pdems expresar cm: = = (CO) + (H O)- (CH ) (prducts) (reactivs) 4 = ( 85' 5) ( 74' 8) = 891' kj/ml b) Para este calcul tenems en cuenta que un gas en cndicines nrmales cupa un vlumen de,4 L, lueg: 3 1 L 1 ml - 891' kj Q = 1 m = kj 3 1 m ' 4 L 1 ml Prblema 8 a) Calcule la variación de entalpía de rmación del amniac, a partir de ls siguientes dats de energías de enlace: (H H)=436 kj/ml; (N H)=389 kj/ml; (N N)=946 kj/ml. b) Calcule la variación de energía interna en la rmación del amniac a la temperatura de 5ºC. Dat: =8 31 J K -1 ml -1. Slución a) Escribims la reacción de rmación del amniac: 3 1 H (g) + N (g) NH 3 (g) y a partir de ls dats se pueden btener las reaccines: (1) H (g) H(g) = 436 kj/ml () NH 3 (g) N(g) + 3H(g) = 3 ( 389) kj/ml (3) N (g) N(g) = 946 kj/ml

17 Pdems bservar que sumand 1 (3) + 3 (1) () se btiene la reacción prblema: 1 1 (3) N (g) N(g) = 946 / kj 3 3 (1) H (g) 3H(g) = 3 ( 436)/ kj -() N(g) + 3H(g) NH 3 (g) = 3 ( 389) kj 3 1 suma H (g) + N (g) NH 3 (g) = 946/ + 3 ( 436)/ 3 ( 389) = 4 kj/ml b) ΔU = - Δn T = - 4 kj/ml - (-1). 831 ' J 1 kj 98 K = - 37 ' 5 kj/m l K ml 1 J 1 3 pues Δn de la reacción prblema = = -1. Prblema 9 El amniac, a 5ºC y 1 atm, se puede xidar según la reacción: 4NH 3 (g) + 5O (g) 4NO(g) + 6H O(l) Calcule: a) La variación de entalpía. b) La variación de energía interna. Δ H NH3 g = 46' kj/ml Δ H NO(g) = ' kj/ml; Δ [ ] = Dats: =8 31 J K -1 ml -1, ( ) ; [ ] 9 4 Slución H HO(l) - 86 kj/ml a) Al igual que en el ejercici 7, calculams la variación de entalpía de la reacción. = = 4 (NO) + 6 (H O)-4 (NH ) 5 (O) (prducts) (reactivs) 3 = 4 ( 9, 4) + 6 ( 86, 4) 4 ( 46, ) 5 = 1169, 6 kj b).δu=-δnt= kj/ml - (-5ml). 831 ' J 1 kj 98 K =-1157 kj/ml. K.ml 1J pues Δn de la reacción prblema = = -5.

18 Prblema 1 a) Calcule la variación de entalpía estándar de rmación del acetilen (etin) a partir de las entalpías estándares de cmbustión (kj/ml) del hidrógen, carbn (grait) y acetilen cuys valres sn, respectivamente: -85 3; y b) Calcule el calr desprendid, a presión cnstante, cuand se quema 1 kg de acetilen Dats de Masas atómicas: H=1; C=1. Slución a) Escribims la ecuación de cmbustión del acetilen : 5 C H (g) + O (g) CO (g) + H O(l) = 198' 3 kj/ml y a partir de la relación: = = (CO) + (H O) - (C H ) (prducts) (reactivs) calculams (CH ) kj/ml=(-393 5) + (-85 3) - (C H ) y despejand (CH )= (-393 5) + (-85 3) = 6 kj/ml (CH ), b) Para calcular el calr desprendid al quemar 1 kg de acetilen establecems la relación: 6 g 1 g = => x= kj/ml 198' 3 kj x masa atómica del acetilen=6 g/ml. Prblema 11 a) Calcule la variación de entalpía estándar crrespndiente a la reacción: ZnS (s) + 3 O (g) ZnO(s) + SO (g) b) Qué calr se absrbe desprende, a presión cnstante, cuand reaccinan 1 g de ZnS(s) cn xígen en exces? Dats: Δ [ ] = 9 Δ [ ] = 348 Δ [ ] = 96 1 H ZnS(s) ' kj/ml ; H ZnO(s) ' kj/ml; H SO (g) ' kj/ml; Masas atómicas: O=16; S=3; Zn=65 4.

