EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA

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1 EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA 1. La descomposición del tetraóxido de nitrógeno ( N O 4 ) NO4( NO ( ocurre espontáneamente a temperaturas altas. Los datos termodinámicos a 98ºK se incluyen en la tabla adjunta. Determine para dicha reacción: a. H, S a 98ºK b. La variación de energía interna a 98ºK c. Si la reacción es espontánea a 98ºK en condiciones estandar d. La temperatura a partir de la cual el proceso es espontáneo (considere que H, S son independientes de la temperatura. COMPUESTO H KJ/mol NO N O Datos: R= 8.31J / Kmol S J/K mol Solución: a) 57. KJ; 176 J/K; b)54.7 KJ; c) no d) mayor de 35 K. Calcule el calor de ormación del eteno, a partir de los valores de las entalpías de combustión siguientes, y comente brevemente el signiicado del signo de la entalpía calculada. Datos: H eteno 149KJ / mol; H c 394KJ / mol ; H H 86KJ / mol Solución: 49 KJ/mol 3. Dada la siguiente reacción en ase gaseosa (que es necesario ajustar) amoniaco + oxígeno = monóxido de nitrógeno + agua a. Calcule el calor de reacción estandar b. Calcule el calor absorbido o desprendido, especiique cuando se mezclan 5 gr de amoniaco con 5 gr de oxígeno Datos H NH3 46KJ / mol ; H NO 9 ; H HO 4 Masas atómicas: N=14; O=16; H=1 Solución: a) -7 KJ/mol b) -35,41 KJ 4. Sabiendo que las entalpías estandar de combustión del hexano líquido, carbono sólido e hidrógeno gas son de -419; -393,1 y -85,8 KJ/mol respectivamente. Calcule: a. La entalpía de ormación del hexano líquido a 5ºC b. El número de moles de hidrógeno consumidos en la ormación del hexano líquido cuando se han liberado 3 KJ. Solución: a) -167, LK/mol b) 1,56 moles de hidrógeno

2 5. Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcule: Sustancia C ( 4H8 C ( 4H1 CO ( CO ( H O( H ( KJ / mol) 8,4-14,7-11,5-393,5-41,8 a) La cantidad de calor desprendido en la combustión de 14,5 Kg de n- butano. b) La variación de energía interna del sistema considerando 5ºC de temperatura. Datos: R= 8.31J / Kmol ; Masas: C= 1; H= 1 Solución: a) KJ ; b) ,715 KJ 6. Utilizando los valores que aparecen en la tabla, todos obtenidos a la temperatura de 5 ºC y considerando la reacción: CO Cl ( g COCl ( ) ( Compuesto... S ( Jmol )... H ( KJmol CO(...197, ,4 Cl...,8..., 1 K 1 COCl (...88,8...,8 Calcule: a) S de la reacción b) H de la reacción c) G de la reacción d) Razone si la reacción es o no espontánea Solución: a) -131,7 J/ mol K b) -11,4 KJ / mol ; c) -73,15 KJ/ mol ; d) sí 1 7. Para la reacción de combustión del etanol C H 5 OH, que es un líquido a 5ºC, conteste a las siguientes preguntas, con ayuda de los datos de la tabla adjunta: a. Escriba la reacción y calcule G A 5ºC b. Calcule la variación de energía interna a 5 ºC c. Explique si la reacción sería o no espontánea a 77 ºC, suponiendo que H e S son independientes de la temperatura. Datos: R= 8.31J / Kmol C H 5 OH (l) O ( CO ( H O( l) H ( KJmol 1 ) -7,3-393,5-85, S ( Jmol K ). 16,5 5 13,6 69,9 Solución: a) G= -135,8 KJ/mol b) -1364,6 KJ/ mol c) si, es espontánea )

