TERMOQUIMICA. 5 - De las siguientes reacciones, cada una de ellas a 1 atm de presión:

Transcripción

1 TERMOQUIMICA 1 - Calcular la variación de energía interna para la reacción de combustión del benceno (C 6 H 6 ) si el proceso se realiza a presión constante a 1 atmósfera y temperatura constante de 25 ºC. Datos: Δ CO 2 (g) = 393,13kJ mol 1 ; Δ H 2 O (l) = 285,8 kj mol 1 Δ C 6 H 6 (l) = 49 kj mol 1 ; R = 8,3 x 1 3 kj mol 1 K a) Calcule la variación de entalpía de la reacción: C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) a partir de los siguientes datos: C 2 H 4 (g) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) ΔH = 1.386,9 kj C 2 H 6 (g) O2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) ΔH = 1.539,9 kj Δ H 2 O (l) = 285,8 kj mol 1. b) Calcule el calor puesto en juego cuando 11,2 litros de H 2 (g) a 1 atm y ºC hidrogenan la correspondiente cantidad de etileno. 3 - Indique, justificadamente, cuál de las siguientes especies químicas presentaría una entalpía normal de formación nula: a) Hidrógeno molecular. b) Hidrógeno atómico. c) Oxígeno molecular. d) Ozono. e) Zinc metálico. 4 - Calcule: a) El calor de la reacción de hidratación de la cal viva. b) El calor desprendido cuando se apaga, añadiendo suficiente cantidad de agua, una tonelada de cal viva. Datos: Δ H 2 O (l) = 285,5 kj/mol, Δ CaO (s) = 634,9 kj/mol Δ Ca(OH) 2 = 985,6 kj/mol Masas atómicas (u): O = 16, Ca = De las siguientes reacciones, cada una de ellas a 1 atm de presión: ΔH (kj) ΔS (kj/k) 1 1 H2 (g) + I2 (s) HI (g) 25,94 34,63 x NO 2 (g) N 2 O 4 (g) 58,16 73,77 x 1 2 S (s) + H 2 (g) H 2 S (g) 16,73 +18,19 x 1 2 Razonar: a) Las que son espontáneas a todas las temperaturas. b) Las que son espontáneas a bajas temperaturas y no espontáneas a altas temperaturas. c) Las que son espontáneas a altas temperaturas y no espontáneas a bajas temperaturas.

2 6 - En una fábrica de cemento es necesario aportar al horno 3.3 kj por cada kilogramo de producto. La energía se obtiene por combustión de gas natural (que puede considerarse que es metano puro) con aire. Se pide: a) Formula y ajuste la reacción de combustión del gas natural. b) Determine el calor de la combustión completa del gas natural. c) Calcule, por tonelada de cemento producido, la cantidad necesaria de gas natural, expresada en kilogramos. d) Cuántos metros cúbicos de aire, medidos a 1 atm y 25 ºC, serán necesarios para la combustión completa de la cantidad de gas natural del apartado c)?. Considere que la combustión del gas natural se realiza en condiciones estándar (1 atm y 25 ºC) y que el aire contiene un 21 % en volumen de oxígeno. Datos: Entalpías estándar de formación: ( Δ ) : metano (g) = 74,8 kj mol CO 2 (g) = 393,5 kj mol 1 ; H 2 O (l) = 285,8 kj mol 1 R =,82 atm L mol 1 K 1 ; masas atómicas (u): H = 1,, C = 12,, O = 16,. 7- a) Las energías de los enlaces C C, C=C y C C son, respectivamente: 347, kj mol 1, 611, kj mol 1 y 833, kj mol 1. Justifique el por qué de estas diferencias. b) Si la energía libre de Gibbs de formación del carbono (grafito) es nula y la del carbono (diamante) vale 2,87 kj mol 1 a 1 atm y 25 ºC justifique si puede convertirse el grafito en diamante en esas condiciones. 8 - Teniendo en cuenta la grafica adjunta que deberá copiar en su hoja de contestaciones: a) Indique si la reacción es exotérmica o endotérmica b) Represente el valor de H de la reacción c) Represente la curva de reacción al añadir un catalizador positivo d) Qué efectos produce el hecho de añadir un catalizador positivo? energía reactivos productos coordenada de reacción 9 - El proceso Deacon para la obtención de cloro (gaseoso) se basa en hacer reaccionar cloruro de hidrógeno y oxígeno (gaseosos). a) Formule la ecuación ajustada del proceso, sabiendo que además de cloro se obtiene también vapor de agua. b) Determine la variación de entalpía por mol de cloro formado, interpretando el resultado obtenido, a partir de los valores siguientes de las entalpías de enlace: Datos: Entalpía de enlace H Cl: 432 kj mol 1 ; Entalpía de enlace O=O: 499 kj mol 1 Entalpía de enlace Cl Cl: 243 kj mol 1 ; Entalpía de enlace O H: 46 kj mol Determine la energía libre de Gibbs a 25 ºC para la reacción de combustión de 1 mol de monóxido de carbono e indique si es o no un proceso espontáneo. Datos: Δ CO 2 (g) = 393,5 kj mol 1 ; Δ CO (g) = 11,5 kj mol 1 S CO 2 (g) = 213,6 J K 1 mol 1 ; S CO(g) = 197,9 J K 1 mol 1 ; S O 2 (g) =25, J K 1 mol 1.