19 Slución a) Aplicand la prpiedad de la entalpía de reacción de ser una unción de estad: = = (ZnO) + (SO ) - (ZnS) (prducts) (reactivs) = 348' + ( 96' 1) ( ' 9) = 441' kj b) Para calcular el calr desprendid al reaccinar 1 g de ZnS, establecems la relación: 97' 4 g 1 g = => x= kj/ml 441' kj x masa atómica del ZnS = 97 4 g/ml Prblema 1 a) Calcule la variación de entalpía que se prduce cuand se btiene bencen a partir del acetilen (etin) según la reacción: 3C H (g) C 6H 6 (l), sabiend que las entalpías de rmación del acetilen gases y del bencen líquid sn 6 7 kj/ml y -49 kj/ml, respectivamente. b) Calcule el calr prducid, a presión cnstante, cuand se queman 1 g de acetilen gases sabiend que: H [ CO (g)] = 393 kj/ml Δ [ H O(l) ] = 86 kj/ml H Slución a) Aplicand la ecuación: Δ,. Dats de Masas atómicas: H=1; C=1. (C H ) H (C H ) = = (prducts) (reactivs) Δ = 49' 3 ( 6' 7) = 79' 1 kj b) Calculams en primer lugar la entalpía de cmbustión del acetilen: C H (g) + 5 O (g) CO (g) + H O(l) = = (CO )+ (H O) Δ H (C H ) (prducts) (reactivs) = ( 393' 5) + ( 86) ( 6' 7) = 198' 7 k J Para calcular el calr desprendid al quemar 1 g de acetilen establecems la relación:

20 6 g 1 g = => x= kj/ml 198' 7 kj x siend la masa mlecular del acetilen = 6 g/ml. Prblema 13 Dada la reacción: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO (g) a) Determine la cantidad de calr, a presión cnstante, que es necesari suminis- 3 kg de carbnat de calc i. b) Qué cantidad de carbnat de calci se deberá utilizar para prducir 7 kg de trar para descmpner óxid de calci si el rendimient es del 9%. Dats: Δ H [ CaCO (s)] = 19' 6 kj/ml; Δ [ CO (g)] = 393 kj/ml ; Δ Slución 3 [ ao(s) ] H C = H ' kj/ml; Masas atómicas: C=1; O=16; Ca=4. a) = (prducts) (reactivs) = (CaO) + (CO) Δ H (CaCO) 3 = 635' 1+ ( 393) ( 19' 6) = 181' 5 kj/ ml para calcular la cantidad de calr necesaria para descmpner 3 g de est a sustancia, establecems la siguiente relación: 1 g 3 g = => x=5445 kj. 181' 5 kj x b) Para calcular la cantidad de carbnat necesari para btener 7 kg = 7 g de caliza establecems la siguiente relación: 1 g CaCO3 x = 56 g CaO 7 => x =15 g de CaCO 3 masa atómica del carbnat cálcic=1 g/ml. Cm el rendimient es del 9% debems utilizar más cantidad de CaCO 3 para btener la cantidad deseada: 1 g ttales 15 g = g de CaCO3 9 g purs

21 Prblema 14 Las entalpías de rmación del agua líquida y del dióxid de carbn gas sn respectivamente, -86 kj/ml y -393 kj/ml a 5 ºC y la entalpía de cmbustión del acetilen es -199 kj/ml. a) Calcule la entalpía de rmación del acetilen si cnsiderams que el agua rmada en la cmbustión está en estad líquid. b) Sabiend que la entalpía de rmación del etan es -85 kj/ml, calcule la entalpía de hidrgenación del acetilen según la reacción: H (g) + H (g) C H (g) C 6 Slución a) A partir de la reacción de cmbustión del acetilen: 5 C H (g) + O(g) CO (g) + H O(l) Δ H = 199 KJ/ ml = Δ H = (CO ) + ( H O) Δ H (C H ) = -199 kj/ml = (-393) + (-86) - ( prducts) (reactivs) Δ H(CH) = (-393) + (-86) = 7 kj/ml (CH) b) Para calcular la entalpía de reacción de hidrgenación del acetilen tenems en cuenta que es una unción de estad: CH (g) + H (g) CH 6(g) = Δ H = H(CH) Δ H(CH) =-85-7=-31kJ/ml (prducts) (reactivs) Δ 6 Prblema 15 Un de ls aliments más cnsumid es la sacarsa C 1 H O 11. Cuand reaccina cn el xígen se transrma en dióxid de carbn y agua desprendiend kj/ml, a la presión de una atmósera. El trrente sanguíne absrbe, pr términ medi, 6 mles de O en 4 hras. Cn esta cantidad de xígen: a) Cuánts grams de sacarsa se pueden quemar al día? b) Cuánts kj se prducirán en la cmbustión? Dats de Masas atómicas: H=1; C=1; O=16. Slución a) Escribims la reacción prblema: C1HO O 1CO (g) + 11H O(l) Δ H = 348' 9 KJ/ ml

