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14 EJERCICIOS TERMOQUÍMICA TEORÍA 1. a) Define energía interna (U). b) Qué es una variable de estado. c) Qué es una variable intensiva y extensiva. 2. a) Que es la entalpía. Qué significado tiene su valor en una reacción química. b) Qué es el estado estándar de una sustancia. c) Define entalpia estándar de reacción, entalpia estándar de formación y entalpia estándar de combustión. Pon un ejemplo de cada tipo. 3. a) Enunciar la ley de Hess. Qué aplicación tiene esta ley? b) Decir que una reacción (A) es mas exotérmica que otra reacción (B), significa que las entalpias de formación de los productos finales son en el caso A mas negativa que en el B.? Razona la respuesta. 4. Define los siguientes conceptos: a) Proceso espontaneo b) Entropía c) energía o entalpia libre de Gibbs d) entalpía de enlace 5. Indica justificadamente, cuál de las siguientes especies químicas presentaría una entalpia normal de formación nula: a) Hidrogeno molecular b) hidrogeno atómico c) Oxigeno molecular d) cinc metálico d) ozono. Solución: Hidrogeno molecular, oxigeno molecular y cinc metálico porque se encuentran en su estado fundamental CÁLCULO DE ENTALPÍAS 6. Calcula la variación de energía interna para la reacción de combustión del benceno (C 6 H 6 ) si la reacción se produce a presión constante de 1 atmosfera y temperatura constante de 25ºC. Datos ΔH f (CO 2 (g) )= kj/mol ΔH f (H 2 O (l) )= kJ/mol. ΔH f (C 6 H 6 (l) )= 49 KJ/mol R= 8.3 x 10-3 Kj/mol K Solución ΔU combustión = KJ/mol 7. a) Calcular la entalpia de formación del metanol CH 3 OH (l), sabiendo que su entalpia de combustión es KJ/mol y que las entalpias de formación del CO 2 (g) y del H 2 O (l) son y kj/mol, respectivamente. B) Determinar el calor que se desprenden cuando en el mechero se queman 8 gramos de metanol líquido. Solución: ΔH f (CH 3 OH (l ))= kj/mol. b) kj 8. Las entalpias de combustión del eteno gaseoso y del etanol líquido valen kj/mol y -764 kj/mol, respectivamente. Calcular a) La entalpia estándar de la reacción C 2 H 4 (g) +H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) b) La cantidad de energía absorbida o cedida al sintetizar 75 g de etanol a partir de eteno y agua. Solución: a) -647 kj/mol b) kj (se desprende) 9. Los calores de combustión estándar del carbono (s) y del benceno (l) son respectivamente kj/mol y KJ/mol y el de formación del agua (l) es Kj/mol a) Calcular el calor de 14

15 formación del benceno (l) b) Cuántas calorías se desprenden en la formación de 1 kg de benceno (l)? Solución a) kj/mol b) calorías 10. Calcula la variación de entalpia en la siguiente reacción e indicar si la reacción es endotérmica o exotérmica.3no 2 (g) +H 2 O (l) 2HNO 3 (aq) +NO (g) a partir de los siguientes datos: 2NO (g) +O 2 (g) 2 NO 2 (g) ΔH = -173 kj 2N 2 (g) +O 2 (g) +2H 2 O (l) 4HNO 3 (aq) ΔH = -255 kj N 2 (g) +O 2 (g) 2NO (g) ΔH = 181 kj Solución: -49 kj exotérmica 11. Hallar el calor latente de vaporización del NH 3 (l) a 18ºC si se conoce que los calores de formación del NH 3 (l) y del NH 3 (g) a dicha temperatura sea respectivamente y Kcal/mol Solución: NH 3 (l) NH 3 (g) ΔH = Kcal/mol 12. Calcular la entalpia de formación del agua (g) a partir de los siguientes datos: Energía media de enlace H-H 436 kj/mol Energía media de enlace O-H 460 kj/mol Energía media de enlace