3 11 - Consultando una tabla de datos termodinámicos a 298 K encontramos los siguientes: Δ (kj mol 1 ) Δ G f (kj mol 1 ) NO (g) 9,25 86,57 NO 2 (g) 33,18 51,3 Justifique si para dicha temperatura las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas: a) La formación de NO a partir de nitrógeno y oxígeno, en condiciones estándar, es un proceso endotérmico. b) El NO es una sustancia más estable que el NO 2. c) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO 2 es exotérmica. d) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO 2 es espontánea Los elementos constitutivos de los combustibles derivados del petróleo son los siguientes: carbono, hidrógeno, azufre, nitrógeno y oxígeno. a) Razone cuáles son los productos resultantes de la combustión con aire de los elementos citados. b) Indique cuáles de dichos productos son perjudiciales para el medioambiente, así como los principales efectos sobre el mismo Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcule: Sustancia C 4 H 8 (g) C 4 H 1 (g) CO (g) CO 2 (g) H 2 O (g) Δ (kj mol 1 ) 28,4 124,7 11,5 393,5 241,8 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 25 ºC de temperatura. Datos: R = 8,3 J mol 1 K 1 ; Masas atómicas (u): H = 1,, C = 12, Sabiendo que las entalpías estándar de combustión del hexano (líquido), carbono (sólido) e hidrógeno (gas) son: 4.192, kj mol 1, 393,1 kj mol 1 y 285,8 kj mol 1, respectivamente, calcule: a) La entalpía de formación del hexano (líquido) a 25 ºC; b) El número de moles de hidrógeno consumidos en la formación del hexano (líquido) cuando se han liberado 3 kj La tostación de la pirita (FeS 2 ) se produce, en presencia de oxígeno, dando como productos el óxido de hierro (III) y el dióxido de azufre. a) Escriba la reacción ajustada. b) Cuántos kilogramos de óxido de hierro (III) se obtienen al tratar media tonelada de una pirita del 8 % de riqueza en FeS 2?. c) Qué volumen de aire, medido en c. n. (273 K y 1 atm) se necesita para tostar dicha cantidad de pirita, sabiendo que el aire contiene un 21 % en volumen de O 2?. (Suponga que el resto de los componentes de la pirita no consumen oxígeno). Datos: Masas atómicas (u): O = 16,, S = 32,6, Fe = 55,85.

4 16 - Justifique cuáles de los procesos siguientes serán siempre espontáneos, cuáles no lo serán nunca y en cuáles dependerá de la temperatura: a) Proceso con ΔH < y ΔS >. b) Proceso con ΔH > y ΔS <. c) Proceso con ΔH < y ΔS <. d) Proceso con ΔH > y ΔS > Utilizando los datos siguientes: Sustancia C 2 H 6 (g) CO 2 (g) H 2 O (l) C (s) O 2 (g) Δ (kj mol 1 ) 84,7 394, 286,,, a) Calcule las entalpías de combustión del carbón: C (s) y del etano: C 2 H 6 (g). b) A partir de los resultados del apartado anterior, calcule qué sustancia produce más energía por gramo de combustible y por mol de dióxido de carbono formado. Datos: Masas atómicas (u): H = 1,, C = 12, El benceno (C 6 H 6 ) se puede obtener a partir del acetileno (C 2 H 2 ) según la reacción siguiente: 3 C 2 H 2 (g) C 6 H 6 (l). Las entalpías de combustión, a 25 ºC y 1 atm, para el acetileno y el benceno son, respectivamente: 1.3 kj mol 1 y kj mol 1. a) Calcule ΔH de la reacción de formación 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 gramo de benceno. Datos: Masas atómicas (u): H = 1,, C = 12, Utilizando los valores que aparecen en la tabla, todos obtenidos a la temperatura de 25 ºC, y considerando la reacción CO (g) + Cl 2 (g) COCl 2 (g): a) Calcule Sº de la reacción. b) Calcule Hº de la reacción. c) Calcule Gº de la reacción. d) Razone si la reacción es o no espontánea. Compuesto S (J mol -1 K-1 ) (kj mol -1 ) CO (g) 197,7-11,4 Cl 2 (g) 222,8, COCl 2 (g) 288,8-222,8 2 - La descomposición del tetraóxido de dinitrógeno: N 2 O 4 2 NO 2 ocurre espontáneamente a temperaturas altas. Los datos termodinámicos, a 298 K, se incluyen en la tabla adjunta. Determine para dicha reacción: a) ΔH y ΔS a 298 K. b) La variación de energía interna a 298 K. c) Si la reacción es espontánea a 298 K en condiciones estándar. d) La temperatura a partir de la cuál el proceso es espontáneo (considere que ΔH y ΔS son independientes de la temperatura). Datos: Compuesto H f (kj mol -1 ) S (J mol -1 K-1 ) N 2 O 4 9,2 34 NO 2 33,2 24