3 6. Calcule para la ormación del etanol: a. La energía libre estándar b. La entropía estándar Datos en KJ/ mol a 5ºC ( CO ) 394 H ( HO ( O ( g ) ( CH ( g ) ( l) 3 combustion ) 36,9 ) CH OH ( CH 3 ( l) CH OH ) 77,3 ( l) ) 18,5 Solución: a) -16, KJ/ mol b) -,1 KJ/mol K 7. El benceno se puede obtener a partir del acetileno 3C H( C6H6. Las entalpías de combustión a 5 ºC y 1 atm para el acetileno y el benceno son respectivamente -13 y -367 KJ/mol. Calcule: a. H de la reacción de ormación del benceno a partir del acetileno y deduzca si es un proceso endotérmico o exotérmico b. Determine la energía expresada en KJ que se libera en la combustión de 1 gr de benceno. Datos: Masas C= 1; H=1 Solución: a) -633 KJ/ mol; b) 4,47 KJ 8. La entalpía de combustión del butano es H c 64KJ / molk si todo el proceso tiene lugar en ase gaseosa: a. Calcular la energía media del enlace O-H b. Determine el número de bombonas de butano (6 kg de butano/ bombona) que hacen alta para calentar una piscina de 5 metros cúbicos de 14 a 7ºC Datos: R=,8 atml. / Kmol ; Masas: C=1; O= 16; H= 1; calor especíico del agua= 4,18 KJ/K; densidad del agua= 1Kg/l. Energías medias de enlace: E(C- C)=346 KJ/mol; E(C=O)=73; E(O=O)= 487; E(C-H)=413. Solución: a) 513,55 KJ/mol; b) 1 aprox.

4 9.Determine la energía libre de Gibbs a 5ºC para la reacción de combustión de 1 mol de monóxido de carbono e indique si es un proceso espontáneo. Datos: H 393,5 KJ / mol... H 11 KJ / mol... S 13,6 J / mol. K... S 197,9 J / mol. K co co co co. S 5 / J molk Solución: -57,13 KJ/mol. Si 1.Utilizando los datos siguientes: SUSTANCIA... C H (... CO... H O... C... O 6 ( S) ( H ( KJ / mol)... 84, a. Calcule las entalpías de combustión del carbono C(s), y del etano. CH6( g ) b. A partir de los resultados del apartado anterior, calcule que sustancia produce más energía por gramo de combustible y por mol de dióxido de carbono ormado. Datos: C=1; H=1. Solución: a) -394KJ/mol; -1561,3 KJ/mol b) CH 6 11.La tabla adjunta suministra datos termodinámicos a 98ºK y 1 atm para el agua en estado líquido y gaseoso. d. Calcule H... S... e... para el proceso de vaporización del agua. e. Determine la temperatura a la que la ase líquida y gaseosa se encuentran en equilibrio (considere que H... e... S no cambian con la temperatura. COMPUESTO... H ( KJ / mol)... S ( J / mol. K) H O( l) HO( Solución: a) H 44 KJ / mol... S 118 J / mol. K... 8,84 KJ / mol... b)37,9 K 1.Si se dispone de nataleno C1 H 8 como combustible:. Calcule su entalpía molar estandar de combustión g. Calcule la energía que se desprenderá al quemar 1 gr de nataleno h. Calcule el volumen que ocupará el CO desprendido en la combustión de los 1 gr de nataleno si se recoge a temperatura de 5ºC y a presión de 1, atm. Datos: C=1; O=16; H=1 H ( C H ) 58,6. KJ / mol... H ( CO ) 393,6 KJ / mol H ( H O) 84,7 KJ / mol... R,8 atm. l / Kmol Solución: a) -5.16, KJ/mol; b) 3.917,65KJ; c) 159,4 l

5 13.El manganeso metal puede obtenerse por reacción en estado sólido del óxido de manganeso (IV) con aluminio: aluminio+ óxido de manganeso (IV) = óxido de aluminio (III) + manganeso. Calcule el calor de reacción reerido a un mol de manganeso ormado, sabiendo que el calor de ormación del óxido de aluminio es KJ/mol y el del óxido de manganeso (IV) es -51 KJ/mol. Solución: -596,33 KJ/mol 14.El clorato de potasio (sólido) se descompone a altas temperaturas para dar cloruro de potasio sólido y oxígeno molecular gas. Para esta reacción de descomposición, calcule: i. La variación de entalpía estándar j. La variación de energía libre de Gibbs estándar k. La variación de la entropía estándar l. El volumen de oxígeno a 5ºC y 1 atm que se produce a partir de 36,8 gr de clorato potásico. COMPUESTO... H ( KJ / mol)... ( KJ / mol)... S ( J / mol. K) KClO ( s) ,... 89, KCl( s) , ,3...5 O (... Datos: Masas K=39,1 Cl= 35,5 O=16 Solución: a) -44,7 KJ/mol b) -118,4 KJ/mol c) 47,3 J/mol K d) 11 litros 15.El ciclohexano se puede obtener por hidrogenación catalítica del benceno. Teniendo en cuenta la estequiometría de la reacción, calcule: m. La variación de entalpía y energía libre de Gibbs de reacción para dicho proceso n. El calor desprendido si se emplean 1 litros de hidrógeno medidos a 1 atm y 98K COMPUESTO... H ( KJ / mol)... ( KJ / mol). Benceno Ciclohexano R=,8 atm l/k mol Solución: a) H 5 KJ / mol KJ / mol... b) 7,88KJ