O=O 494 kj/mol Solución: -237 KJ/mol 13. Calcular la entalpia de reacción de hidrogenación del eteno para formar etano según la reacción CH 2 =CH 2 + H 2 CH 3 -CH 3 a partir de los siguientes datos: Energía media de enlace C=C 610 kj/mol Energía media de enlace H-H 436 kj/mol Energía media de enlace C-C 347 kj/mol Energía media de enlace C-H 415 kj/mol Solución: -131 KJ 14. Explica razonadamente a) Por qué todas las reacciones exotérmicas no son espontaneas. b) Qué significa que ΔG= 0 para una reacción química. c) Una reacción en la que ΔH es positiva y ΔS es negativa, será espontanea a todas las temperaturas. ENTROPÍA Y ENRGÍA LIBRE DE GIBBS 15. Determinar a qué temperatura es espontanea la reacción N 2 (g) + O 2 (g) 2NO (g) kj Datos: Sº (NO) = 0.21 kj/molk Sº (O 2 ) = 0.20 kj/molk Sº (N 2 ) = 0.19 kj/molk 15

16 Solución: Es espontanea a cualquier temperatura. 16. a) La reacción de descomposición del oxido de cobre (II), origina cobre metálico y oxigeno molecular. La entalpia estándar del proceso es de kj/mol. Calcule el calor absorbido o desprendido en Kilocalorías cuando se descomponen 50 g de oxido de cobre (II) en condiciones estándar. b) en qué condiciones será espontanea la descomposición de oxido de cobre (II). Datos: Cu= 63.5 u O=16 u 1 J = calorías Solución: a) absorbe Kcal b) ΔS>0 y T ΔS>ΔH 17. Dada la reacción H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g) ΔH = Kcal. Contesta las siguientes proposiciones: a ) el valor negativo de ΔH indica que la reacción es endotérmica. b) el alto valor de ΔH permite afirmar que la reacción de formación del agua será espontanea. c) el valor de ΔH es independiente del valor de la temperatura y de la presión. 18. Dada la reacción 2 CH 3 CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 4H 2 O (l) cuya ΔHº = kj/mol. Indique si el proceso es espontaneo en condiciones estándar. Datos: Sº (O 2 (g) ) = 205 j/k mol Sº (CH 3 CH 2 OH (l) ) = J/Kmol Sº (CO 2 (g) ) = J/Kmol Sº (H 2 O (l) ) = 70 J/Kmol Solución: ΔG = kj/mol 19. Para la reacción A (g) + B (g) AB (g) donde ΔH = -81 kj y ΔS = J/K a) Calcular en que intervalo de temperatura se puede trabajar para que la reacción sea espontanea. b) Qué significan los significados negativos de ΔH e ΔS? Solución T<450 ºC 16

17 Ejercicios Tema 4 TERMODINAMICA. 1.- a) Explica lo que significa que un proceso sea espontáneo. Lo es disolver sal de mesa (NaCl) en sopa caliente? Por qué? b) Definir la energía libre. Cuáles son sus unidades? Junio 93/ Qué es la energía de Activación (Ea)? Qué efecto produce sobre la Ea un catalizador positivo? Qué efecto causaría ese catalizador sobre la constante de equilibrio y sobre la energía de activación? Junio 93/ a) Definir la entropía y razonar como cambia esta en los siguientes procesos. 1) Un líquido se funde. 3) Un líquido hierve. 2) Un líquido se congela. 4) Un vapor se condensa. b) Las entalpías normales de formación del butano, dióxido de carbono y agua líquida son; - 126,1; -393,7; - 285,9 KJ/mol, respectivamente. Calcula el calor desprendido en la combustión total de 3 Kg de butano. Junio 94/ a) Tres reacciones tienen las siguientes energías de activación: 145, 210, y 48 KJ. Diga razonadamente cual será la reacción más rápida y cuál será la más lenta. b) Explica lo que significa que un proceso sea espontáneo desde el punto de vista termodinámico. Septiembre 