, de forma que para contrarrestar un aumento de temperatura se tiene que desplaza hacia la izquierda que el sentido endotérmico de la reacción.

Transcripción

1 Mdel 04. Pregunta 5A.- Cnsdere la reaccón en equlbr A (g + B (g C (g. Cuand se ntrduce ml de A y ml de B en un recpente de 5 L y se alcanza el equlbr a 50 K, se bserva que se han rmad, ml de C. b. Sabend que a 00 K la cnstante de equlbr tene un valr Kp 7, determne el sgn de la varacón de entalpía de la reaccón. c. Deduzca qué sgn tendrá el S para esta reaccón. d. Explque s la reaccón será n espntánea a cualquer temperatura. Dat. 0,08 atm L ml K. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. b. K p ( 00 K 7 ; ( 50 K, 799 K p Al aumentar la temperatura, la cnstante de equlbr dsmnuye, pr l tant dsmnuye las cantdades de prduct y aumentan las de reactvs, el equlbr se desplaza haca la zquerda al aumentar la temperatura, est ndca que la reaccón es extérmca ( H < 0, de rma que para cntrarrestar un aument de temperatura se tene que desplaza haca la zquerda que el sentd endtérmc de la reaccón. c. Pr ser una reaccón hmgénea en ase gas y dsmnur el númer de mles gasess al pasar de reactvs S < 0 a prducts, el sstema se esta rdenand, pr l tant ( d. < 0 G T S: S < 0 A Temperatura bajas ( T < T eq, H < T S G < 0 eaccón espntánea A Temperatura altas ( T eq T >, H > T S G > 0 eaccón n espntánea Mdel 04. Pregunta 4B.- La cmbustón del dbran (B H curre según la sguente reaccón: B H (g + O (g B O (s + H O (g a Calcule la entalpía de la reaccón de cmbustón. b Calcule la energía que se lbera cuand reaccnan 4,0 g de B H. c Qué dat adcnal necestaría para calcular la entalpía de rmacón del dbran gases s sl dspusera de la entalpía de cmbustón del dbran (g y de las entalpías de rmacón del B O (s y del agua líquda? Dats. Masas atómcas: B 0,8; O,0; H,0. Entalpías de rmacón (en kj ml : B H (g 57; B O (s 7; H O (g 4. Puntuacón máxma pr apartad: 0,75 punts apartads a y c; 0,5 punts apartad b. Slucón. a. Pr ser la entalpía una uncón de estad, su varacón en una reaccón se puede calcular según: ν ( Prducts ν ( eactvs ( ( ( ( B H g B O s + ( H O( g ( [ ( BH g + ( O ( g ] 0 H C Tenend en cuenta que la entalpía de rmacón de ls element en estad natural en nula pr cnven, H. ( O ( g 0 0 ( B H ( g ( 7 + ( 4 [ ( ] 99 kj < 0 eaccón EXOTÉMICA H C b. B H (g + O (g B O (s + H O (g + 99 kj Según la ecuacón termquímca, pr cada ml de BH que se quema, se lberan 99 kj, pr l tant el calr que se lbera cuand se queman 4 grams es: kj m ( ( B H 4 g Q 99 n B H kJ ml M( BH 7, g ml c. Tenend en cuenta que en la reaccón de cmbustón el dbran el agua aparece en estad gases, y la entalpía que se da es de agua líquda, sera necesar cncer la entalpía de vaprzacón del agua ( HO( l HO( g, para pder aplcar la ley de Hess.

2 Septembre 0. Pregunta B4.- Sabend que, en cndcnes estándar, al quemar,5 g de etanl se desprenden 75 kj y al hacer l msm cn,5 g de ácd acétc se btenen kj, calcule para el prces: CH CH OH (l + O (g CH COOH (l + H O (l a Ls calres de cmbustón mlares de etanl y ácd acétc. b El valr de de la reaccón del enuncad. c El valr de U de la reaccón del enuncad. Dats. 8, J ml K. Masas atómcas: H, C y O. Puntuacón máxma pr apartad: 0,75 punts apartads a y b; 0,5 punts apartad c. Slucón. kj 4 g CH a. ( CHOH HC CH CHOH kj ml,5 g CH CH OH ml CH CH OH H C ( CH COOH 840 kj ml kj,5 g CH COOH 0 g CH ml CH COOH COOH b. Las reaccnes de cmbustón de ests cmpuests sn: CH CHOH( l + O ( g CO( g + HO CH COOH( l + O( g CO( g + HO Para btener la reaccón del enuncad cmbnams las reaccnes de cmbustón. CH CH eaccón extérmca. CO CHOH( l + O ( g CO( g + H ( g + H O CH COOH( l + O ( g CH OH l c. Pr dencón de entalpía: Uº ( + O ( g COOH( l + H O 540 kj ml Hº Uº + PV nt Uº + n g O ( PV 80 kj ml kj ml Hº Uº + ( nt ( T Uº º n( g T n( g 0 º ( T º + T , ,5 kj ml Jun 0. Pregunta 4A.- El prpan es un de ls cmbustbles ósles más utlzads. a Frmule y ajuste su reaccón de cmbustón. b Calcule la entalpía estándar de cmbustón e ndque s el prces es extérmc endtérmc. c Calcule ls ltrs de dóxd de carbn que se btenen, medds a 5 ºC y 70 mm de Hg, s la energía ntercambada ha sd de 5990 kj. Dats. 0,08 atm L ml K. Energías medas de enlace (kj ml : (C C 47; (C H 45; (O H 40; (OO 494 y (CO 70. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts apartad a; 0,75 punts apartads b y c Slucón. a. H + 5O CO 4H O C 8 + b. Para calcular la entalpa de reaccón pr entalpa de enlace, es cnvenente escrbr las estructuras de ls cmpuests que ntervene de rma desarrllada ya que: E ( ts ( Frmads E H E H eaccón extérmca [ ] ( C C + 8 E ( C H + 5 E ( O O E ( C O + 4 E ( O H [ ] 57 kj ml

3 atm L ml 0,08 98 K c. Un ml en cndcnes estándar cupa V ml K 4,44 L atm Pr actres de cnversón: ml CH8 ml CO,44 L CO V CO 5990 kj 78, L CO 57 kj ml CH8 ml CO ( Mdel 0. Pregunta A.- Cuand se trata agua líquda cn exces de azure sóld en un recpente cerrad, a 5 ºC, se btenen ls gases sulur de hdrógen y dóxd de azure. d. Indque el sgn de la varacón de entrpía del prces Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. d. Tenend en cuenta que S(gases > S (líquds > S (sólds y que la entrpía en una uncón de estad y pr tant sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales: S S S 0 Prducts eactvs > Mdel 0. Pregunta 4A.- En un acuar es necesar que haya una certa cantdad de CO dsuelt en el agua para que las plantas sumergdas puedan realzar la tsíntess, en la que se lbera xígen que ayuda a su vez a la respracón de ls peces. S supnems que en la tsíntess el CO se transrma en glucsa (C H O : a. Frmule y ajuste la reaccón glbal del prces de la tsíntess. d. Determne la entalpía de reaccón del prces de la tsíntess. Dats. Entalpías de rmacón (kj ml : agua (l 8; CO (g 94; glucsa (s 7 Masas atómcas: C ; H ; O. 0,08 atm L ml K. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. CO + HO CHO + O d. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. ν ( Prducts ν ( eactvs [ CO + HO ] 7+ 0 ( 94 + ( 8 ( C H O + ( O ( ( eaccón endtérmca [ ] 809 kj ml Septembre 0. Pregunta A4.- La levadura y trs mcrrgansms ermentan la glucsa a etanl y dóxd de carbn: C H O (s C H 5 OH (l + CO (g a Aplcand la ley de Hess, calcule la entalpía estándar de la reaccón. b Calcule la energía desprendda en la btencón de 4, g de etanl a partr de glucsa. c Para que temperaturas será espntánea la reaccón? azne la respuesta. Dats. Entalpías de cmbustón estándar (kj ml : glucsa 8; etanl 7. Masas atómcas: C ; H ; O. Puntuacón máxma pr apartad: punt apartad a; 0,5 punts apartads b y c. Slucón. a. Cmbnand lnealmente las reaccnes de cmbustón de la glucsa y del etanl, se btene la reaccón de ermentacón de la glucsa. CHO s + O g CO g + HO l 8 kj ml CH5OH l + O g CO g + HO l 7 kj ml Cmbustón de glucsa: ( ( ( ( Cmbustón de etanl: ( ( ( ( Invrtend la reaccón de cmbustón del etanl, multplcand pr ds y sumand la de cmbustón de glucsa se btene la reaccón de ermentacón de la glucsa. CHO( s + O( g CO( g + HO( l 8 kj ml [ CO( g + HO( l CH5OH( l + O ( g + 7 kj ml ] CHO( s CH5OH( l + CO( g 79 kj ml eaccón extérmca.