22 Puest que el trrente sanguíne absrbe 6 mles de O en 4 hras, determinams ls mles de sacarsa que se pueden quemar en ese tiemp: 1 ml sacarsa x mles sacarsa = => x= 17 mles de sacars a reaccina 1 mles O 6 mles O y, puest que 1 ml sn 34 g, tenems que la Masa sacarsa = nº de mles M m = = 741 g b) Para calcular el calr desprendid tenems en cuentan la entalpía de cmbustión: 348' 9 kj Q = ' 17 mles = - 755' 95 kj 1 ml Prblema 16 La reacción entre la hidracina (N H 4 ) y el peróxid de hidrógen (H O ) se utiliza para la prpulsión de chetes: N H 4 (l) + H O (l) N (g) + 4H O(l) = -71 kj Las entalpías de rmación de H O (l) y del H O(l) sn y -86 kj/ml, resde mercuri, se prduci- pectivamente. a) Calcule la entalpía de rmación de la hidracina. b) Qué vlumen de nitrógen, medid a 1 ºC y 5 mm rá cuand reaccinen 64 g de hidracina? Dats: = 8 atm L K 1 ml 1. Masas atómicas: H=1; N=14; O=16. Slución a) Cnsiderand que la entalpía de reacción es una unción de estad: NH 4 (l) + HO (l) N (g) + 4HO(l) = -71 kj 4 4 = (prducts) (reactivs) = (N ) + (H O) (N H ) (HO ) espejand Δ H(NH) d 4 Δ H(NH) 4 = (N) + 4 H(HO) Δ H(HO) Δ (NH) = + 4(-86)-(-187 8) - (-71) = kj/ml 4 b) Ls mles de hidracina sn: 64g n de mles = = mles 3g/ml y, según la reacción, cn ds mles de hidracina se btienen ds mles de nitrógen, que cupan un vlumen de:

23 nt mles ( ' 8 atm L/K ml) 83 K V = = = 75' 5 L. P 1 atm 5 mmhg 76 mmhg Prblema 17 a) Calcule la variación de la entalpía estándar de la reacción: CaC (s) + H O(l) Ca(OH) (s) + C H (g) b) Qué calr se desprende en la cmbustión de 1 dm 3 de acetilen, C H, medids a 5 ºC y 1 atm. Δ H CaC (s) = 59' kj/ml ; Δ [ CO (g)] = 393 kj/ml ; Δ Dats: [ ] H H Δ [ H O(l) ] = 86 kj/ml ; H [ Ca(OH) (s)] = 986 kj/ml [ C H (g)] = 7 kj/ml H Slución Δ ; a) El cálcul de la entalpía de reacción se realiza teniend en cuenta que es una unción de estad: CaC (s) + HO(l) Ca(OH) (s) + CH (g) = (prducts) (reactivs) [ ] = + (Ca(OH) (C H ) (H O) (CaC Δ = (-86) (-59,) = -18 kj. H b) Para calcular el calr desprendid se calcula en primer lugar el númer de mles de acetilen cntenid en 1 dm 3 : P V 1atm 1 L nº de mles = = = 49 ' mles de acetilen T 8 ' atm L/K m l 98K A cntinuación se calcula Δ de la cmbustión del acetilen: H C H (g) + 5 O (g) CO (g) + H O(l) = ( prducts) (reactivs) = + Δ H(CO) Δ (HO) (CH) Δ H = ( 393) + ( 86) 7 = 199 kj/ml y pr últim: Q = nº de mles H = 4' 9 ( 199) = 5315' 5 kj )