5 21 a) Defina la magnitud denominada entalpía de enlace b) Cual es la unidad internacional en que se mide la entalpía de enlace? c) Cómo se puede calcular la entalpía de una reacción determinada si disponemos de una tabla de valores de las entalpías de enlace? d) Cómo se explica que la entalpía del enlace C = C no alcance el doble del valor de la entalpía del enlace C C? 22 - La tabla adjunta suministra datos termodinámicos, a 298 K y 1 atm, para el agua en estado líquido y gaseoso. a) Calcule ΔH, ΔS y ΔG para el proceso de vaporización del agua. b) Determine la temperatura a la que las fases líquida y gaseosa se encuentran en estado de equilibrio (considere que ΔH y ΔS no cambian con la temperatura). Datos: Compuesto H f (kj mol -1 ) S (J mol -1 K-1 ) H 2 O (l) H 2 O (g) Teniendo en cuenta la gráfica que representa los valores de ΔH y TΔS para la reacción A B razone si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas: a) A 5 K la reacción es espontánea. b) El compuesto A es más estable que el B a temperaturas inferiores a 4 K. c) A 4 K el sistema se encuentra en equilibrio. d) La reacción de transformación de A en B es exotérmica a 6 K. kj 1 ΔH 8 6 TΔS T (K) 24 - La entalpía de combustión del butano es: ΔH c = kj mol 1, si todo el proceso tiene lugar en fase gaseosa. a) Calcule la energía media del enlace O H. b) Determine el número de bombonas de butano (6 kg de butano / bombona) que hacen falta para calentar una piscina de 5 m 3 de 14º a 27 ºC. Datos: R =,82 atm L mol 1 K 1 ; Masas atómicas (u): H = 1, C = 12, O = 16 c e (calor específico del agua) = 4,18 kj kg 1 K 1 ; ρ (densidad del agua) = 1 kg L 1 Energías medias de enlace: E(C C) = 346 kj mol 1 ; E(C=O) = 73 kj mol 1 E(O=O) = 487 kj mol 1 ; E(C H) = 413 kj mol 1.

6 25 - Razone si son correctas o incorrectas las siguientes afirmaciones: a) En una reacción química no puede ser nunca G =. b) G es independiente de la temperatura. c) La reacción no es espontánea si G >. d) La reacción es muy rápida si G < Calcule para la formación del etanol: a) La energía libre estándar; b) La entropía estándar. Datos (todos a 25 ºC): Δ (CH 3 CH 2 OH) (l) = 277,3 kj mol 1 Δ (CO 2 ) (g) = 394, kj mol 1 Δ G f (H 2 O) (l) = 236,9 kj mol 1 G f Δ G f (O 2 ) (g) = Δ G combustión (CH 3 CH 2 OH) (l) = 1.282,5 kj mol Para la reacción de combustión del etanol: C 2 H 5 OH, que es un líquido a 25 ºC, conteste a las siguientes preguntas con ayuda de los datos de la tabla que se adjunta: a) Escriba la reacción y calcule su ΔG a 25 ºC. b) Calcule la variación de energía interna a 25 ºC. c) Explique si la reacción sería o no espontánea a 727 ºC (supóngase que Δ y S son independientes de la temperatura). C 2 H 5 OH (l) O 2 (g) CO 2 (g) H 2 O (l) H f (kj mol -1 ) -277,3, -393,5-285,8 S (J mol -1 K-1 ) 16,5 25, 213,6 69, La entalpía para la reacción de obtención de benceno líquido a partir de etino gaseoso: 3 C 2 H 2 C 6 H 6 es 631 kj mol 1. En todo el proceso la temperatura es 25 ºC y la presión 15 atm. Calcule: a) Volumen de etino necesario para obtener,25 L de benceno líquido. b) Cantidad de calor que se desprende en dicho proceso. c) Densidad del etino en dichas condiciones. Datos: R =,82 atm L mol 1 K 1 ; densidad (benceno) =,874 g cm 3 Masas atómicas (u): H = 1, C = En una reacción de combustión del etano en fase gaseosa se consume todo el etano (equilibrio totalmente desplazado hacia los productos): a) Escriba y ajuste la reacción de combustión. b) Escriba la expresión para el cálculo de entalpía de reacción ( H º r) a partir de las entalpías de formación ( H º f). c) Escriba la expresión para el cálculo de la entropía de reacción ( S º r), a partir de las entropías (S º ). d) Justifique el signo de las magnitudes H º r y G º r. 3 - Si se dispone de naftaleno (C 1 H 8 ) como combustible: a) Calcule su entalpía molar estándar de combustión. b) Calcule la energía que se desprenderá al quemar 1 g de naftaleno. c) Calcule el volumen que ocupará el CO 2 desprendido en la combustión de los 1 g de naftaleno, si se recoge a temperatura de 25 ºC y presión de 1,2 atm. Datos: Δ (C 1 H 8 ) = 58,6 kj mol 1 ; Δ (CO 2 ) = 393,6 kj mol 1 Δ (H 2 O) = 284,7 kj mol 1 ; R =,82 atm L mol 1 K 1 Masas atómicas (u): H = 1, C = 12, O = 16.