4 b. Medante la ecuacón termquímca, se busca el actr de cnversón entre el calr desprendd y el etanl rmad. C HO ( s CH5OH( l + CO( g + 79 kj Q 79 ml kj Q 9,5 n( CH5OH CH5OH kj ml kj m( C H OH kj 4, g Q 9,5 9,5,95 kj se desprenden M( 5 ml CH5OH ml 4 g ml c. La espntanedad de una reaccón químca se relacna cn el sgn de la energía lbre S G > 0, reaccón n espntánea S G 0, reaccón en equlbr S G < 0, reaccón espntánea G T S Para cncer el sgn de la varacón de energía lbre se necesta al mens saber ls sgns de las varacnes de entalpía y entrpía. eaccón extérmca, H < 0 Para estmar el sgn de la varacón de entrpía se tene en cuenta que en la reaccón un sóld (C H O, se transrma en un líqud (C H 5 OH y un gas (CO, aumentand en el prces el grad de desrden, y pr tant aumentand la entrpía, S > 0. < 0 G T S : : G < 0 a cualquer T G > 0 La reaccón es espntánea a cualquer temperatura Jun 0. Pregunta 4A.- El métd de Berthelt para la btencón del bencen (C H cnsste en hacer pasar acetlen (etn a través de un tub de prcelana calentad al rj: a Escrba y ajuste la reaccón de btencón. b Determne la energía (expresada en kj que se lberan en la cmbustón de gram de bencen. c Calcula º de la reaccón de rmacón del bencen a partr del acetlen. Dats. Masas atómcas: H y C. Entalpías de cmbustón (kj ml : Acetlen: 00; Bencen: 70. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts apartad a y b y punt apartad c. Slucón. C H g C H g a. ( ( b. Para hacer este apartad, recmend escrbr la ecuacón termquímca de cmbustón. 5 C H + O CO + H kj La ecuacón termquímca permte btener el actr de cnversón entre el bencen y el calr despendd. Q 70 Q 70 n( CH CH m ( ( CH Q 70 n CH 70 M( C g H + 78 M( CH ml g Q 70 kj 4,9 kj se desprenden ml 78 g ml c. Para calcular º de la reaccón de btencón de bencen pr el métd de Berthlet, se aplca la ley de Hess, empleand las reaccnes de cmbustón del bencen y acetlen. 4

5 5 CH + O CO + HO 5 CH + O CO + HO º 70 kj º 00 kj Para btener la reaccón del métd de Berthlet, se nverte el rden de la ecuacón de cmbustón del bencen multplcand pr (, se multplca la reaccón de cmbustón de acetlen pr y se suman las ecuacnes 5 CO + HO CH + O º + 70 kj CH + O CO + HO º 900 kj CH CH º 0 kj Mdel 0. Pregunta 4B.- Se quema bencen en exces de xgen, lberand energía. a Frmule la reaccón de cmbustón del bencen. b Calcule la entalpía de cmbustón estándar de un ml de bencen líqud. c Calcule el vlumen de xgen, medd a 5 ºC y 5 atm, necesar para quemar L de bencen lqud. d Calcule el calr necesar para evaprar 0 L de bencen líqud. Dats. º (kj ml : bencen (l 49; bencen (v 8; agua (l 8; CO (g 9. Densdad bencen (l 0,879 g cm. Masas atómcas: C ; H ; 0,08 atm L ml K Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. 5 C H l + O g CO g + HO l a. ( ( ( ( b. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales, aplcad a una reaccón: p ( prducts r ( reactvs C ( ( ( ( ( ( ( ( C H l CO g + H O l C H l + ( O ( g H C eaccón extérmca kj ml ( ( ( ( ( C H l c. Pr estequmetra de la reaccón: 5 O ( ( ( 5 5 m C H 5 V C H d CH n O n CH CH M( CH M( CH cm 0,879 gr cm 84,5 ml 78 gr ml ( ( Cncds el númer de mles, el vlumen se calcula medante la ecuacón de gases deales. atm L 84,5 ml 0,08 98 K n ( ( O T V O ml K 4 L P 5 atm d. H ( l C H ( v C H Vaprzacón CH v eaccón endtérmca n( C H Q n v ( H ( H ( ( ( C H ( l kj ml ( H d( CH M( C H m C V C 0000 cm 0,879 gr cm,7 ml M C 78 gr ml 5

6 Q,7 ml 4 kj ml 8,5 kj Para evaprar 0L de bencen hay que aprtar 8,5 kj. Septembre 0. Pregunta 4A.- El acetlen etn (C H se hdrgena para prducr etan. Calcule a 98 K: a La entalpía estándar de la reaccón. b La energía de Gbbs estándar de reaccón. c La entrpía estándar de reaccón. d La entrpía mlar del hdrgen. Dats a 98 K º / kj ml Gº / kj ml Sº / J ml K C H C H 85 0 Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. CH + H CH a. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales, para una reaccón químca: p ( Prducts r ( eactvs r y p sn ls cecentes estequmétrcs de reactvs y prducts. H ( CH [ ( CH + ( H ] 85 ( kj ml eaccón extérmca. Pr tratarse de un element en estad natural, H ( H 0 b. La energía de Gbbs es una uncón de estad, y su varacón en una reaccón tambén se hace cm derenca entre prducts y reactvs. G p G ( Prducts r G ( eactvs G G ( CH [ G ( CH + G ( H ] ( kj ml eaccón espntánea Pr tratarse de un element en estad natural, G ( H 0 c. Aunque la entrpía tambén es una uncón de estad, su varacón en la reaccón n se puede hacer cm derenca entre prducts y reactvs ya que descncems el valr de la entrpía mlar de hdrógen, pr l que la calculams pr la dencón de energía Gbbs. ( G T S ; G 4 S 0,5 kj ml K T 98 S 5 J ml K El sstema se rdena d. La entrpía mlar del hdrógen se despeja de la expresón: S p S Prducts r S eactvs Sº ( H Sº ( C H Sº ( C H ( ( ( C H [ Sº ( C H Sº ( H ] S Sº + ( S 0 00 ( 5 (,5 J ml K Septembre 0. Pregunta B.- Cnsdere ls prcess de lcuacón del hdrgen: H (g H (l, l,0 kj ml ; y de cmbustón del msm gas: H (g + ½ O (g H O(g, c 4 kj ml. Justque s las sguentes armacnes sn verdaderas alsas: a En ambs prcess S<0. b Ambs prcess sn espntánes a cualquer temperatura. c Para la cmbustón H (l + O (g H O(g se tene c 4 kj ml. d La energía de cada enlace O H es 4/ kj ml. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. Verdader. En ambs prces dsmnuye el númer de mles gasess ( n(g<0, dsmnuyend el desrden del sstema y pr tant dsmnuye la entrpía el sstema.