24 Prblema 18 Dadas las entalpías estándar de rmación del dióxid de carbn (CO ), 393 kj -1 ml y del SO, 96,8 kj ml -1 y la de cmbustión del disulur de carbn: CS (l) + 3O (g) CO (g) + SO (g) = 17kJ Calcule: a) La entalpía estándar de rmación del disulur de carbn. b) La energía necesaria para la síntesis de 5 kg de disulur de carbn. Dats de Masas atómicas: C=1; S=3. Slución a) Cnsiderand que la entalpía de reacción es una unción de estad: = (prducts) (reactivs) = + y despejand (CS ) (CO) H(SO) Δ (CS) (CS) = (-96 8) - (-17) = 85 4 kj/ml b) Se calcula en primer lugar el númer de mles cntenids en 5 kg de disul- de carbn: ur 5 g nº demles = = 3' 9mles de CS 76 g/ml masa mlecular = 76 g/ml a cntinuación calculams la energía necesaria: Q = nº de mles Δ H(CS) = 3 9 mles.( 85 4 kj/ml) = 89 kj Prblema 19 La cmbustión del pentabran líquid se prduce según la reacción: B5 H 9 (l) + 1O (g) 5B O 3 (s) + 9H O(l) a) Calcule:La entalpía estándar de la reacción. b) El calr que se desprende, a presión cnstante, en la cmbustión de un gram de pentabran. Dats. Masas atómicas: H=1; B=11. Δ H [ B H (l)] = 73' kj/ml; [ ] Δ H B O (s) = ' kj/ml; H Slución Δ [ H O(l) ] = 86 kj/ml a) Para la reacción: B H (l) + 1O (g) 5B O (s) + 9H O(l) Δ H

25 = (prducts) (reactivs) = 5 H(BO) Δ + 9 H(HO) Δ H(BH) Δ Δ H = 5 ( 163' 6) + 9 ( 86) ( 73' ) = 938' 4 kj b) Para calcular el calr desprendid hem s de tener en cuenta que cn ds mles de pentabran se desprenden kj, y a partir de aquí cnsiderand la masa mlecular de este cmpuest (64 g/ml): 64 g 1g = => x = kj cada gram 938' 4 kj x Prblema Determine ls valres de las entalpías de las siguientes reaccines: a) H (g) + Cl (g) HCl (g) b) CH = CH (g) + H (g) CH 3CH 3 (g) Dat s: Energías medias de enlace (kj ml -1 ); (H-H)=436 ; (Cl Cl)=43; (C H)=414; (C=C)=611; (H Cl)=431; (C C)=347. Slución a) La entalpía de reacción se puede btener cm dierencia entre las energías de enlace de ls enlaces rts y ls enlaces rmads: = Σ energía enlaces rts- Σ energía enlaces rmads = (H-H) + (Cl-Cl)- Δ H (Cl-H) Δ H = ( 431) = 183 kj b) Para la reacción: = Σ energía e CH = CH ( g) + H ( g) CH3CH 3(g) nlaces rts- Σ energía enlaces rmads = (C = C) + (H-H)- (C-C)- (C-H) Δ H = ( 414 ) = 18 kj Prblema 1 El prces de tsíntesis se puede representar pr la ecuación: 6CO Δ (g) HO(l) C6H1O 6(s) O (g) H = 34'8 kj Calcule: a) La entalpía de rmación estándar de la glucsa, C 6 H 1 O 6.