7 31 - El clorato de potasio (sólido) se descompone, a altas temperaturas, para dar cloruro de potasio (sólido) y oxigeno molecular (gas). Para esta reacción de descomposición, calcule: a) La variación de entalpía estándar. b) La variación de energía de Gibbs estándar. c) La variación de entropía estándar. d) El volumen de oxígeno, a 25 ºC y 1 atm, que se produce a partir de 36,8 g de clorato de potasio. Datos: Masas atómicas (u): O = 16,, Cl = 35,5, K = 39,1. Δ (kj mol 1 ) Δ G f (kj mol 1 ) S (J K 1 mol 1 ) KClO 3 (s) 391,2 289,9 143, KCl (s) 435,9 48,3 82,7 O 2 (g) 25, 32 - En el proceso de descomposición térmica del carbonato de calcio se forma 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 de calcio. Datos: Δ (carbonato de calcio) = 1.26,9 kj mol 1 ; Δ (óxido de calcio) = 393,1 kj mol 1 Δ (dióxido de carbono) = 635,1 kj mol 1 1 kg de carbón mineral desprende 8.33 kj; Masas atómicas (u): O = 16, Ca = Para la siguiente reacción: CH 3 CH 2 OH (l) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) + H 2 O (l) Calcule: a) La variación de entalpía de la reacción a 25 ºC, en condiciones estándar. b) La variación de entropía a 25 ºC, en condiciones estándar. c) La variación de energía de Gibbs a 25 ºC, en condiciones estándar. d) La temperatura teórica para que la energía de Gibbs sea igual a cero. Datos a 25 ºC: Δ (kj mol 1 ) S (J K 1 mol 1 ) Etanol (l) 227,6 16,7 Ácido etanoico (l) 487, 159,9 O 2 (g) 25, H 2 O (l) 285,8 7,

8 34 - El ciclohexano se puede obtener por hidrogenación catalítica del benceno. Teniendo en cuenta la estequiometría de la reacción, calcule: a) Las variaciones de entalpía y energía libre de Gibbs de reacción para dicho proceso; b) El calor desprendido si se emplean 1 L de hidrógeno, medidos a 1 atm y 298 K, para hidrogenar benceno. Compuesto Δ (kj mol 1 ) Δ G f (kj mol 1 ) Benceno Ciclohexano Sabiendo que la combustión de 1 g de TNT libera 4.6 kj y considerando los valores de las entalpías de formación que se proporcionan, calcule: a) La entalpía estándar de combustión del CH 4 ; b) El volumen de CH 4, medido a 25 ºC y 1 atm de presión, que es necesario quemar para producir la misma energía que 1 g de TNT. Datos: Δ CH 4 = 75 kj mol 1 Δ CO 2 = 394 kj mol 1 Δ H 2 O (g) = 242 kj mol Considere la combustión de carbón, hidrógeno y metanol. a) Ajuste las reacciones de combustión de cada sustancia. b) Indique cuáles de los reactivos o productos tienen entalpía de formación nula. c) Escriba las expresiones para calcular las entalpías de combustión a partir de las entalpías de formación que considere necesarias. d) Indique cómo calcular la entalpía de formación del metanol a partir únicamente de las entalpías de combustión La reacción de descomposición del clorato de potasio produce cloruro de potasio y oxígeno. a) Escriba la reacción, calcule la variación de entalpía estándar e indique si el proceso es exotérmico o endotérmico. b) Calcule la energía intercambiada si se obtienen 25 L de oxígeno a 25 ºC y 75 mm de mercurio. Datos: Δ (KClO 3 ) = 391,2 kj mol 1, Δ (KCl) = 435,9 kj mol 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: ΔG =, y considerando el siguiente proceso: Br 2 (l) Br 2 (g) : a) Calcule ΔH a 25 ºC. b) Calcule ΔS. c) Calcule ΔG a 25 ºC e indique si el proceso es espontáneo a dicha temperatura. d) Determine la temperatura de ebullición del Br 2, suponiendo que ΔH y ΔS no varían con la temperatura. Datos a 25 ºC: Δ [Br 2 (g)] = 3,91 kj mol 1 ; Δ [Br 2 (l)] = ; S [Br 2 (g)] = 245,4 J K 1 mol 1 ; S [Br 2 (l)] = 152,2 J K 1 mol 1