7 b. Fals. En ambs prces y S tenen el msm sgn (negatvas, pr l que la espntanedad del prces depende de la temperatura. Pr ser ambas negatvas, a bajas temperaturas G<0 y el prces será espntáne, a altas temperaturas G>0 y el prces será n espntáne. c. Verdader. Aplcand Hess: H g + O g H ( ( ( l H ( g ( l + O ( g H O 4 + 4kJ ml H H O C + kj ml d. Fals. Cnsdera nulas las entalpías de enlace H H y OO. E l 4 kj ml ( ts ( Frmads ( H H + ( O O ( H 0 E E E ( H O ( H H + ( O O E Jun 0. Pregunta 4A.- La entalpía de cmbustón de un hdrcarbur gases C n H n+ es de 0 kj ml. Calcule: d La órmula mlecular de este hdrcarbur. e La energía desprendda en la cmbustón de 50 L de este gas, medds a 5 ºC y l atm. La masa de H O ( que se btendrá en la cmbustón anterr. Dats. 0,08 atm L ml K. Entalpías de rmacón (kj ml CO (g 9; H O ( 8; C n H n+ (g 0. Masas atómcas: H ; O. Puntuacón máxma pr apartad: a punt; b y c 0.5 punts. Slucón. a. Para cncer la rmula mlecular del hdrcarbur se necesta cncer el valr de n. El valr de n se btene del cálcul de la entalpía de reaccón a partr de las entalpías de rmacón de tds ls cmpuests que ntervenen en el prces. La reaccón de cmbustón del hdrcarbur en uncón de n es: n + C n H n+ ( g + O ( g n CO ( g + ( n + H O( l La entalpía de la reaccón se calcula cm derenca de la suma de las entalpías de rmacón de prducts mens la suma de las entalpías de rmacón de reactvs multplcadas pr sus cecentes estequmétrcs. p ( prducts r ( reactvs p ; r cecentes estequmétrcs ( 9 + ( n + ( 8 ( 0 0 n 79 n 040 : n E E E La rmula mlecular del hdrcarbur es C H 8 b. C H8 ( g + 5 O ( g 5 CO ( g + 4 H O( l + 0 kj Tenend en cuenta que la entalpía de la reaccón esta calculada para un ml de hdrcarbur, el calr desprendd en el prces se puede calcular según: Q n ( C H 8 Ls mles de hdrcarbur gases se calculan medante la ecuacón de gases deales. P V atm 50 L Q n( C H8,05 ml T atm L 0,08 98 K ml K Q,05 ml ( 0 kj 454,5 kj ml 7

8 c. La relacón exstente entre el hdrcarbur y el agua en el prces de cmbustón es de a 4, pr cada ml de hdrcarbur se rman 4 mles de agua n( H 0 4 n( CH8 4,05 8, ml gr ( H 0 n( H 0 M( H 0 8, ml 8 47, g ml Jun 0. Pregunta B.- Indque s las sguentes armacnes sn verdaderas alsas, justcand en cada cas su respuesta: a. S una reaccón es endtérmca y se prduce un aument de rden del sstema entnces nunca es espntánea. b. Una reaccón A + B C + D tene 50 kj y una energía de actvacón de 50 kj, pr tant la energía de actvacón de la reaccón nversa es de 00 kj. Puntuacón máxma pr apartad: 0.5 punts. Slucón. a. Verdader. El crter de espntanedad de una reaccón químca es uncón del sgn de la varacón de energía lbre que se prduce en ella ( G < 0 reacc espntánea ; G > 0 reacc n espntánea endtérmca ( H > 0 ; s en la reaccón aumenta el rden, dsmnuye el desrden ( S < 0. S la reaccón es, y tenend en cuenta que G T S, para la reaccón prpuesta G > 0 a cualquer temperatura, reaccón n espntánea. c. Fals. La armacón que se realza n tene pr que ser necesara. En reaccnes cn S pstv y endtérmcas ( > 0, a temperaturas superres a la temperatura de equlbr, la varacón de energía lbre es negatva y pr tant la reaccón es espntánea. Mdel 0. Prblema A.- Para la reaccón PCl 5 PCl + Cl, calcule: a La entalpía y la energía Gbbs de reaccón estándar a 98 K. b La entrpía de reaccón estándar a 98 K. c La temperatura a partr de la cual la reaccón es espntánea en cndcnes estándar. d Cual es el valr de la entrpía mlar del Cl? Dats a 98 K. Dats a 98 K. º / kj ml Gº / kj ml Sº / J ml K PCl 5 74,9 05,0 5 PCl 87,0 7,8 Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. Pr ser uncnes de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. ( p Prducts r ( eactvs eaccón endtérmca. G G eaccón n espntánea ( ( ( ( PCl + Cl PCl 87,0 74,9 87,9 kj ml G 44 0 p G 5 ( Prducts r G ( eactvs ( ( ( ( PCl + G Cl G PCl 7,8 05,0 7, kj ml 44 0 b. La entrpía de la reaccón n se puede calcular pr la expresón prducts mens reactvs ya que n se dspne de la entrpía mlar del Cl, se puede calcular pr la dencón de energía lbre. G T S ; G 87,9 7, S 0,70kJ ml K T 98 S 70, J ml K En el prces aumenta el desrden 5 8

9 c. Tenend en cuenta que la varacón de entrpía y de entalpía tenen el msm sgn, el sgn de la energía lbre depende de la temperatura, y pr cnsguente, la espntanedad del prces tambén depende de la temperatura. Pr ser las varacnes de entalpía y entrpía pstvas, la reaccón será espntánea a temperaturas superres a la temperatura de equlbr. Temperatura de equlbr ( G 0. 87,9 G Teq S 0 : Teq 5,8 K S 70, 0 La reaccón es espntánea a T > 5,8 K d. La entrpía mlar del Cl se puede btener de la entrpía de la reaccón. S p S Prducts r S eactvs Sº ( ( S Sº ( PCl + Sº ( Cl Sº ( PCl 5 5 K ( Cl S + Sº ( PCl Sº ( PCl 70, + 5,J ml Mdel 0. Cuestón B.- Cnsderand la ecuacón termquímca de evapracón del agua: H O (l H O (g, y tenend en cuenta que para evaprar agua lquda es necesar calentar, justque utlzand crters termdnámcs las sguentes armacnes (tdas ellas verdaderas: a S a presón atmsérca la temperatura se eleva pr encma de la temperatura de ebullcón se tene úncamente vapr de agua. b S a la temperatura de ebullcón del agua se aumenta la presón, el vapr de agua se cndensa. c La evapracón del agua tene Sº > 0. d El camb de energía nterna del prces es menr que el camb de entalpía. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. El prces de ebullcón del agua (H O (l H O (g es endtérmc ( > 0 y curre cn aument de desrden ( S > 0, en estas cndcnes el prces es espntáne a temperaturas superres a la temperatura de equlbr, que en este cas crrespnde a la temperatura de ebullcón. S aumentams la temperatura pr encma de la temperatura de ebullcón, el sstema deja de estar en equlbr y evlucna de rma espntánea desplazándse a la derecha hasta que tda el agua lquda desaparece, quedand sl vapr de agua. b. Desde el punt de vsta termdnámc, a la temperatura de ebullcón, el sstema se encuentra en equlbr ( G 0, s se aumenta la presón, aumenta la entalpía ( U + (PV y el sstema deja de estar en equlbr, s aumenta, G > 0, y el prces de ebullcón deja de ser espntáne, pasand a ser espntáne el prces de cndensacón (pr ser el nvers, cndensándse el vapr Desde el punt de vsta de equlbr, tenend en cuenta la ley de Le Chateler, ante un aument de presón, el sstema evlucna haca dnde menr vlumen gases cupe, cntrarestand la perturbacón y reestablecend el equlbr, es decr, haca el agua lquda (H O (l H O (g. c. En el prces de ebullcón del agua, n(g > 0, pr l tant aumenta el desrden y cn el la entrpía. d. H U + ( PV ( PV n( g T : U + n( g T H O (l H O (g n(g 0 H U + T Tenend en cuenta que T > 0, > U Septembre 0. FM. Prblema la.- El etanl se utlza cm alternatva a la gaslna en alguns mtres de vehículs. a Escrba la reaccón ajustada de cmbustón del etanl para dar dóxd de carbn y agua, y calcule la energía berada cuand se quema una cantdad de etanl sucente para prducr 00 L de dóxd de carbn, medd atm y 5 C 9