6 16.En el proceso de descomposición térmica del carbonato de calcio, se orma óxido de calcio y dióxido de carbono. Sabiendo que el horno en el que ocurre el proceso tiene un rendimiento del 65% conteste a los siguientes apartados: a) Formule la reacción y calcule su variación de entalpía. b) Calcule el consumo de combustible (carbón mineral), en toneladas, que se requiere para obtener 5 kg de óxido cálcico. H ( carbonato.. cálcico) 16,9 KJ / mol). Datos: H ( óxido.. de.. calcio) 393,1 KJ / mol H ( dióxido.. carbono) 635,1 KJ / mol 1kg de carbón mineral desprende 833 KJ. Ca= 4; O=16 4 Solución: a) H 178,7 KJ / mol... b)1,9 1 Tm 17.Para la siguiente reacción: CH3 CHOH ( l) O ( CH3 COOH ( l) HO( l) Calcule: a) La variación de entalpía de la reacción a 5ºC en condiciones Standard b) La variación de entropía de la reacción a 5ºC en condiciones Standard c) La variación de energía libre de Gibbs de la reacción a 5ºC en condiciones Standard d) La temperatura necesaria para que dicha reacción alcance el equilibrio Datos a 5ºC COMPUESTO H KJ mol S J Kmol... ( / )... ( / ). E tan ol( l)... 7,6...16,7... A. e tan oico( l) ,9... O...5 HO... 85, Solución: a) -545, KJ/mol b) -135,8 J/mol K c) G= -54,73 KJ/mol d) T= 414,7 K

7 18.La reacción de descomposición del clorato potásico, produce cloruro potásico y oxígeno. a) Escriba la reacción, calcule la variación de entalpía estándar e indique si el proceso es exo o endotérmico. b) Calcule la energía intercambiada si se obtienen 5 l de oxígeno a 5 ºC y 75 mm de Hg. Datos: H ( KClO ) 391, KJ / Kmol). 3 H ( KCl) 435,9 KJ / Kmol R,8 Solución: H 44,7 KJ / mol. Exotérmica E 3,9KJ 19.Sabiendo que la combustión de 1 gr de TNT libera 4.6 KJ y considerando los valores de entalpías de ormación que se proporcionan, calcule: a) La entalpía estándar de combustión del metano b) El volumen de metano medido a 5ºC y 1 atm, que es necesario quemar para producir la misma energía que 1 gr de TNT. Datos: H ( CH ) 75 KJ / Kmol). 4 H ( CO ) 394 KJ / Kmol H ( H O) 4 KJ / Kmol Solución: a) H 83 KJ / Kmol ). b) E= 14, l. de metano

8 .Sabiendo que la temperatura de ebullición de un líquido es la temperatura a la que el líquido puro y el gas puro coexisten en el equilibrio a 1 atm de presión, es decir y considerando el siguiente proceso: Br( l) Br( g ), calcule: a) H a 5 ºC b) S c) a 5ºC d) Indique si el proceso es espontáneo a dicha temperatura e) Determine la temperatura de ebullición del bromo, suponiendo que H y S no varían con la temperatura. o H Br ( 3,91 KJ / mol Datos a 5ºC: o H Br ( l) S Br ( 45,4 J / Kmol S Br ( l) 15, J / Kmol Solución: a) 3.91KJ/mol b)93. J/mol K c) KJ/mol e) ºK 1.Sabiendo que las entalpías de combustión del etanol y del ácido acético (etanoico), en condiciones estandar son respectivamente y -87,5 KJ/mol y que las entalpías normales de ormación del agua líquida y del dióxido de carbono son respectivamente -85,5 y -393,4 KJ/mol. Calcule: a) La entalpía reacción correspondiente al proceso CH5OH ( l) O ( CH3 COOH ( l) O ( l) b) La entalpía de ormación del etanol Solución: a) -5,4 KJ b) -69,68 KJ/mol