9 39 - Sabiendo que las entalpías de combustión del etanol y del ácido etanoico (ácido acético) en condiciones estándar son, respectivamente: 1.372,9 kj mol 1 y 87,5 kj mol 1 y que las entalpías normales de formación del agua líquida y del dióxido de carbono son, respectivamente: 285,5 kj mol 1 y 393,4 kj mol 1, calcule: a) La entalpía de la reacción correspondiente al proceso: C 2 H 5 OH (l) + O 2 (g) CH 3 COOH (l) + H 2 O (l). b) La entalpía de formación del etanol. 4 - En una reacción química del tipo: 3 A (g) A 3 (g) disminuye el desorden del sistema. El diagrama entálpico del proceso se representa en el esquema. a) Qué signo tiene la variación de entropía de la reacción?. b) Indique razonadamente si este proceso puede ser espontáneo a temperaturas altas o bajas. c) Qué signo debería tener ΔH de la reacción para que ésta no fuera espontánea a ninguna temperatura?. Entalpía creciente Reactivos Productos 41 - Se hacen reaccionar 12,2 L de cloruro de hidrógeno, medidos a 25 C y 1 atm, con un exceso de 1-buteno para dar lugar a un producto P. a) Indique la reacción que se produce, nombre y formule el producto P mayoritario. b) Determine la energía Gibbs estándar de reacción y justifique si la reacción es espontánea. c) Calcule el valor de la entalpía estándar de reacción. d) Determine la cantidad de calor que se desprende al reaccionar los 12,2 L de HCl. Datos. R =,82 atm L mol 1 K ( kj. mol ) ( kj. mol ) G f 1- buteno -,54 7,4 HCl - 92,3-95,2 Producto P - 165,7-55, La urea: H 2 N(CO)NH 2 es una sustancia soluble en agua que sintetizan multitud de organismos vivos, incluyendo los seres humanos, para eliminar el exceso de nitrógeno. A partir de los datos siguientes: a) Ajuste la reacción de formación de la urea: H 2 N(CO)NH 2 (s), a partir de amoníaco: NH 3 (g) y dióxido de carbono: CO 2 (g), sabiendo que en la misma también se produce H 2 O (l). Obtenga la entalpía de formación de la misma. b) Calcule la entalpía del proceso de disolución de la urea en agua. c) Razone si un aumento de temperatura favorece o no el proceso de disolución de la urea. Datos: Entalpías de formación estándar (en kj/mol): NH 3 (g) = 46,11; H 2 N(CO)NH 2 (s) = 333,19; H 2 N(CO)NH 2 (aq) = 319,2; CO 2 (g) = 393,51; H 2 O (l) = 285,83.

10 43 - Considere la reacción química siguiente: 2 Cl (g) Cl 2 (g). Conteste de forma razonada: a) Qué signo tiene la variación de entalpía de dicha reacción?. b) Qué signo tiene la variación de entropía de esta reacción?. c) La reacción será espontánea a temperaturas altas o bajas?. d) Cuánto vale ΔH de la reacción, si la energía de enlace Cl Cl es 243 kj mol 1? Para la reacción de hidrogenación del eteno: CH 2 =CH 2, determine: a) La entalpía de reacción a 298 K. b) El cambio de energía de Gibbs de reacción a 298 K. c) El cambio de entropía de reacción a 298 K. d) El intervalo de temperaturas para el que dicha reacción no es espontánea. Datos a 298 K CH 2 =CH 2 CH 3 CH 3 Δ (kj mol 1 ) 52,3 84,7 Δ G f (kj mol 1 ) 68,1 32, Sea la reacción: CH 3 CH=CH 2 (g) + HBr (g) Producto (g) a) Complete la reacción e indique el nombre de los reactivos y del producto mayoritario. b) Calcule H de la reacción. c) Calcule la temperatura a la que la reacción será espontánea. Datos: S reacción = 114,5 J K -1 mol -1 ; H f (CH 3 CH=CH 2 ) = 2,4 kj mol -1 ; H f (HBr) = 36,4 kj mol -1 ; H f (producto mayoritario) = 95,6 kj mol En la reacción de combustión del metanol líquido se produce CO 2 (g) y H 2 O (l). Sabiendo que el metanol tiene una densidad de,79 g cm -3 calcule: a) La entalpía estándar de combustión del metanol líquido. b) La energía desprendida en la combustión de 1 L de metanol. c) El volumen de oxígeno necesario para la combustión de 1 L de metanol, medido a 37 ºC y 5 atm. Datos. R =,82 atm L mol 1 K 1. Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1. Entalpías estándar de formación en kj mol 1: metanol (l) = 239; CO 2 (g) = 393; H 2 O (l) = El etanol y el dimetil éter son dos isómeros de función, cuyas entalpías de formación son Δ (etanol) = kj. mol -1 y Δ (dimetil éter) = - 18 kj. mol -1 a) Escriba las reacciones de formación y de combustión de ambos compuestos b) Justifique cual de las dos entalpías de combustión de estos compuestos es mayor en valor absoluto, teniendo en cuenta que los procesos de combustión son exotérmicos