10 b Calcule la energía necesara para rmper tds ls enlaces de una mlécula de etanl, expresand el resultad en ev. Dats. N a,0 0 ml ; ev, 0 9 J; 0,08 atm L ml K Energías de enlace ( kj ml, C C : 47; C O : 5; C H : 44; O H : 40 ( kj ml :etanl ( l 77,; agua ( l 85,8; dóxd de carbn ( g 9,5 Puntuacón máxma pr apartad: punts. Slucón. a. Etanl CH CH OH CH5OH H OH l + O ( ( g CO ( g H O( l C 5 + Entalpía de reaccón: H p ( Prducts r ( eactvs H eaccón extérmca. ( ( ( ( CO g + H O l ( C H OH( l + ( O ( g ( 9,5 + ( 85,8 [ 77,],8 kj ml Para calcular el calr lberad cuand se han prducd 00 L de CO es cnvenente rmular la ecuacón termquímca y establecer ls actres de cnversón necesars. H OH l + O g CO g + H O l,8 ( ( ( ( kj C 5 + Q,8,8 kj ; Q n( CO CO ml Tenend en cuenta el estad de agregacón del dóxd de carbn, se calcula el calr lberad en el prces:,8 P V( CO,8 00 Q 79,7 kj T 0,08 98 b. Para calcular la energía necesara para rmper tds ls enlaces de una mlécula de etanl, es cnvenente representar su rmula desarrllada. E E ( C C + 5E( C H + E( C O + E( O H E kj ml kj J ml ev E 8 0,5 ev ml kj,0 0 atm 9, 0 J at Septembre 00. FM. Cuestón B.- La síntess del amnac según la reaccón en ase gasesa, N + H NH, es un buen ejempl para derencar actres cnétcs y termdnámcs. a Escrba la expresón para calcular la entalpía de esta reaccón en uncón de las entalpías de rmacón y justque que dcha reaccón es extérmca. b Justque, desde el punt de vsta termdnámc, que dcha reaccón está avrecda a bajas temperaturas. Dat. H ( NH < 0 Puntuacón máxma pr apartad: 0.5 punts. Slucón. a. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl sn uncón de las cndcnes ncales y nales. Entalpía de reaccón: H p ( Prducts r ( eactvs [ ( N g + ( H ( g ] ( NH ( g ( H 0

11 Tenend en cuenta que pr cnven, la entalpía de rmacón de ls elements en estad natural es ( 0 cer ( N ( g ( H ( g negatva: H eaccón extérmca., y según ls dats del enuncad, la entalpía de rmacón del amnac es ( NH ( g [ 0 + 0] ( NH ( g 0 < H b. El crter de espntanedad de una reaccón químca es el sgn de la varacón de energía lbre. G T S En el apartad anterr se ha demstrad que la reaccón es extérmca ( < 0, y además, tenend en cuenta que en el prces dsmnuye el númer de mles gasess, la varacón de entrpía tambén es negatva ( S < 0, el sstema se rdena. En las reaccnes en las que la varacón de entalpía y entrpía tenen el msm sgn, la espntanedad de la reaccón depende de la temperatura, a temperatura baja, G < 0 y el prces es espntáne, mentras que a temperatura alta G > 0 y el prces es n espntáne. Desde el punt de vsta termdnámc, la reaccón es espntánea a bajas temperaturas, send a estas temperaturas cuand la reaccón este avrecda Septembre 00. FM. Cuestón B.- Cnsdere las sguentes reaccnes químcas: (I A + B C; I 45 kj ; (II A D + E; II + 50 kj a Dbuje un dagrama entálpc para cada una de las reaccnes, justcand ls dbujs. S < 0, ndque b Cnsderand que las ds reaccnes anterres tenen varacón de entrpía negatva ( raznadamente cuál de ellas n puede ser espntánea a nnguna temperatura. Puntuacón máxma pr apartad: punt. Slucón. a. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl sn uncón de las cndcnes ncales y nales. Entalpía de reaccón: H p Para la reaccón I: p Para la reaccón II: p ( Prducts r ( eactvs r ( Prducts r ( eactvs < 0 ( Prducts < ( eactvs H p p H ( C < ( A + ( B ( Prducts r ( eactvs > 0 ( Prducts > r ( eactvs ( D + ( E < ( A b. Para que la espntanedad de la reaccón n depende de la temperatura ls sgns de la varacón de entalpía y varacón de entrpía debe ser dstnts, presentándse ds cass derentes: > 0. : G T S > 0 a cualquer temperatura eaccón n espntánea a cualquer temperatura. S < 0 < 0. : G T S < 0 a cualquer temperatura eaccón espntánea a cualquer temperatura. S > 0

12 La reaccón II cumple las cndcnes necesaras para n ser espntánea a cualquer temperatura II > 0 : G II T S > 0 N espntánea a cualquer temperaatura SII < 0 Septembre 00. FG. Prblema A.- Para el prces Fe O + Al AlO + Fe, calcule: a La entalpía de reaccón en cndcnes estándar. b La cantdad de calr que se desprende al reaccnar g de Fe O cn cantdad sucente de alumn. c La masa de óxd de alumn btend en la reaccón del apartad anterr. Dats. Al + / O Al O, - º 7 kj ml Fe + / O FeO, º 8 kj ml Masas atómcas: Fe 5; O ; Al 7 Puntuacón máxma pr apartad: 0.75 punts apartads a y b y 0.5 punts apartad e Slucón. a. La entalpía del prces de reduccón de Fe + cn Al, se calcula medante la Ley de Hess, nvrtend la reaccón de xdacón del Fe y sumándla cn la reaccón de xdacón del alumn. eaccón extérmca. b. La ecuacón termquímca del prces es: Fe O + Al Al O + Fe + 8 kj Según la estequmetra del prces Q 8 kj kj kj g Q 8 n Fe O 8 8, kj se FeO ml ml ml 0 g ml : ( desprenden c. Pr estequmetra: Fe O + Al AlO + Fe Al O ml : n( Al O n( FeO 0, ml FeO ml m Al O n Al O M Al O 0, ml 0 g 0, ml ( ( ( g Septembre 00. FG. Cuestón lb.- Cnsdere las ds reaccnes sguentes en las que tdas las especes sn gases deales: (I A B + C (II X Y + Z a Escrba para cada una de ellas la relacón exstente entre su varacón de entalpía y su varacón de energía nterna. b Indque raznadamente cuál de ellas tendrá mayr varacón de entrpía. Puntuacón máxma pr apartad: punt. Slucón. a. Pr dencón, la entalpía de un prces es la suma de la varacón de energía nterna más el trabaj mecánc. H U + PV Supnend gas deal y trabajand a temperatura cnstante, el trabaj mecánc (PV se puede expresar en uncón de la varacón del númer mles gasess que hay en el prces. PV nt H U + ( PV : : U + n( g T ( PV n( g T ( eaccón I: n( g n( g P n( g H ( I U + n( g T U + T eaccón II: n( g n( g n( g 0 P