26 b) La energía necesaria para la rmación de 5 g de glucsa mediante tsíntesis. Dats: Δ H H O() l = 85' 8kJ/ml; Δ H [ CO (g)] = 393 kj/ml. Masas a tómicas: C = 1; H = 1; O = 16. Slución a) = (prducts) (reactivs) = (C H O ) (H O) (CO ) y despejand la entalpía de rmación de la glucsa: (C H O ) = + 6 (H O) + 6 (CO ) Δ H (C H O ) = (-85 8) + 6(-393) = - 67 kj/ml b) Se determina en primer lugar el númer de mles de glucsa cntenids en 5 g, teniend en cuenta que la masa mlecular de la glucsa es 18g/ml, y a partir de la Δ H (C6H1O 6 ) se determina la energía necesaria para su rmación. Q = nº de mles = 5 g 34' 8 kj / ml = 945 kj 18 g/ml Prblema Calcule: a) La variación de entalpía estándar para la descmpsición de 1 ml de carbnat de calci, CaCO 3 (s), en dióxid de carbn, CO (g), y óxid de calci, CaO(s). b) La energía necesaria para preparar 3 kg de óxid de calci. Dats: Δ [ CO (g)] = 393 kj/ml ; Δ H [ CaCO (s)] = 19' 6 kj/ml Δ H [ ] ; H CaO (s) = ' kj/ml. Masas atómicas: Ca=4; O=16. Slución a) Δ = H (prducts) (reactivs) Δ = Δ + Δ Δ 3 H H (CaO) H (CO ) H (CaCO ) Δ H =- 635,1+ (- 393) - (- 19 6) = kj/ml b) En primer lugar se determina el nº de mles de óxid de calci cntenids en 3 kg, sabiend que la masa mlecular de este cmpuest es 56 g/ml:

27 3 g n = = g/ml Para calcular la energía necesaria habrá que tener en cuanta que pr cada ml de carbnat cálcic descmpuest se rma un ml de óxid de calci: Q = nº de mles Δ = (181 5 kj/ml) = 973 kj H Prblema 3 A eects práctics se puede cnsiderar la gaslina cm ctan (C 8 H 18 ). Las entalpías de rmación estándar de H O(g), CO (g) y C 8 H 18 (l) sn, respectivamente: kj/ml, -393 kj/ml y -5 kj/ml. Calcule: a) La entalpía de cmbustión estándar del ctan líquid, expresada en kj/ml, sabiend que se rman CO y H O gasess. b) La energía, en kiljulis, que necesita un autmóvil pr cada kilómetr, si su cnsum es de 5 L de ctan líquid pr cada 1 km. Dats: Densidad del ctan líquid = 8 kg/l. Masas atómicas: C=1; H=1. Slución a) La reacción de cmbustión del C 8 H 18 es: C 8 H 18 (l)+ 5 O (g) 9H O(g) + 8CO (g) = (prducts) (reactivs) 9 8 = (H O) (CO ) (C H ) Δ H = 8(- 393) + 9(- 41 8) - (-5) = -5.7 kj/ml b) En primer lugar se determina el cnsum de gaslina, en g, pr cada Km: 5 L ' 8 kg = 4kg/km = 4 g/km de gaslina; 1 km 1 L nº de mles= 4 g 114 g/ml =,35 mles de gaslina cnsumids en 1 km La energía cnsumida será =,35 mles (57 kj/ml) = kj. El sign es psitiv puest que se trata de energía cnsumida. Prblema 4 Se btiene clrur de hidrógen a partir de la reacción:

28 H (g) + Cl (g) HCl(g) = -184'4 kj Calcule: a) La energía desprendida para la prducción de 1 kg de clrur de hidrógen. b) La entalpía del enlace H Cl, si las entalpías de enlace H H y Cl Cl sn, respectivamente, 436 kj/ml y 43 kj/ml. Dats de Masas atómicas: Cl=35 5; H=1. Slución a) Se calcula en primer lugar ls mles de clrur de hidrógen cntenids en 1 kg 1. g númer de mles = = mles de HCl 36' 5 g / ml y teniend en cuenta que cada ds mles de HCl rmads se desprenden kj, la energía desprendida para la rmación de mles la calculams pr la relación: mles 739' 7 mles Q = = => x = 5.6 kj 184' 4 kj x b) Teniend en cuenta que la entalpía de reacción se puede btener cm dierencia entre las energías de ls enlaces rts y ls enlaces rmads: = Σ energía enlaces rts- Σ energía enlaces rmads = (Cl-Cl) + (H-H)- (Cl-H), y despejand (Cl-H) (Cl-H) = (Cl-Cl) = + (H-H)- = ( 184' 4 ) = 863' 4kJ. Δ H = ( 431) = 183 kj lueg (Cl-H) = 863 4/ = kj/ml Prblema 5 A 5ºC y 1 atm, la variación de entalpía es 3351 kj para la reacción: Al O 3 (s) 4Al(s) + 3O (g) Calcule: a) La entalpía de rmación estándar del Al O 3. b) La variación de entalpía cuand se rman 1 g de Al O 3, en las mismas cndicines de presión y temperatura. Dats de Masas atómicas: Al=7; O=16. Slución