11 48 - La reacción de combustión completa de un hidrocarburo saturado es: 3 n + 1 C n H 2n O 2 n CO 2 + (n + 1) H 2 O. 2 Justifique las siguientes afirmaciones: a) Si todos los hidrocarburos tuviesen igual valor de entalpía de formación, se desprendería mayor cantidad de energía cuanto mayor fuera el valor de n. b) El valor de la entalpía de reacción no cambia si la combustión se hace con aire en lugar de oxígeno. c) Cuando la combustión no es completa se obtiene CO y la energía que se desprende es menor. d) El estado de agregación del H 2 O afecta al valor de la energía desprendida, siendo mayor cuando se obtiene en estado líquido. Datos: Δ (kj mol 1 ): CO 2 = 393, CO = 11, H 2 O (l) = 285, H 2 O (v) = Uno de los métodos de propulsión de misiles se basa en la reacción de la hidracina: N 2 H 4 (l) y el peróxido de hidrógeno: H 2 O 2 (l) para dar nitrógeno molecular y agua líquida, siendo la variación de entalpía del proceso: 643 kj mol 1. a) Formule y ajuste la reacción que tiene lugar. b) Cuántos litros de nitrógeno, medidos a 2 ºC y 5 mm de mercurio, se producirán si reaccionan 128 g de N 2 H 4 (l)?. c) Qué cantidad de calor se liberará en el proceso?. d) Calcule la entalpía de formación de la hidracina: N 2 H 4 (l). Datos: Δ [H 2 O 2 (l)] = 187,8 kj mol 1 ; Δ [H 2 O (l)] = 285,83 kj mol 1 Masas atómicas (u): H = 1, N = Para la reacción: 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) a) Calcule la entalpía de reacción a 25 ºC. b) Calcule hasta qué temperatura la reacción será espontánea, sabiendo que para esta reacción ΔS = 146,4 J K 1. c) Si reaccionan 2 L de NO, medidos a 293 K y 1,2 atm, con exceso de O 2, cuánto calor se desprenderá?. Datos: Δ NO (g) = 9,25 kj mol 1 ; Δ NO 2 (g) = 33,18 kj mol Para el proceso Fe 2 O Al Al 2 O Fe, calcule: a) La entalpía de reacción en condiciones estándar. b) La cantidad de calor que se desprende al reaccionar 16 g de Fe 2 O 3 con cantidad suficiente de aluminio. c) La masa de óxido de aluminio obtenido en la reacción del apartado anterior. Datos. 2 Al + 3/2 O 2 Al 2 O 3, ΔHº = 1672 kj mol 1 2 Fe + 3/2 O 2 Fe 2 O 3, ΔHº = 836 kj mol 1 Masas atómicas: Fe = 56; O = 16; Al = Sabiendo que se desprenden 89, kj por cada mol de CO 2 producido según la siguiente reacción: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l), calcule: a) La entalpía de formación del metano. b) El calor desprendido en la combustión completa de un 1 kg de metano. c) El volumen de CO 2, medido a 25 ºC y 1 atm, que se produce en la combustión completa de 1 kg de metano Datos. R =,82 atm L mol 1 K 1 ; Masas atómicas: C= 12; H= 1; Entalpías de formación estándar (kj mol 1 ): H 2 O (l) = 285,8; CO 2 (g) = 393,5.

12 53 Si se somete el hidrocarburo C 1 H 18 a combustión completa: a) Calcula el numero de moles de oxigeno que se consumen en la combustión completa de 276 g del hidrocarburo b) Determina el volumen de aire, a 25 ºC y 1 atm, necesario para la combustión completa de dicha cantidad de hidrocarburo. Datos: Masas atómicas C = 12 u H = 1 u Tanto por ciento en volumen de oxigeno en el aire es del 21 % 54 - Los calores de formación estándar a 25 ºC de CO 2 (g); H 2 O (l) y butano (g) son - 393,13; - 285,8 y - 124,7 kj. mol -1, respectivamente. a) Formule y ajuste las reacciones de formación de dichas sustancias y calcule el calor de combustión del butano gas a 25 ºC b) Calcule la cantidad de calor absorbido o desprendido (especifique) al quemar completamente 1 kg de butano (g) a 25 ºC. Datos: masas atómicas: C = 12 O = 16 H = a) Formule la reacción de formación del etanol b) Calcule la entalpía de formación del etanol en condiciones estándar, sabiendo que la entalpía de combustión del etanol es 29,69 kj/g, la entalpía de formación del dióxido de carbono es 393,34 kj/mol y la entalpía de formación del agua liquida es 285 kj/mol c) Interprete el resultado numérico obtenido en cuanto a su signo. Datos: Masas atómicas: C = 12 H = 1 O = Considere la combustión de tres sustancias carbón, hidrógeno molecular y etanol. a) Ajuste las correspondientes reacciones de combustión. b) Indique cuáles de los reactivos o productos de las mismas tienen entalpía de formación nula. c) Escriba las expresiones para calcular las entalpías de combustión a partir de las entalpías de formación. d) Escriba la expresión de la entalpía de formación del etanol en función únicamente de las entalpías de combustión de las reacciones del apartado a). 57 Considere los procesos de licuación del hidrogeno: H 2 (g) H 2 (l), H l = - 1, kj. mol -1 ; y de combustión del mismo gas: H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O (g), Hc = kj. mol -1. Justifique si las siguentes afirmaciones son verdaderas o falsas: a) En ambos procesos S < b) Ambos procesos son espontaneos a cualquier temperatura c) Para la combustión H 2 (l) + ½ O 2 (g) H 2 O (g), H c = kj. mol -1 d) La energia de cada enlace O H es 242/2 kj. mol Los combustibles de automovil son mezclas complejas de hidrocarburos. Supongamos que la gasolina responde a la formula C 9 H 2, cuyo calor de combustión es ΔHc = 616 kj mol 1, mientras que el gasoil responde a la formula C 14 H 3, cuyo calor de combustión es ΔHc = 794 kj mol 1. a) Formule las reacciones de combustión de ambos compuestos y calcule la energia liberada al quemar 1 L de cada uno b) Calcule la masa de dioxido de carbono liberada cuando se queman 1 L de cada uno. Datos: C = 12 H = 1 O = 16. Densidades: gasolina = 718 g. L -1 ; gasoil = 763 g. L -1