13 H ( II U + n( g T U + 0 T U b. La reaccón cn mayr ncrement de entrpía es la que mayr desrden cnlleva, puest que las reaccnes sn en ase gasesa, tendrá mayr aument de entrpía la que mayr ncrement del númer de mles tenga n( g I > n( g II 0 SI > SII Jun 00. FG. Prblema A.- Ls cmbustbles de autmóvl sn mezclas cmplejas de hdrcarburs. Supngams que la gaslna respnde a la órmula C 9 H 0, cuy calr de cmbustón es c 0 kj ml, mentras que el gasl respnde a la órmula C 4 H 0, cuy calr de cmbustón es c 7940 kj ml. a Frmule las reaccnes de cmbustón de ambs cmpuests y calcule la energía lberada al quemar 0 L de cada un. b Calcule la masa de dóxd de carbn lberada cuand se queman 0 L de cada un. Dats. Masas atómcas: C ; H ; 0. Densdades: gaslna 78 g L ; gasl 7 g L Puntuacón máxma pr apartad: a y c 0,75 punts; b 0,5 punts. Slucón. a. Se trata de ajustar reaccnes de cmbustón de hdrcarburs.. Se ajusta el carbn cn el CO : Gaslna: Gasl: C 9 H 0 (l + O (g 9 CO (g + H O (l C 4 H 0 (l + O (g 4 CO (g + H O (l. Se ajusta el hdrógen cn el H O: Gaslna: Gasl: C 9 H 0 (l + O (g 9 CO (g + 0 H O (l C 4 H 0 (l + O (g 4 CO (g + 5 H O (l. Se ajusta el xígen cn el O : Gaslna: Gasl: C 9 H 0 (l + 4 O (g 9 CO (g + 0 H O (l C 4 H 0 (l +,5 O (g 4 CO (g + 5 H O (l Cncd el calr de cmbustón para la gaslna y el gasl pr ml de cmbustble, se puede calcular la energía desprendda al quemar 0 L de cada cmbustble. Q n Cmbustble ( C Para la gaslna: V 0 L : m( Gaslna V d 0 L 78 g L 780 g d 78 g L m ( ( Gaslna 780 g n Gaslna M C H g ,09 M( Gaslna ml 8 g ml Q n ( ml ( Gaslna ( Gaslna 5,09 ml 0 kj ml kj C Para el gasl: V 0 L : m( Gasl V d 0 L 7 g L 70 g d 7 g L m ( ( Gasl 70 g n Gasl M C H g ,54 M( Gasl ml 98 g ml Q n b. Se puede hacer de ds rmas: Pr estequmetra: ( ml ( Gasl ( Gasl 8,54 ml 7940 kj ml ,7 kj C

14 - Gaslna: C CO 9 H 0 C 9 H 0 (l + 4 O (g 9 CO (g + 0 H O (l 9 n CO 9 n C9H 0 9 5,09 504,8 ( ( ml m g <> ml - Gasl: ( CO n( CO M( CO 504,8 ml 44, g, kg CO C CO 4 H 0 C 4 H 0 (l +,5 O (g 4 CO (g + 5 H O (l 4 n CO 4 n C4H00 4 8,54 59,5 ( ( ml m g <> ml ( CO n( CO M( CO 59,5 ml , g,7 kg CO Pr actres de cnversón: - Gaslna: 9 g C 44 g CO m <> * 8 g C g C 9H 0 * Masa mlecular de C 9 H g ( CO 780 g C9H 0 g CO, kg CO - Gasl: m g C 44 g CO * 98 g C4H0 g C <> CO * Masa mlecular de C 4 H g ( CO 70 g C H 78 g CO,7 kg Jun 00. FG. Prblema la. Sabend que se desprenden 890,0 kj pr cada ml de CO prducd según la sguente reaccón: CH 4 (g + O (g CO (g + H O (, calcule: a La entalpía de rmacón del metan. b El calr desprendd en la cmbustón cmpleta de un kg de metan. c El vlumen de CO, medd a 5 C y atm, que se prduce en la cmbustón cmpleta de kg de metan Dats. 0,08 atm L ml K ; Masas atómcas: C ; H ; Entalpías de rmacón estándar (kj ml : H O ( 85,8; CO (g 9,5. Puntuacón máxma pr apartad: a y b 0,75 punts; c 0,5 punts. Slucón. a. Tenend en cuenta que pr cada ml de metan que se quema se btene un ml de CO, la entalpía de cmbustón del metan es de 890 kj ml (el sgn negatv es pr que se desprende. Pr ser la entalpía una uncón de estad y pr tant sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales (reactvs y nales (prducts y, cncda la entalpía de cmbustón del metan, su entalpía de rmacón se puede btener a partr de la reaccón de cmbustón. C ( CH4 p ( Pr ducts r ( e actvs 890 9,5 + ( 85,8 ( CH 4 H ( CH4 75, kj ml *Ls elements en estad natural tenen entalpía de rmacón nula. b. CH 4 (g + O (g CO (g + H O ( kj Según la estequmetra del prces termquímc: Q 890 Q 890 n( CH4 CH4 m ( ( CH 000 gr n CH 4 4,5 ml M( CH 4 gr ml 4

15 kj Q 890,5 ml 55.5 kj ml c. Según la estequmetra de la reaccón: CO n CO n CH4,5 CH4 ( ( ml Cncd el númer de mles de CO su vlumen se calcula medante la ecuacón de gases deales. atm L,5 ml 0,08 98 K nt PV nt ; V ml K 57,5 L P atm Jun 00. FM. Cuestón B El dagrama energétc adjunt crrespnde a una reaccón químca A B + C, para la cual S 0 J K y el valr abslut de la varacón de entalpía es H 45 kj. a Justque s la reaccón es espntánea a 5 C. Puntuacón máxma pr apartad: punt Slucón. a. La espntanedad de una reaccón está relacnada cn el sgn de la varacón de energía lbre del prces. - Sí G > 0. Prces n espntáne. - Sí G 0. Equlbr. - Sí G < 0. Prces espntáne G T S Según el dagrama energétc H(Prducts < H(eactvs, y pr ser una uncón de estad: H Prducts H eactvs < G 45 T 0 0 ( ( 0 H 45 kj La reaccón es espntánea a cualquer temperatura T < 0 a cualquer T Mdel 00. Prblema A.- En la reaccón de cmbustón del metanl líqud se prduce CO (g y H 0 (. Sabend que el metanl tene una densdad de 0,79 g cm, calcule: a La entalpía estándar de cmbustón del metanl líqud. b La energía desprendda en la cmbustón de L de metanl. c El vlumen de xígen necesar para la cmbustón de L de metanl, medd a 7 ºC y 5 atm. Dats. 0,08 atm L ml K. Masas atómcas: C ; 0 ; H. Entalpías estándar de rmacón en kj ml : metanl ( 9; CO (g 9; H 0 ( 94. Puntuacón máxma pr apartad: a y c 0,75 punts; b 0,5 punts. Slucón. a. eaccón de cmbustón del etanl: CH OH( l + O( g CO ( g + HO( l Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. ( Prducts r ( eactvs p Dnde p y r representan ls cecentes estequmétrcs de prducts y reactvs respectvamente. Aplcand a la reaccón prpuesta: C ( CHOH( l ( CO( g + ( HO( l ( CH( l + ( O( g 5

16 Dnde: H ( O( g 0, pr tratarse de un element en estad natural. C ( CHOH( l ( CO( g + ( HO( l ( CH( l 9 + ( 94 ( 9 74 kj ml eaccón extérmca. b. En este apartad recmend hacerl pr actres de cnversón medante la ecuacón termquímca del prces. CH OH( l + O( g CO( g + HO( l + 74 kj Q 74 kj kj Factr de cnversón: Q 74 n( CH OH CHOH ml ml( CHOH gr 0, cm kj m( CH OH kj dch OH V kj Q cm 88 kj ml M( CHOH ml M( CHOH ml gr ml En la cmbustón de L de metanl se desprenden 88 kj. Nta: El térmn desprender se puede cambar pr el sgn negatv que en este tp de prblema sl tene carácter cualtatv (+ se absrbe, se desprende. O CH OH c. Factr de cnversón: n( O n( CH OH gr 0, cm m ( ( CH OH dch OH V n CH OH cm 4,9 ml M( CHOH M( CHOH gr ml n( O n( CHOH 4,9 7,0 ml Medante la ecuacón de gases deales se btene el vlumen (PV nt. atm L 7,0 ml 0,08 0 K nt V ml K O 88,7 L P 5 atm Mdel 00. Cuestón B.- Cnsdere la cmbustón de tres sustancas: carbón, hdrógen mlecular y etan. a Ajuste las crrespndentes reaccnes de cmbustón. b Indque cuáles de ls reactvs prducts de las msmas tenen entalpía de rmacón nula. c Escrba las expresnes para calcular las entalpías de cmbustón a partr de las entalpías de rmacón. d Escrba la expresón de la entalpía de rmacón del etanl en uncón úncamente de las entalpías de cmbustón de las reaccnes del apartad a. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. s + O g CO g C a. - ( ( ( OH l - ( g + O ( g H O( l H - H ( + O ( g CO ( g H O( l C 5 + b. Pr cnven, tenen entalpía de rmacón nula tds ls elements en estad natural. H ( C( s ( O( g ( H( g 0 c. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales, pr tant se pueden calcular medante la expresón: H p ( Prducts r H ( eactvs Dnde r y p sn cecentes estequmétrcs de reactvs y prducts respectvamente.

