TERMODINÁMICA 1. En la fermentación de la glucosa (C6H12O6) se obtiene etanol (C2H5OH) y CO2. Si la entalpía de combustión de la glucosa es de 15.

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1 TERMODINÁMICA 1. En la fermentación de la glucosa (C6H12O6) se obtiene etanol (C2H5OH) y CO2. Si la entalpía de combustión de la glucosa es de kj/g y la del etanol es de kj/g, a) Calcular la entalpía de reacción de la fermentación de la glucosa. b) Calcular la energía puesta en juego en la combustión de 90 g de glucosa. 2. Las entalpías estándar de formación del CO2 (g) y del H2O(l) son respectivamente, -393 y 286 kj/mol y la entalpía estándar de combustión del etanal (l), C 2 H 4 O (l), kj/mol. a) Calcular la entalpía de formación del etanal; b) Cuántos Julios se producen por mol de oxígeno usado? c) Cuántos Julios se generan cuando se quema un gramo de etanal? Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = Para una determinada reacción a 25ºC los valores de ΔHº y ΔSº son respectivamente 10.5 kj y 30.0 J/grado. a) Justificar numéricamente si la reacción será espontánea o no; b) Es una reacción exotérmica? Por qué? Razonar si los valores de ΔHº y ΔSº favorecen, o no, que la reacción sea espontánea. Justificar si se produce, o no, un aumento del orden en esta reacción. 4. Los calores de combustión de CH4(g), H2(g) y C(s) son, respectivamente, kj/mol, kj/mol y 22.5 kj/mol. a) Calcular el calor de formación del CH 4. b) Si se queman 45 g de CH 4, cuántos litros de CO 2 se obtienen en condiciones normales, si la reacción tiene un rendimiento del 38%? 5. Sabiendo que para la reacción Ag 2 O (s)<-----> 2Ag (s) + ½ O 2 (g) a 25ºC, ΔH = 30.6 kj y ΔS = 60.2 J/grado. a) Justificar, cuantitativamente, si la reacción es espontánea o no. b) Escribir la reacción de formación del Ag 2 O (s) y determinar la entalpía de formación del Ag 2 O (s). Justificar si la reacción de formación del Ag 2 O (s) sería espontánea, o no, a cualquier temperatura. 6. Dada la reacción 2 AgO(s) 4Ag(s) +O 2 (g) a) Cuál es el valor del ΔH para esta reacción? Calcular el calor transferido cuando se descomponen 4,62 g de Ag 2 O en condiciones estándar. Justificar si se absorbe o se desprende calor en el proceso; b) Razonar el signo que tiene Sº en esta reacción Datos: m.a (Ag)= 107,9; m.a. (O) = 16,00. La entalpía de formación estándar del Ag 2 O (s) es 30,6 kj/mol. 7. Sabiendo el valor de las siguientes energías de enlace en kj/mol: H-H: 435; C-C: 347; C=C : 611; O-O: 414; O=O: 498; H-O: 464. Calcular: a) La entalpía de la reacción: CH 2 =CH 2 + H > CH 3 -CH 3 ; b) La entalpía de formación del H 2 O(g); Es un proceso endotérmico? Por qué? 1