13 59 - Sabiendo que se desprenden 89, kj por cada mol de CO producido según la siguiente reaccion CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l), calcule: a) La entalpia de formación del metano b) El calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de metano c) El volumen de CO2 medido a 25 ºC y 1 atm, que se produce en la combustión completa de 1 kg de metano Datos: C = 12 H = 1 Entalpias de formación estandar (kj. mol -1 ) H 2 O (l) = - 285,8; CO 2 (g) = - 393,5

14 1 - Solución. 3,26 x 1 6 J mol 1. SOLUCIONES 2 - Solución a) 131,99 kj mol 1 b) 66,3 kj 3 - Solución. Hidrógeno molecular, oxígeno molecular y zinc metálico. 4 - Solución. a) 65,2 kj mol 1 b) 1,16 x 1 6 kj 5 - Solución. a) La tercera ; b) la segunda ; c) la primera. 6 - Solución. a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) b) 89,3 kj; c) 59,3 kg d) 862,38 m Solución. a) El enlace C C es un enlace σ, el enlace C=C consiste en un enlace σ y un enlace π, y el enlace C C consiste en un enlace σ y dos enlaces π; el enlace π es más débil que el enlace σ. b) No; la conversión de grafito en diamante no es espontánea en condiciones estándar: Δ >. G R 8 - Solución a) La energía de la reacción es la diferencia de energía entre la que tienen los productos y la que tenían los reactivos. Según el diagrama la energía de los productos es menor que la de los reactivos, luego se desprende energía. Es decir, la reacción será exotérmica ( H < ) c) Al añadir un catalizador positivo, disminuye el valor de la energía de activación, y por tanto aumenta la velocidad de la reacción. Si el proceso es reversible los catalizadores también activan la velocidad de la reacción inversa, pero no modifican los valores de las funciones termodinámicas de la reacción ( H, G) 9 - Solución. a) 2 HCl (g) O2 (g) Cl 2 (g) + H 2 O (g) b) 49,5 kj mol 1 proceso exotérmico. 1 - Solución - 257,1 kj Luego se trata de una reacción espontánea 11 - Solución. Afirmaciones verdaderas: a), c) y d). Afirmación falsa: b) -termodinámicamente Solución. Combustión incompleta del carbono: CO; muy tóxico, al reducir la capacidad de transporte de oxígeno por la sangre. Combustión completa del carbono: CO 2 ; gas de efecto invernadero. Combustión del hidrógeno: H 2 O. Combustión del azufre: SO 2,corrosivo, irritante y venenoso y SO 3 ; contribuyen a la lluvia ácida. Combustión del nitrógeno: óxidos de nitrógeno: principalmente NO y NO 2 ; tóxicos, contribuyen a la lluvia ácida y son precursores del ozono troposférico y el smog fotoquímico.

15 13 - Solución. a) kj b) kj/mol 14 - Solución. a) 167,2 kj mol 1 b) n = 1,26 moles de H 2 (g) Solución. a) 4 FeS 2 (s) + 11 O 2 (g) 2 Fe 2 O 3 (s) + 8 SO 2 (g) b) ,4 g c) 9,78 x 1 5 litros Solución. a) Siempre espontáneo, a cualquier temperatura. b) Nunca. c) Espontáneo a temperaturas bajas. d) Espontáneo a temperaturas altas. 17 Solución. a) 3,94 x 1 5 J mol 1 ; 1,56 x 1 6 J mol 1 b) El etano (gaseoso) Solución a) 633 kj mol 1, proceso exotérmico b) 41,88 kj.g Solución. a) 131,7 J mol 1 K 1 b) 1,124 x 1 5 J mol 1 c) y d) 7, J mol 1, proceso espontáneo. 2 -Solución. a) 57,2 kj mol 1 ;,176 kj mol 1 K 1 b) 54,8 kj mol 1 c) La reacción no es espontánea en condiciones estándar d) La reacción es espontánea para T > 325 K 21 Teórica 22 - Solución. a) 44 kj mol 1 ;,118 kj mol 1 K 1 ; 8,84 kj mol 1 b) 373 K 23 - Solución. a) Cierto, a 5 K H < T S, por tanto G <, espontánea b) Cierto, ya que a T < 4 K G >, no espontánea la reacción A B, A es mas estable que B c) Cierto, ya que a esa temperatura G = d) Falso, solo es exotérmica para temperaturas superiores a 65 K (aproximadamente) 24 - Solución. a) 513,55 kj.mol -1 b) 9,94 bombonas 25 - Solución. a) Incorrecto. G puede valer cuando la reacción alcanza el equilibrio b) Incorrecto. G = H T S siempre que S sea distinto de c) Correcto. En los procesos espontáneos a P = Cte, G disminuye d) Incorrecto. La velocidad depende de la energía de activación y no de la G de la reacción 26 - Solución. a) 216,2 kj mol 1 b) Δ S f =,25 kj mol 1 K Solución. a) CH 3 CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) G = ,9 kj b) -1364,6 kj c) G < espontánea 28 - Solución a) 13,7 L b) ,8 kj c) 15,96 g/l 29 - Teórica 3 Solución. a) 5.16,2 kj mol 1 b) kj c) 159 L.

