Balances de energía en procesos reactivos

Transcripción

1 Balances de energía en procesos reactivos Consideremos la reacción de formación del agua a partir de hidrógeno y oxígeno: Cuando esta reacción tiene lugar, se rompen tres enlaces químicos y se forman cuatro enlaces entre los átomos de las dos moléculas de agua. Al llevarse a cabo, se libera más energía cuando se forman los enlaces de la molécula de agua que la requerida para romper los enlaces moleculares de hidrógeno y oxígeno. Para que la temperatura del reactor permanezca constante, la energía neta liberada deber retirarse del reactor, de lo contrario, su temperatura podría elevarse varios miles de grados. En cualquier reacción entre moléculas estables se requiere energía para romper los enlaces químicos del reactivo y se libera energía cuando se forman los enlaces del producto. Si el primer proceso absorbe menos energía de la que se libera en el segundo, la reacción es exótermica. La energía neta liberada el calor de reacción- debe transferirse del reactor como calor o trabajo; de lo contrario, la temperatura del sistema aumenta. Si se libera menos energía al formarse los enlaces del producto de la que tomó romper los enlaces del reactivo, la reacción es endotérmica, es necesario agregar energía al reactor como calor o trabajo para evitar que la temperatura disminuya.

2 Calor de reacción: Es el cambio de entalpía para un proceso en el cual las cantidades estequiométricas de reactivos a temperatura T y presión P reaccionan en su totalidad en una reacción única, para formar productos a las mismas temperatura y presión. Por ejemplo: CaC 2 (s) + 2H 2 O (l) Ca(OH) 2 (s) + C 2 H 2 (g) Si la reacción se realiza en condiciones tales que el balance de energía se reduce a Q = ΔH, Entonces kj de calor deber transferirse desde el reactor en el transcurso de la reacción kj = kj = kj = kj 1 mol CaC 2 consumido 2 mol H 2 O consumidos 1 mol Ca(OH) 2 generados 1 mol C 2 H 2 generado

3 De manera más general, si ν A es el coeficiente estequiométrico de un reactivo o producto de reacción A (positivo si A es producto, negativo si es reactivo) y se consumen o generan n A,r moles de A a T y P, entonces el cambio de entalpía asociado es Recordando la definición de grado de avance que alcanza una reacción.

4

5 Ejemplo:

6 1.

7 Sistema cerrado

8

9 Medición y cálculo de calores de reacción: Ley de Hess Ley de Hess: Si la ecuación estequiometrica para la reacción 1 puede obtenerse mediante operaciones algebraicas (multiplicación por constantes, suma y resta) de las ecuaciones estequiométricas para las reacciones 2, 3, entonces el calor de reacción de la reacción 1 puede obtenerse llevando a cabo las mismas operaciones para los calores de las reacciones 2, 3,

10 Reacciones de formación y calor de formación

11 Ejemplo:

12

13 Ejemplo:

14 a) Dibuje el diagrama de flujo b) Realice los balances de materia c) Elija estados de referencia para calcular la entalpia o energía interna específica d) Calcule el ΔH o ΔU y sustituya el valor en el balance de energía. Hay dos métodos que se usan para elegir estados de referencia para los cálculos de entalpias específicas.

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24 Reactores adiabáticos

25 Reactores adiabáticos

26 Reactores adiabáticos

27 Reactores adiabáticos

28 Reactores adiabáticos