29 a) La reacción de rmación del óxid de alumini, Al(s) + 3O (g) Al O 3 (s), puede btenerse invirtiend la reacción del enunciad y dividiéndla entre ds, pr tant: Δ H = -3351/= kj/ml. El sign negativ se debe a ser la reacción inversa. b) Para calcular la cantidad de energía al rmarse 1 g de Al O 3 establecems la siguiente relación: 1 g AlO3 1 g = => x =-164,7 kj, 1675' 5kJ x Ya que la masa mlecular del Al O 3 =1 g/ml. Prblema 6 El sulur de cinc al tratarl cn xígen reaccina según: ZnS(s) + 3O (g) ZnO(s) + SO (g) Si las entalpías de rmación de las dierentes especies expresadas en kj/ml sn: [ ] 9 [ ] 96 8 H ZnS(s) ' kj/ml; [ ZnO(s) ] = 348 kj/ml Δ = Δ H SO (g) = ' kj/ml. Δ ; a) Cuál será el calr, a presión cnstante de una atmósera, que se desprenderá cuand reaccinen 17 grams de sulur de cinc cn exces de xígen? b) Cuánts litrs de SO, medids a 5 ºC y una atmósera, se btendrán? Dats: = 8 atm L K -1 ml -1. Masas atómicas: O=16; S=3; Zn=65,4. Slución a) Calculams en primer lugar la entalpía de la reacción prblema: = H (prducts) (reactivs) = + (ZnO) (SO ) (ZnS) Δ H = ( ) + (- 7 9) - (-184 1) = -47 kj Para un ml de ZnS se desprenderá la mitad: -47 / = kj 17 g mles de ZnS cntenids 17 g = = 174 mles (masa mlecular 97' 4 g / ml = 97 4 g/ml) calr desprendid = númer de mles dezns Δ H = 174 )-)36 1 = - 41 kj

30 b) Para calcular el vlumen de SO btenid, tenems en cuenta que ls mles de ZnS que reaccinan sn ls misms que se btienen de SO, es decir cn 174. nt ' 174 ' 8 98 V = = =4 6 Litrs de SO P 1 Prblema 7 a) Calcule la variación de energía libre estándar, a 5ºC, para las siguientes reaccines, utilizand ls dats tabulads: NaF (s) + Cl (g) F (g) + NaCl(s) PbO (s) + Zn(s) Pb(s) + ZnO(s) b) A la vista de ls resultads, cmente la cnveniencia n de utilizar estas reaccines en la btención de lúr y plm respectivamente: Slución Dats. NaF NaCl PbO ZnO Cl F Zn Pb º (kj/ml) Sº (J/K.ml) 51'5 7'1 76'6 43'6 3 '8 41'6 64'8 a 1 ) Para calcular ΔGº, teniend en cuenta que: ΔGº =º-TΔSº, hay que determinar en primer lugar º y ΔSº. = (prducts) (reactivs) = (NaCl) (NaF) = ( 411) ( 569 ) = 316kJ, reacción endtérmica ΔS = S S prducts reactivs ΔS = Sº NaCl + Sº F - Sº NaF S Cl = ΔSº =1 J/K. ΔGº =º-TΔSº = 316 kj - 98K 1 J 1 kj. = = 39 7 kj. K 1 J a ) = (prducts) (reactivs) = prducts reactivs = (ZnO) (PbO) = 348 ) + 76 = 7 kj ΔS S S ΔS =Sº Pb +Sº ZnO Sº Zn Sº PbO = ΔSº = J/K 98 ' J 1kJ ΔGº =º-TΔSº = - 7 kj - 98K. = -7 9 = kj K 1 J

31 b 1 ) Puest que ΔGº= 39 7 kj la reacción es n espntánea (recrdems que para ser espntánea ΔGº debe ser negativ), y además Δ H = 316 kj necesita gran aprtación de energía, lueg n es cnveniente btener lúr mediante esta reacción. b ) Puest que ΔGº =-69 8 kj la reacción es espntánea, y además Δ H =-7 kj, es extérmica, lueg es muy cnveniente btener plm mediante esta reacción.