94/ a) Definir entalpía de combustión y formular la reacción de combustión del butano. b) Al quemar un hidrocarburo saturado la relación de masas CO 2 /H 2 O es 55/27. De qué alcano se trata? Septiembre 94/ a) Calcular el calor de formación del propano a partir de los siguientes datos: Calor de combustión del propano: KJ/mol Calor de formación del dióxido de carbono: -393 Kj/mol. Calor de formación del agua líquida: -286 KJ/mol. b) Cuantas calorías se desprenden cuando s queman 440 g de propano? Datos: 1 Julio = 0,239 calorías Junio 95/ a) Definir entalpía de combustión y formular la reacción de combustión del butano. b) Al quemar un hidrocarburo saturado la relación de masas CO 2 /H 2 O es 55/27. De qué alcano se trata? Septiembre 95/ a) Define entalpía de formación y formula la reacción del propano. b) Explica lo que significa que un proceso sea espontáneo desde el punto de vista termodinámico. Septiembre 95/ a) Qué entiendes por entropía? Qué sistema poseerá mayor entropía: una masa de agua líquida, la misma en forma de vapor o en forma de hielo? Razona la respuesta. b) Qué es un catalizador? Comenta brevemente las características más importantes de los catalizadores. Junio 96/ a) Comentar sucintamente los factores de que depende la velocidad de una reacción. b) Enunciar la ley de Hess. Qué aplicación tiene esta ley? Septiembre 96/ Definir la energía de activación. Qué papel juega la energía de activación (Ea) en la cinética química? razonar cual de las tres reacciones siguientes es más rápida. Reacción Ea (KJ)

18 Junio 97/ La entalpía de de combustión de un compuesto orgánico, de formula C 6 H 12 O 2 es KJ/mol. Sabiendo que la entalpía estándar de formación del CO 2 es -394 KJ /mol y la del H 2 O es -242 KJ/mol. Calcule la entalpía de formación de dicho compuesto Septiembre 97/ a) La gasolina es una mezcla de hidrocarburos entre los que se encuentra el octano. b) Sabiendo que el porcentaje de O 2 en el aire es del 21%, calcular el volumen de aire, en condiciones normales, necesarias para quemar 2,5 litros de octano de densidad 0,703 Kg/dm 3. Datos: masa atómicas en u.m.a.: H=1; C=12; O=16. R= 0,082 atm l/k mol Septiembre 98/ a) Determinar la variación de entalpía que se produce durante la combustión del etino, C 2 H 2 (g). Para ello se dispone de las entalpías estándar de formación, a 25ºC, de H 2 O (l), CO 2 (g) y C 2 H 2 (g). Que son respectivamente -284 KJ/mol; -393 KJ/mol y -230 KJ/mol. b) Calcular el calor desprendido cuando se queman 26 Kg de etino Septiembre 98/ En la combustión en condiciones estándar de 1 g de etanol, CH 3 -CH 2 -OH, se desprenden 29,8 KJ. Por otra parte, en la combustión de 1g de acido acético, CH 3 -COOH, se desprenden 14,5 KJ, Con esos datos, calcule la entalpía estándar de la reacción siguiente: CH 3 -CH 2 -OH + O 2 CH 3 -COOH + H 2 O Junio 99/ Para la reacción de formación del agua se sabe que ΔHº = -241,8 KJ/mol y ΔSº = -44, KJ/ ºK mol. Cuál es la energía libre de formación del agua en condiciones estándar (25º C y 1 atm)? b) Razone a que temperaturas será espontánea la formación del agua, y a cuales no lo será, suponiendo que ΔHº y ΔSº no varían con la temperatura. Septiembre 99/ Enuncie la ley de Hess y explique su aplicabilidad práctica. Septiembre 99/ Conteste razonadamente. a) Puede ser espontánea una reacción endotérmica? En caso