2 8. Los valores de las entalpías de combustión estándar del C (s) y C 6 H 6 (1) son, respectivamente, - 393,7 kj/mol y kj/mol, y el valor de AH 0 f (entalpía estándar de formación) para H 2 0 (1) es 285,9 kj/mol. a) Calcule la entalpía de formación del C 6 H 6 (1) b) Cuántos KJ se desprenderán o absorberán en la formación de 0.5 kg de C 6 H 6 (1)? Datos: M.a.: C:l2; H:1 9. a) Podrá ser espontánea una reacción endotérmica? En qué condiciones? b) Qué es lo que indica la entropía de un sistema? Cuándo la entropía de una reacción disminuye? Justifique las respuestas. 10. a) A partir de los datos que se aportan, calcular el valor de AH 0 para las siguientes reacciones: (1) 2S0 2 (g) (g) 2 S0 3 (g) (II) Ñ0 4 (g) 2 NO 2 (g} b) Hacia dónde se desplazarán los equilibrios, en cada una de las reacciones, si se aumenta la temperatura?, Y si se aumenta la presión? Datos: Los valores de H 0 f (kj/ mol) para las sustancias que se indican son los siguientes: SO ; N ,2; SO ; NO 2 33, Las plantas verdes sintetizan glucosa mediante la reacción de fotosíntesis siguiente: 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O (l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) H 0 = 2813 KJ/mol a) Calcule la entalpía de formación de la glucosa, justificando si la reacción es endotérmica o exotérmica. b) Halle la energía necesaria para obtener 5 gr de glucosa. Datos: H 0 f (CO 2 ) = -393,5 KJ/mol - H 0 f (H 2 O (l) = -285,5 KJ/mol Masas atómicas. C = 12; O = 16; H = A partir de los datos siguientes calcule: a) La entalpía de combustión del butano. b) la energía que se puede obtener al quemar 100 g de gas butano Compuesto Entalpía de formación (KJ/mol) Butano (C 4 H 10 ) -125 Dióxido de carbono(co 2 ) -393 Agua (vapor) (H 2 O) -242 Masas atómicas C=12, H=16, H=1 13. Cuando se quema 1 g de ácido acético (CH 3 -COOH) se desprenden 14, 5 KJ. CH 3 COOH + O 2 (g) CO 2 (g) + H 2 O (l) a) Cuál sera el valor de la entalpía de combustión?. b) Hallar la entalpía estandar de formación de ácido acético. Datos: Masas atómicas: C = 12; H = 1; O = 16. 2

3 H f o (CO 2 ) = 394 kj/mol. H f o (H 2 O) = 259 kj/mol. Nos piden la entalpía de combustión, luego el primer paso sería proceder al ajuste de la reacción de combustión: CH 3 -COOH + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) Según los datos que nos dan la combustión de 1 gramos de ácido acético (ácido etanoico) desprenden 14, 5 KJ, habría que calcular entonces cual sería la energía desprendida por 1 mol de ácido acético. El peso molecular del ácido acéticos sería: 2 x x x 1 = 60. El cálculo correspondiente es: 1 gramo de CH 3 COOH 14,5 kj = 60 gramos/mol de CH 3 COOH x Luego el valor de la entalpía de combustión sería: H combustión = -870 KJ/mol (el signo es menos ya que es una energía que se desprende). a) Para obtener la entalpía de formación del ácido acético podemos proceder a partir de la reacción de combustión aplicando la fórmula del sumatorio de entalpías de formación. H o f = H o f (productos) H o f (reactivos) Sustituyendo los datos conocidos tendremos: 870 = [2 x H o f (CO 2 ) + 2 x H o f (H 2 O)] [ H o o f (CH 3 -COOH) + H f (O 2 )] 870 = [ 2 x ( 394)+ 2 x ( 259)] [H o f (CH 3 -COOH) + 0 ] de donde: H o f (CH 3 -COOH) = 436 KJ/mol. También se puede obtener la entalpía de formación del ácido acético haciendo uso de la Ley de Hess. Para ello primero planteamos la reacción de formación: 2 C(s) + 2 H 2 (g) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) Ahora con la ecuaciones correspondientes a los datos que se proporcionan, es decir, con las reacciones de formación del CO 2 y del H 2 O, así como teniendo en cuenta la reacción de combustión del ácido acético, procedemos al cálculo de la entalpía de formación. Las reacciones que se requieren son: CH 3 -COOH + 2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 1 = 870 KJ/mol C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H 2 = 394 KJ/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (l) H 3 = 259 KJ/mol Si ahora invertimos el sentido de la primera reacción y multiplicamos la segunda ecuación y la tercer por dos, tendremos: 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) CH 3 -COOH + 2 O 2 (g) H 1 = KJ/mol 2 C(s) + 2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) H 2 = 788 KJ/mol 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) H 3 = 518 KJ/mol 3