16 31 - Solución. a) 44,7 kj mol 1 b) 118,4 kj mol 1 c) 247,2 J mol 1 K 1 d) 11 L 32 - Solución. a) CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) b) 294,57 kg Δ H R = 178,7 kj mol Solución. a) - 545,2 kj b) - 135,8 J. K -1 c) - 54,7 kj d) 414,7 K 34 - Solución a) = - 25 kj/mol G r = - 97 kj/mol b) kj 35 - Solución. a) - 83 kj.mol -1 b) 14,2 L 36 - Teórica 37 - Solución. a) b) 3,9 kj. Δ H R = 44,7 kj mol 1 <, proceso exotérmico 38 - Solución. a) 3,91kJ mol 1 b) 93,2 J mol 1 K 1 c) 3,14 kj mol 1, no espontáneo d) 331,65 K 39 - Solución. a) - 52,4 kj mol 1 b) 269,68 kj mol Solución: a) Negativo. b) Temperaturas bajas. c) H positiva 41 - Solución a) 2 clorobutano b) -3,3 kj mol 1, espontánea c) -72,86 kj mol 1 d) -36,43 kj 42 - Solución. a) 133,29 kj/mol b) 13,99 kj/mol. c) El proceso de disolución es endotérmico, por lo tanto la solubilidad aumentará al aumentar la temperatura Solución. a) En la reacción se ha formado un mol de moléculas de cloro a partir de dos moles de átomos de cloro. Por haberse formado un mol de enlaces sin romperse otros, la variación entálpica de la reacción es negativa, ΔH <. b) Al pasarse de dos moles de átomos gaseosos de cloro a un mol de moléculas gaseosas de cloro, se ha producido una disminucion del orden, por lo que la variación de entropía es negativa. c) Por ser la variación de entalpía y entropía negativas, la reacción es espontánea a bajas temperaturas. d) El valor de la entalpía de la reacción es el valor de la entalpía de enlace Cl Cl cambiado de signo, es decir, Hr = kj mol Solución. a) 137 kj mol 1 b) 11 kj mol 1 c),121 kj mol 1 K 1 d) T > K 45 - Solución a) CH 3 CH=CH 2 (g) + HBr (g) CH 3 CHBr CH bromopropano b) - 79,6 kj. mol -1 c) 695,2 K 46 Solución a) 742 kj. b) kj c) 188,6 L

17 47 - Solución: a) 2 C (s) + 3 H 2 (g) + ½ O 2 (g) CH 3 CH 2 Oormación etanol 2 C (s) + 3 H 2 (g) + ½ O 2 (g) CH 3 O CH 3 formación dimetil éter CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (g) combustión etanol CH 3 O CH O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O (g) combustión dimetil éter b) La entalpía de combustión en valor absoluto es mayor para el compuesto con menor entalpía de formación también en valor absoluto, es decir (éter) > (etanol) H c H c 48 - Solución. a) Verdadera. Δ H c = n Δ CO 2 + (n + 1) Δ H 2 O Δ C n H 2n + 2. La variación de entalpía de combustión es directamente proporcional a n. b) Verdadera. c) Verdadera. d) Verdadera. Δ H 2 O (l) > Δ H 2 O (v) Solución. a) N 2 H 4 (l) + 2 H 2 O 2 (l) N 2 (g) + 4 H 2 O (l). b) 146,78 L c) kj d) - 124,72 kj 5 - Solución. a) 114,14 kj b) T < 779,6 K c) 5.77 J Solución: a) kj mol -1 b) - 83,6 kj c ) 1,2 g 52 - Solución: a) - 75,1 kj b) kj c) 1527,25 L 53 Solución: a) 29 moles b) 3374,49 L 54 Solución: a) ,8 kj/mol b) ,3 kj 55 - Solución a) C (s) + ½ O 2 (g) + 3 H 2 (g) C 2 H 5 OH (l) b) - 275,7 kj c) Al ser negativo el calor de formación, dicha reacción es exotérmica 56 - Solución a) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) -combustión completa- H 2 (g) O2 (g) H 2 O (l) CH 3 CH 2 OH (l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) b) C (s), H 2 (g) y O 2 (g) c) Δ [C (s)] = Δ [CO 2 (g)] H c H c Δ H c [H 2 (g)] = Δ [H 2 O (l)] Δ [CH 3 CH 2 OH (l)] = 2 Δ [CO 2 (g)] + 3Δ [H 2 O (l)] Δ [CH 3 CH 2 OH (l)] d) Δ [CH 3 CH 2 OH (l)] = 2Δ [C (s)] + 3Δ [H 2 (g)] Δ [CH 3 CH 2 OH (l)] H c H c 57 Solución a) Verdadera. b) Falsa. c) Verdadera. d) Falsa 58 Solución a) Gasolina kj; Gasoil 3569 kj b) 22,2 kg y 23,7 kg 59 - Solución: a) 75,1 kj mol 1 b) 5563 kj c) 1527 L H c