afirmativo, en qué condiciones. b) Ordene según su entropía de forma razonada: 1 g de hielo; 1 g de vapor de agua, 1 g de agua líquida. Junio 00/ La reacción de descomposición de clorato potásico (trioxocolato (V) de potasio) para dar cloruro potasio y oxigeno tiene una entalpía estándar de -22,3 KJ/mol de clorato de potasio. Conociendo también la entalpía estándar de formación del cloruro de potasio, que es -436 KJ/mol, calcule la entalpía estándar de formación del clorato de potasio. Interprete el signo de la entalpía calculada. Nota: escriba todas las reacciones implicadas. Junio 00/ a) Para que una reacción química sea espontánea, es suficiente con que sea exotérmica? b) Enuncie la ley de Hess y comente alguna de sus aplicaciones. Junio 02/ La reacción de fotosíntesis de la glucosa es la siguiente: 6CO 2 (g) + 6H 2 O (l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6O 2 (g) ΔHº=2813KJ Determine el valor de la entalpía estándar de formación de la glucosa, si las entalpías estándar de formación del agua líquida y del dióxido de carbono gaseoso son -393,5 y -285,8 KJ/mol, respectivamente. Interpreta el signo de la entalpía calculada. Nota: escriba todas las reacciones implicadas Septiembre 02/03 18

19 22.- Calcule la entalpía estándar de formación del acetileno, C 2 H 2, e intérprete su signo, conocidos los siguientes datos: entalpía estándar de formación del H 2 O (l), -286 KJ/mol; entalpía estándar de formación del CO 2 (g), -393 KJ/mol; entalpía estándar de combustión del acetileno, KJ/mol. Nota: escriba todas las reacciones implicadas Junio 03/ Las entalpías de combustión estándar del eteno, C 2 H 4 (g), y del etanol, C 2 H 5 OH (l), valen -1411KJ/mol y -764 KJ/mol, respectivamente. Calcular: a) La entalpía en condiciones estándar de la reacción C 2 H 4 (g) + H 2 O (l) C 2 H 5 OH (l) b) La cantidad de energía absorbida o cedida al sintetizar 75 g de etanol a partir de eteno y agua. Septiembre 03/ a) Calcular la entalpía de formación del metanol, CH 3 OH (l), sabiendo que su entalpía de combustión es -726,4 KJ y que las entalpías de formación del CO 2 (g) y H 2 O (l) son -393,5 KJ y -285,8 KJ respectivamente. b) Determinar el calor que se desprende cuando en un mechero se queman 8 g de CH 3 OH (l). Septiembre 04/ a) Definir entropía, Cuáles son sus unidades? b) Razona el cambio de entropía que tiene lugar cuando: 1) Funde un sólido 2) Congela un líquido. Septiembre 04/ Determinar a qué temperatura es espontánea la reacción. N 2(g) + O 2(g) 2 NO (g) + 180,8 KJ Datos: Sº(NO) = 0,21 KJ/molºK; Sº (O 2 ) = 0,2 KJ/mol ºK; Sº (N 2 ) = 0,19 KJ/mol ºK. Junio 04/ a) Justificar el hecho de que en el tercer periodo de la tabla periódica haya 8 elementos y en el quinto 18. b) Explica qué diferencia hay entre entalpía de reacción y entalpía de formación. Junio 06/ Dada la reacción: 2 CH 3 OH(l) + 3 O 2 (g) 4 H 2 O (l) + 2 CO 2 (g) ΔHº=-1552,8KJ Demostrar si el proceso es espontáneo en condiciones estándar (1 atm y 25 ºC) Entropías estándar: CH 3 OH(l)= 126,8 J/mol ºK; O 2 (g)=205 J/mol ºK; H 2 O (l) =70 J/mol; CO 2 (g) = 213,7 J/mol. Junio 06/ Con los datos de las siguientes reacciones: 1) I 2 (g) + H 2(g) 2 HI (g) ΔH 1 = -0,4 Kcal/mol 2) I 2 (s) + H 2(g) 2 HI (g) ΔH 1 = 6 Kcal/mol 3) I 2 (g) + H 2(g) 2 HI (ac) ΔH 1 = -13,4 Kcal/mol Calcular: a) Entalpía de sublimación de yodo. b) Entalpía