4 Sumando las correspondientes entalpías tendremos: H o f (CH 3 -COOH) = H 1 + H 2 + H 3 = 436 KJ/mol 14. Para una determinada reacción a 25ºC., el valor de H 0 es 10,5 kj y el de S 0 es 30,04 J/ºK. Según esto podemos afirmar que: a) Se trata de una reacción espontánea. b) Es una reacción exotérmica. c) Es una reacción en la que disminuye el desorden. d) La variación de Energía libre es negativa. a) El criterio de espontaneidad viene determinado por el valor de la Energía libre G, de tal forma que para que una reacción sea espontánea el valor debe ser menor que cero (G < 0). En nuestro caso el valor de G, sería: G 0 = H 0 TS 0, sustituyendo valores, G 0 = 10,5 (298)x(0,030) = 1,56 KJ/mol. Luego la reacción no es espontánea ya que G 0 > 0. Hay que tener en cuenta que las unidades de la entropía suelen venir expresadas en J/ºK, mientras que la entalpía viene dada en KJ por lo tanto hay que uniformar unidades. b) La reacción es endotérmica ya que el valor de la entalpía es mayor que cero. c) Cuanto mayor es el valor de la entropía de un sistema mayor es el estado de desorden el mismo, luego en este caso al ser el valor de la entropía mayor que cero, quiere decir que el desorden aumenta. d) Como se puede observar en el aparado a) la variación de la energía libre es positiva. 15. Cuando se forma un mol de benceno, C 6 H 6 (l), se requieren 49 kj. Sabiendo que las entalpías estándar de formación del CO 2 y del H 2 O son 394 kj/mol y 286 kj/mol respectivamente, calcular: a) La entalpía de combustión del benceno. b) La energía desprendida en la combustión de 117 g de benceno. Datos: Masas atómcias: C = 12; H = 1. a) Para calcular la entalpía de combustión procedemos a escribir la correspondiente ecuación y haciendo uso de las entalpías estándar de formación procedemos a su cálculo: C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) H 0 combustión = H 0 f (productos) H 0 f (reactivos) Sustituyendo valores tenemos: H 0 combustión = [ 6 x H o f (CO 2 ) + 3 x H 0 f(h 2 O)] [ H 0 f(c 6 H 6 ) + H 0 f (O 2 )] De donde: H 0 combustión = [6 x ( 394) + 3 x ( 286)] [ ] = kj/mol. 4

5 b) Una vez que conocemos la entalpía de combustión del benceno habrá que referir los cálculos a la cantidad de 117 g, es decir, tendremos que: De donde: x = 4906,5 kj. 78 g/ mol de C 6 H kj/mol = 117 g de C 6 H 6 x 16.- La combustión, a la presión atmosférica, de 1 gramo de metano, con formación de CO 2 y H 2 O líquida libera 50 kj. a) Cuál es el valor de ΔH 0 para la reacción CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2(g) + 2 H 2 O (l) b) Determine el valor de ΔH f 0 del metano si ΔH f 0 (CO 2 ) = -394 y ΔH f 0 (H 2 O (l) ) = -242 kj/mol,. Rta.: -800 kj/mol; -78 kj/mo 17.- La combustión del acetileno (C 2 H 2 ) produce CO 2 y agua. c) Escriba la ecuación química correspondiente a dicho proceso. d) Determine el calor molar de combustión del acetileno. e) Determine el calor producido cuando se quema 1 kg de acetileno. Datos: ΔH f 0 (C 2 H 2 ) = 223'75 kj/mol; ΔH f 0 (CO 2 ) = -393'5 kj/mol; ΔH f 0 (H 2 O ) = -241'8 kj/mol Rta.: kj/mol; 48'2 MJ/kg 18.- Para la reacción de combustión del butano 2C 4 H 10(g) +13 O 2 CO 2(g) +10 H 2 O (g) ; ΔH<0, indique razonadamente si, a la misma temperatura, el calor desprendido a presión constante es igual, mayor o menor que el calor desprendido a volumen constante. (P.A.U. Jun 92) 19.- En la reacción: 2SO 2 (g) (g) 2SO 3 (g) ΔH < 0; supuesto comportamiento ideal: (a) Escribir las ecuaciones de Kp y Kc; (b) Qué influencia ejercerá en el desplazamiento de] equilibrio el aumento de las concentraciones del S0 2 y SO 3? ; Qué influencia ejercerá el aumento de temperatura?; (d) En este equilibrio se emplean catalizadores Cuál es su papel?. Razone las respuestas Razonar en qué situaciones podrían ser espontáneos los procesos cuyas variaciones correspondientes a sus términos entálpicos o entrópicos son las siguientes: (a) ΔH > 0; AS > 0 (b) ΔH < 0, AS < 0 (c) ΔH<O; AS>0 (d) ΔH > 0; ΔS < 0 Rta: a T altas; b) a T bajas; c) siempre espontánea; d) nunca 5