17 ( C( s ( CO ( g ( C( s + ( O ( g ( CO ( g HC ( H ( g ( H O( l ( H ( g + ( O ( g ( H O( l HC - ( C H OH( l ( CO ( g + ( H O( l ( C H OH( l + ( O ( g C 5 ( CO ( g + ( H O( l ( C H OH( l d. Partend de la entalpía de cmbustón del etanl, se despeja la de rmacón, y se susttuyen las de rmacón de H O y de CO pr las de cmbustón de H y de C respectvamente. ( ( ( ( ( ( C CH5OH l CO g + HO l ( CH5OH( l H ( CH5OH( l ( CO( g + ( HO( l C( CH5OH( l H ( CH5OH( l C( C( s + C ( H( g C( CH5OH( l Septembre 009. Cuestón.- La reaccón de cmbustón cmpleta de un hdrcarbur saturad es: n + C n H n+ + O n CO + ( n + H O. Justque las sguentes armacnes: a S tds ls hdrcarburs tuvesen gual valr de entalpía de rmacón, se desprendería mayr cantdad de energía cuant mayr uera el valr de n. b El valr de la entalpía de reaccón n camba s la cmbustón se hace cn are en lugar de xígen. c Cuand la cmbustón n es cmpleta se btene CO y la energía que se desprende es menr. d El estad de agregacón del H O aecta al valr de la energía desprendda, send mayr cuand se btene en estad líqud. Dats. H ( kj ml : CO 9; CO 0, H O(q 85, H O(vap 4. Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. Verdader. H C n ( CO + ( n + ( HO ( CnHn+ Al aumentar n, y tenend en cuenta que H ( CO y H ( HO sn negatvas, la entalpía de cmbustón del hdrcarbur se hará más negatva, pr l tant la reaccón será más extérmca, y desprenderá más energía. b. Verdader. La entalpía es una uncón de estad, su varacón en una reaccón químca sl depende de las entalpías de rmacón de ls reactvs y prducts que ntervenen en la reaccón, ls cuales n varían s en vez de usar xígen pur se utlza are ya que el ntrógen que lleva el are permanece nerte durante el prces de cmbustón del hdrcarbur. c. Verdader. Pr ser mayr la entalpía de rmacón del CO que del CO, la entalpía de cmbustón cuand se rma CO será mayr que cuand se rma CO, pr l tant la reaccón será mens extérmca y se desprenderá mens energía. d. Verdader. S el agua se btene en estad líqud, la entalpía de cmbustón es menr debd a que H ( HO( lq < ( HO( vap, send la reaccón más extérmca y pr tant se desprende más energía. S el agua se desprende en rma de vapr, parte de la energía se perde en el estad de agregacón del agua, que en estad de vapr almacena más energía que en estad líqud. De hech lanzar a la atmósera vapr de agua es una perdda energétca. Septembre 009. Prblema A.- Un de ls métds de prpulsón de msles se basa en la reaccón de la hdracna, N H 4 (l, y el peróxd de hdrógen, H O (l, para dar ntrógen mlecular y agua líquda, send la varacón de entalpía del prces 4 kj ml. a Frmule y ajuste la reaccón que tene lugar. 7

18 b Cuánts ltrs de ntrógen medds a 0 C y 50 mm de mercur se prducrán s reaccnan 8 g de N H 4 (? c Qué cantdad de calr se lberará en el prces? d Calcule la entalpía de rmacón de la hdracna, N H 4 (. Dats. 0,08 atm L K ml ; º (H O, 87,8 kj ml ; º (H O, 4,8 kj ml Masas atómcas: H ; N 4. Puntuacón máxma pr apartad: 0.5 punts. Slucón. H l + H O l N g 4H O l N 4 + a. ( ( ( ( b. Partend de la reaccón ajustada, se busca el actr de cnversón de hdracna (N H 4 en ntrógen (N, que ns permte calcular el númer de mles de ntrógen rmad cncds ls mles de hdracna que reaccnan. N n( N n( NH4 NH4 m ( ( N H 8 g n N H ml M( NH4 gr ml Cncds ls mles de ntrógen rmads, medante la ecuacón de gases deales se calcula el vlumen cncdas las cndcnes de presón y temperatura. atm L 4 ml 0,08 9 K n T P V n T : V ml K 40,8 L P 50 atm 70 c. Ecuacón termquímca (eaccón extérmca N H4( l + HO( l N( g + 4HO( l + 4 kj Q 4 kj kj Q 4 n NH4 4 4 ml 57 NH4 ml ml El sgn negatv sl tene valr cualtatv, ndcand que el calr se desprende. : ( kj d. Tenend en cuenta que la entalpía es una uncón de estad, y pr tant sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales, cncda la varacón de entalpía de la reaccón se puede calcular la entalpía de rmacón de la hdracna. H ( N( g + 4 ( HO( l ( ( NH4( l + ( HO( l Tenend en cuenta que el N (g es un element en estad natural, H ( N( g 0 H 4 ( HO( l ( NH4( l ( HO( l Despejand la entalpía de rmacón de la hdracna: H ( NH4( l 4 ( H O( l ( H O ( l H NH4( l 4 4,8 87,8 4 5,4 kj. Endtérmc ( ( ( ( a Jun 009. Prblema A.- Para la reaccón NO (g + O (g N0 (g a Calcule la entalpía de reaccón a 5 C. b Calcule hasta qué temperatura la reaccón será espntánea, sabend que para esta reaccón Sº 4,4 J K. c S reaccnan L de NO, medds a 9K y, atm, cn exces de O Cuánt calr se desprenderá? Dats. º (NO, g 90, 5 kj ml ; º (N0, g, 8 kj ml ; 0,08 atm L K ml Puntuacón máxma pr apartad: a y b 0,75 punts; e 0.5 punts Slucón. a. La entalpía es una uncón de estad y pr tant sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. Para una reaccón químca: p ( Prducts r ( eactvs 8

19 dnde r y p se reeren a ls cecentes estequmétrcs. NO (g + O (g N0 (g H ( NO [ ( NO + ( O ] H ( O 0 Pr cnven, la entalpía de rmacón de ls elements en estad natural es cer. ( 90,5 4,4 kj ml H,8 eaccón extérmca. b. El crter de espntanedad de las reaccnes se asca al sgn de la varacón de energía lbre. G T S S G < 0 eaccón espntánea. S G 0 eaccón en equlbr. S G > 0 eaccón n-espntánea. En reaccnes en las que ls sgns de las varacnes de entalpía y entrpía cncdan (ls ds pstvs ó ls ds negatvs, el sgn de la varacón de energía lbre dependerá de la temperatura y pr tant la espntanedad de la reaccón tambén. Para reaccnes extérmca ( < 0 cn dsmnucón de entrpía ( S < 0, la espntanedad de la reaccón dsmnuye a medda que aumenta la temperatura, pasand a n espntáneas para temperatura superres a la de equlbr. Temperatura de equlbr: G 0 TEq S T Eq 4,4 kj ml S 4,4 0 kj ml K 779, K Para T > 779, K reaccón n espntánea c. Pr actres se cnversón y a partr de la ecuacón termquímca: NO (g + O (g N0 (g + 4,4 kj Q 4,4 4,4 Q n( NO NO P V, atm L n NO 0, T atm L 0,08 9 K ml K 4,4 Q 0, 5,7 kj se desprenden ( ml Mdel 009. Cuestón.- El etanl y el dmetl éter sn ds sómers de uncón, cuyas entalpías de rmacón sn (etanl 5 kj ml l y (dmetl éter 80 kj ml l. a Escrba las reaccnes de rmacón y de cmbustón de ambs cmpuests. b Justque cuál de las ds entalpías de cmbustón de ests cmpuests es mayr en valr abslut, tenend en cuenta que ls prcess de cmbustón sn extérmcs. Puntuacón máxma pr apartad:,0 punt. Slucón. a. Etanl: CH CH OH C H O - Frmacón: C(grat + H (g + ½ O (g C H O(lq - Cmbustón: C H O(lq + O CO (g + H O(lq; < 0 Dmetl éter: CH O CH C H O - Frmacón: C(grat + H (g + ½ O (g C H O(lq - Cmbustón: C H O(lq + O CO (g + H O(lq ; < 0 b. C ( Prducts ( eactvs. ( H O + ( CO ( C H O ; ( O 0 HC H 9