de disolución del yoduro de hidrogeno Septiembre 06/ Determine a que temperatura será espontânea la reacción: N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) Datos: Sº (KJ mol -1 ºK -1 ) NO=0,21; N 2 =0,19; O 2 =0,20: ΔHº f (NO)=90,4 KJ mol -1 Junio 07/ Calcular el calor desprendido en la formación de 90g de ácido acético (CH 3 COOH). Entalpías estándar de combustión (expresadas en KJ/mol): C (s) =-393,4; H 2(g) =-241,8; CH 3 COOH (l) = -870,3. Septiembre 07/ La gasolina puede ser considerada como una mezcla de octanos (C 8 H 18 ). Sabiendo que las entalpías estándar de formación: H 2 O(g)= -242 KJ/mol, CO 2(g) = -393,5KJ/mol, C 8 H 18 (l) = -250 KJ/mol. 19

20 a) Escriba la reacción de combustión y calcule la entalpía. b) Calcule la entalpía liberada en la combustión de %l de gasolina cuya densidad es de 800 Kg/m 3. Junio 08/ Considere los siguientes procesos químicos: a) NaCl (s) Na (g) + Cl (g) b) I 2 (g) I 2(s) c) H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (l) d) H 2 O (l) H 2 O (g) Indique, de forma cualitativa, el signo que debe corresponder a ΔS para estos procesos. Justifica tu respuesta. Septiembre 08/ la combustión, en condiciones estándar, de 1g de metano, con formación de CO 2 y H 2 O liquida libera 50 KJ. a) Cuál es el valor de ΔHº para la reacción CH 4(g) + 2O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l)? b) Determine el valor de ΔH f º del metano si ΔH f º CO 2= -394 y ΔH f º H 2 O= -242 KJ/mol. Septiembre 08/ Sabiendo que las entalpías estándar de combustión de C 6 H 14 liquido, C sólido e H 2 gas, son (-4192), (- 393,3) y (-285,8) Kj/mol, respectivamente. Calcule: a) La entalpía de formación del hexano liquido a 25ºC. b) El numero de moles de hidrogeno consumidos en la formación de C 6 H 14 liquido cuando se ha liberado 30 Kj. Junio 09/10(especifica) 37.- El sulfuro de cinc al tratarlo con oxigeno da la reacción: 2ZnS (s) + 3 O 2(g) 2 ZnO(s) + 2SO 2(g) Si las entalpías de formación de las siguientes especies (expresadas en KJ/mol) son: Zns= -184,1; SO 2 = - 70,9; ZnO= - 349,3. a) Cuál será el calor, a presión constante de una atmósfera, que se desprenderá cuando reaccionen 17g de sulfuro de cinc con exceso de oxigeno? b) Cuántos litros de dióxido de azufre, medidos a 25ºC y una atmósfera, se obtendrán? Junio 09/10(especifica) 38.- Calcula la entalpia de formación del eteno, a partir de los valores de la entalpias de combustión siguientes: ΔH c (eteno) = kj/mol ΔH c (carbono) =-394 kj/mol ΔH c (hidrógeno)= -286 kj/mol. b) Comente el significado del signo de la entalpia calculada. Junio 10/ Explica brevemente por qué muchas de las reacciones endotérmicas, transcurren espontáneamente a altas temperaturas. Sept 10/ La fermentación alcohólica supone la transformación de la glucosa en etanol y dióxido de carbono según la reacción C 6 H1 2 O 6 (s) 2 C 2 H 6 O (l) + 2CO 2 (g) ΔH para esta reacción de kj/mol. a) Será espontanea la reacción a cualquier temperatura. b) Calcular la energía puesta en juego para obtener 5 g de alcohol. Junio 11/ Sabiendo que la entalpia de formación del CO (g) y la del CH 3 OH son respectivamente kj/mol y kj/mol y que la entropía del CO (g) es J/molK, la del H 2 (g) es de J/molK y la del CH 3 OH (l) es de 127,0 J/molK, calcule si a 25 ºC el proceso CO (g) + H 2 (g) CH 3 OH (l) es o no es espontaneo. Sept 11/12 20