20 En ambas reaccnes la suma de las entalpías de prducts es gual, y sl deren en la entalpía de ls reactvs, es decr, en las entalpías de rmacón del etan, y del dmetl éter. S ambas reaccnes de cmbustón sn extérmcas <0, la entalpía de ls prducts será negatva, y la de ls reactvs tambén cm nrma el enuncad ( (etanl 5 kj ml l ; (dmetl éter 80 kj ml l. Tenend en cuenta que la entalpía de ls reactvs se resta, cuant menr sea la entalpía de rmacón de ests, menr será la entalpía de cmbustón y pr tant mayr será en valr abslut. H ( Dmetl éter < ( Etanl C( Dmetl éter < C( Etanl HC( Dmetl éter > C( Etanl La reaccón de cmbustón del dmetl éter desprende más calr que la del etanl Septembre 008. Prblema A.- Para la reaccón de hdrgenacón del eten (CH CH, determne: a La entalpía de reaccón a 98 K. b El camb de energía Gbbs de reaccón a 98 K. c El camb de entrpía de reaccón a 98 K. d El nterval de temperaturas para el que dcha reaccón n es espntánea. Dats a 98 K CH CH CH CH º (kj ml 5, 84,7 Gº (kj ml 8.,9 Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts Slucón. Para la reaccón: Pt Catalzadr ( g + H ( g CH CH ( g CH CH Se pde: a. H : Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. ν ( Prducts ν ( eactvs ( C H ( C H + ( H ( H 4 Pr tratarse de un element en estad natural, la entalpía de rmacón del hdrógen gases es nula. H eaccón EXOTÉMICA. ( C H ( C H 84,7 5, 7 kj ml b. G : Al gual que en el cas de la entalpía, la energía lbre de Gbbs es una uncón de estad y pr tant sus varacnes se calculan cn la msma expresón aplcada a la energía lbre. G ν G 4 ( Prducts ν G ( eactvs Tambén en este cas, la energía lbre de rmacón de ls elements en estad natural es nula. G G eaccón ESPONTÁNEA. ( C H G ( C H,9 8, 0kJ ml 4 c. S : Se calcula a partr de la dencón de energía lbre. Gº º T Sº Despejand la varacón de entrpía: º Gº 7 0 Sº 0, kj ml T 98 eaccón cn DISMINUCIÖN DE DESODEN ( K J ml K d. Pr H < 0 y S < 0, a temperaturas bajas la reaccón es espntánea (predmna H y a temperaturas altas n espntánea (predmna T S. La temperatura a la que se prduce el camb de espntanedad se denmna temperatura de equlbr y se calcula tenend en cuenta que G 0. 7 kj ml G T S 0 TEq K S 0, kj ml K La reaccón n es espntánea T > K 0

21 Jun 008. Cuestón.- Cnsdere la reaccón químca sguente: Cl (g Cl (g Cnteste de rma raznada: a Qué sgn tene la varacón de entalpía de dcha reaccón? b Qué sgn tene la varacón de entrpía de esta reaccón? c La reaccón será espntánea a temperaturas altas bajas? d Cuánt vale de la reaccón, s la energía de enlace Cl Cl es 4 kj ml? Puntuacón máxma pr apartad: 0,5 punts. Slucón. a. El prces descrbe la rmacón del enlace en la mlécula de clr. Una cndcón ndspensable para la rmacón de un enlace entre ds átms, es que el cntend energétc de ls átms enlazads sea menr que el de ls átms lbres, pr l tant en el prces se desprende energía. Según el crter de sgns, s se despende energía, esta es negatva. < 0 b. En el prces el sstema pasa de ds átms a una mlécula, dsmnuye el desrden, la entrpía, mde el desrden de ls sstemas, pr l tant será negatva. S < 0 c. El crter de espntanedad de las reaccnes químcas se asca al sgn de la varacón de energía lbre G < 0 :. espntánea ( G T S: G 0 :. en equlbr G > 0 :. n espntánea. A T el sgn de G tende al sgn de, tenend en cuenta que < 0; G < 0, reaccón. espntánea. A T el sgn de G tende al sgn de T S, tenend en cuenta que S < 0; G > 0, reaccón n espntánea. d. Cncdas las entalpías de enlace que rman ls reactvs y ls prducts, se puede calcular la entalpía de la reaccón según la expresón: (Energía de enlaces rts (Energía de enlaces rmads En ls reactvs del prces n exste enlaces, pr l tant: 0 E (Cl 4 kj ml Jun 008. Prblema A.- Sea la reaccón: CH CH CH (g + HBr (g Prduct (g a Cmplete la reaccón e ndque el nmbre de ls reactvs y del prduct mayrtar. b Calcule de la reaccón. c Calcule la temperatura a la que la reaccón será espntánea. Dats. Sreaccón 4,5 J K ml ; H ( CH CH CH 0,4 kj ml ; H ( HBr,4 kj ml ; H ( Prduct mayrtar 9, kj ml Puntuacón máxma pr apartad: a 0,5 punts; b y c 0,75 punts. Slucón. a. eaccón de adccón electróla, se adcna un halur de hdrgen a un alquen asmétrc. La adcón está regda pr la regla de Markwnk, el ragment negatv de la mlécula que se adcna se une preerentemente al átm de carbn del dble enlace que tene mens átms de hdrógen. ( CH CHBr CH Mayrtar CH CH CH (g + HBr (g CH CH CH Br Prpen + Brmur de hdrógen -brm prpan ó brmur de sprpl

22 b. Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales. La varacón de la entalpía de una reaccón se pueden calcular cm suma de las entalpías de rmacón de ls prducts (Fnal mens la suma de las entalpías de rmacón de ls reactvs (Incal. CH CH CH (g + HBr (g CH CHBr CH (g ( Prducts ( eactvs H ( CH CHBr CH ( ( CH CH CH + ( HBr ( 9, ( 0'4 + ( '4 79' kj ml < 0 eaccón EXOTÉMICA G < 0 :. espntánea c. La espntanedad de las reaccnes depende del sgn de G: G 0 :. en equlbr. G > 0 :. n espntánea 79' kj ml G T S: : G 79 T ( 0 45 S 0' 45 kj ml K G T Temperatura de equlbr ( G 0: 79' T Eq : T Eq 95K 0' 45. T > T Eq : G > 0, eaccón n espntánea.. T < T Eq : G < 0, eaccón espntánea. La reaccón será espntánea para T < 95 K Mdel 008. Prblema B.- La urea, H N(CONH, es una sustanca sluble en agua, que sntetzan multtud de rgansms vvs, ncluyend ls seres humans, para elmnar el exces de ntrógen. A partr de ls dats sguentes, calcule: a Ajuste la reaccón de rmacón de la urea H N(CONH (s, a partr de amnac, NH (g, y dóxd de carbn, CO (g, sabend que en la msma tambén se prduce H O (l. Obtenga la entalpía de rmacón de la msma. b Calcule la entalpía del prces de dslucón de la urea en agua. c azne s un aument de temperatura avrece n el prces de dslucón de la urea. Entalpías de rmacón estándar (en kj/ml: NH (g 4,; H N(CONH (s,9; H NCONH (aq 9,; CO (g 9,5; H O ( 85,8. Puntuacón máxma pr apartad: a,0 punt; b y c 0,5 punts. Slucón. a. NH ( g + CO ( g H N( CO NH ( s + H O( l Puest que la entalpía es una uncón de estad, su varacón sl depende de las cndcnes ncales y nales, para una reaccón químca se calcula medante la ley de Hess. ν Send ν el cecente estequmétrc de cmpnente. H ( Prducts ν ( eactvs ( H N( CO NH ( s + ( H O( l ( ( NH + ( CO 9 + ( 85'8 ( ( 4' + ( 9'5, kj ml 0 ' < eaccón EXOTÉMICA H O b. N( CO NH ( s H N( CO NH ( aq H Aplcand la ley de Hess, se calcula la entalpía de dslucón. ( H N( CO NH ( aq ( H N( CO NH ( s 9' ( ' 9 '99 kj ml 0 D > eaccón ENDOTÉMICA.

23 c. Según Le Chateler, al aumentar la temperatura el sstema evlucna elmnand calr, y est l cnsgue desplazándse en el sentd endtérmc, es decr, cnsumend calr. H N( CO NH ( s + Q H N( CO NH ( aq El sstema se desplaza haca la derecha (prducts, avrecend la dscacón de la urea Septembre 008. Cuestón.- La reaccón H O ( H (g + O (g n es espntánea a 5 C. Justque s las sguentes armacnes sn verdaderas alsas. a. La varacón de entrpía es pstva prque aumenta el númer de mles gasess. d. La reaccón es endtérmca a 5 C. Puntuacón máxma pr apartad: 0 5 punts. Slucón. a. Verdader. La entrpía es una uncón de estad que mde el desrden de ls sstemas. S un sstema aumenta el númer de mles gasess, aumenta su desrden y pr tant S > 0 d. Verdader. El sgn de la varacón de entalpía, a partr de la nrmacón del enuncad se puede estmar pr la dencón de energía Gggs. G T S H G + T S Del enuncad btenems la sguente nrmacón: G > 0 - eaccón n espntánea ( - eaccón cn aument de desrden ( S > 0 - Temperatura absluta (T > 0 G > 0 H G + T S : S > 0 : > 0 eaccón endtérmca T 0 > Septembre 007. Prblema B. Se hacen reaccnar, L de clrur de hdrógen, medds a 5 C y atm, cn un exces de -buten para dar lugar a un prduct P. a Indque la reaccón que se prduce, nmbre y rmule el prduct P mayrtar. b Determne la energía Gbbs estándar de reaccón y justque que la reaccón es espntánea. c Calcule el valr de la entalpía estándar de reaccón. d Determne la cantdad de calr que se desprende al reaccnar ls, L de HCl. Dats. 0,08 atm L m K. º (kj ml l Gº (kj ml l buten 0,54 70,4 HCl 9, 95, Prduct P 5,7 55, Puntuacón máxma pr apartad: 0 5 punts. Slucón. a. Adcón de un halur de hdrógen a un dble enlace n smétrc (derente grad de nstauracón en ls carbns que rman el dble enlace. La adcón está regda pr la regla de Markwnk, el ragment negatv de la mlécula que se adcna (Cl se une preerentemente al átm de carbn del dble enlace que tene mens hdrógen. CH CHCl CH CH ( Mayrtar - clr butan CH CH CH CH + HCl CH Cl CH CH CH ( Mnrtar - clr butan b. La energía de Gbbs es una uncón de estad, pr tant sus varacnes sl dependen de las cndcnes ncales y nales y se pueden calcular medante la ley de Hess. G ν G ( Prducts ν G ( eactvs

24 G G ( 55' 70'4 + ( 95' ( P G ( buten + G ( HCl < 0 eaccón espntánea G ( 0' kj ml c. La entalpía tambén es una uncón de estad y pr la msma razón que en el apartad b, se puede calcular medante la ley de Hess H ν ( Prducts ν ( eactvs ( 5'7 0'54 + ( 9' ( P ( buten + ( HCl < 0 eaccón extérmca ( 7'8 kj ml d. La ecuacón termquímca permte relacnar el calr desprendd cn ls demás cmpnentes del prces. CH CH CH CH + HCl CH CHCl CH CH + 7'8 kj Pr estequmetra de la reaccón: Q 7'8 Q 7'8 n( HCl n HCl ( El númer de mles de HCl se calcula medante la ecuacón de gases deales. P V kj atm ' L Q 7'8 n HCl 7'8 7'8 '4 T ml atm L 0'08 98 K ml K Se desprenden 4 kj. ( kj Jun 007. Cuestón.- En una reaccón químca del tp A(g A (g dsmnuye el desrden del sstema. El dagrama entálpc del prces se representa en el sguente esquema: a Qué sgn tene la varacón de entrpía de la reaccón? b Indque raznadamente s el prces ndcad puede ser espntáne a temperaturas altas baja. c Qué sgn debería tener de la reaccón para que ésta n uera espntánea a nnguna temperatura? Puntuacón máxma pr apartad: a 0,5 punts; b y c 0,75 punts. Slucón. a La entrpía mde el desrden de ls sstemas. El sstema se rdena ( átms mlécula, pr l tant la entrpía dsmnuye. S < 0 b El crter de espntanedad se relacna cn el sgn de la varacón de la energía lbre ( G. G T S - G < 0 ESPONTÁNEA - G 0 SIST. EN EQUILIBIO 4

25 - G > 0 NO ESPONTÁNEA A temperatura baja la varacón de energía lbre tende al valr de la varacón de entalpía, cm el prces es extérmc ( < 0, la varacón de energía lbre es negatva ( G < 0, prces espntáne. c S > 0 y S < 0, la energía lbre será pstva a cualquer temperatura y el prces será n espntáne a cualquer temperatura. Mdel 007. Prblema A.- Sabend que las entalpías de cmbustón del etanl y del ácd etanc (ácd acétc en cndcnes estándar sn, respectvamente, 7 9 kj ml y kj ml y que las entalpías nrmales de rmacón del agua líquda y del dóxd de carbn sn respectvamente 85 5 kj ml y 9 04 kj ml, calcule: a La entalpía de la reaccón crrespndente al prces: H OH + O g CH COOH H O ( ( ( ( C 5 + b La entalpía de rmacón del etanl. Puntuacón máxma pr apartad:,0 punt. Slucón. Cmbustón de etanl: C H5OH ( + O ( g CO ( g + H O ( CH COOH + O g CO g + H Cmbustón de etanc: ( ( ( O ( a Pr cmbnacón lneal de las ecuacnes químcas de cmbustón del etanl y del etanc se btene la ecuacón de xdacón de etanl a etanc. Invrtend la cmbustón de etanc y sumand se btene la reaccón buscada. NOTA Pr ser la entalpía una uncón de estad, sus varacnes slamente dependen de las cndcnes nales e ncales, pr l tant, s se nverte el rden de una reaccón, cambará el sgn de la entalpía. eaccón EXOTÉMICA. b La entalpía de rmacón del etanl se puede btener aplcand la ley de Hess a la reaccón de cmbustón del msm, cncdas las entalpías de rmacón del CO, del H O y la de cmbustón del C H 5 OH, se despeja la de rmacón. C H5OH ( + O ( g CO ( g + H O ( H C ( C H OH ( CO + ( H O [ ( C H OH + ( O ] 5 Tenend en cuenta que la entalpía de rmacón de ls elements en estad natural pr cnven es 0, se despeja la entalpía de rmacón del etanl. H 5 eaccón EXOTÉMICA. ( C H OH ( CO + ( H O ( C H OH H 5 C 5 ( C H OH ( 9'04 + ( 85'5 ( 7'9 9'8 kj ml Septembre 00. Prblema A.- Sabend que la temperatura de ebullcón de un líqud es la temperatura a la que el líqud pur y el gas pur cexsten en el equlbr a atm de presón, es decr G 0, Y cnsderand el sguente prces: a Calcule a 5 C. b Calcule Sº Br ( Br (g c Calcule Gº a 5 C e ndque s el prces es espntáne a dcha temperatura. d Determne la temperatura de ebullcón del Br, supnend que y Sº n varían cn la temperatura. 5 5