Química (209) Ejercicios resueltos

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1 Química (209) Ejercicios resueltos OBJETVO 4 1. Todos sabemos que el azúcar es una fuente de energía rápida. En nuestros cuerpos, la sacarosa (azúcar) se descompone en dióxido de carbono y agua mediante un proceso muy complicado de respiración celular. La sacarosa misma está compuesta de dos azúcares más simples, glucosa y fructosa. Determine cuánta energía obtiene nuestro cuerpo de la oxidación de 1 mol del azúcar más simple, la glucosa (C 6 12 O 6 ), en la oxidación: C 6 12 O 6(s) + 6O 2(g) 6CO 2(g) O (l) Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25 o C y presión de 1 atm: Sustancia Δ o f (Kcal/mol) C 6 12 O 6(s) -304,4 O 2(g) 0,0 CO 2(g) -94,1 2 O (l) -68,3 El calor de reacción es igual al calor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos: Δ = Δ o f (productos) Δ o f (reactivos) Δ = [6 (Δ o CO 2 ) + 6(Δ o O 2 )] [1(Δ o C 6 12 O 6 ) + 6(Δ o O 2 )] Δ = [6 (-94,1 Kcal) + 6 (-68,3 Kcal)] [1 (-304,4 Kcal) + 6 (0,0 Kcal)] Δ = -974,4 Kcal + 304,4 Kcal = 670 Kcal. La reacción es exotérmica. Nuestro cuerpo obtiene 670 Kcal de calor de la oxidación de 1 mol de glucosa. 2. Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de una muestra de 400 gramos de Aluminio de 30,0 o C a 60,0 o C? Dato: C = 0,215 Cal/(g)x( o C) Qcal = (c)x(m)x(δt)

2 Qcal = [0,215 Cal/(g)x( o C)]x 400 g x (60,0 30,0) o C = 2580 Cal. 3. El calor específico del hierro es 0,107 cal/g. o C. Qué cantidad de calor se requiere para calentar 100g de hierro desde 20 o C hasta 70 o C? Q = (c)x(m)x(δt) Q = (0,107 cal/g. o C)x (100g) x (70 o C - 20 o C) = 535 cal. Q = 535 cal x 4,184 J/cal = 2238,4 J. 4. Cuánta energía se libera cuando se enfrían 50g de plomo desde 150 o C hasta 50 o C si su capacidad calorífica molar promedio en este intervalo de temperatura es 6,42 cal/mol-grado? Dato: peso atómico del plomo = 207,2 Como se está trabajando con la capacidad calorífica molar, se debe convertir la cantidad dada de 50 g de plomo a moles: Nº de moles de plomo = 50g/207,2 g/mol = 0,24 mol Q = n x C x ΔT = (0,24 mol) x (6,42 g/mol) x (50 o C o C) = 154,08 cal. El signo negativo significa que se desprende calor en vez de absorberse (la temperatura final es menor que la temperatura inicial). 5. El calor molar de fusión de NaCl es 6,8 Kcal/mol. Qué catidad de calor se necesita para fundir 0,584 g de NaCl? Dar la respuesta en calorías y en joules. Dato: Un mol de NaCl pesa 58,45 g. Nº de moles de NaCl = = 0,01 mol Calor necesario para fundir el NaCl = Q Q = número de moles x calor molar de fusión Q = 0,01mol x 6800 cal/mol = 68 cal.

3 Q = 68 cal x 4,184 J/cal = 284,51 J. 6. Las estufas de gas moderno utilizan metano (C4) como combustible. Calcule Δ para la combustión de un mol de metano: C4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 22O(l) Tome en consideración los siguientes datos: Sustancia C4(g) O2(g) CO2(g) 2O(l) Δof (Kcal/mol) -17,9 0,0-94,1-68,3 El calor de reacción es igual al calor de formación de los productos menos el calor de formación de los reactivos: Δ = Δof (productos) Δof (reactivos) Δ = [1(ΔoCO2) + 2(ΔoO2)] [1(ΔoC4) + 2(ΔoO2)] Δ = [1 (-94,1 Kcal) + 2 (-68,3 Kcal)] [1 (-17,9 Kcal) + 2 (0,0 Kcal)] Δ = -230,7 Kcal + 17,9 Kcal = 212 Kcal. 7. La ecuación termoquímica para la formación del 2O(g) es 2(g) + ½ O2(g) = 2O(g); Δ = -241,84 KJ. Determine el calor que se desprende al reaccionar 1,00 g de hidrógeno. La ecuación en este problema significa que 1 mol de 2(G) reacciona con ½ mol de O2(g) para producir 1 mol de 2O(g) y con liberación de 241,84 KJ (57,77 Kcal) en el proceso; es decir, que cuando se consume 1 mol de 2, se producen 241,84 KJ. 1 mol de 2 pesa 2,016 g; entonces, en número de moles en 1,00 g será: Si se consumen 0,496 mol de 2 y se producen 241,84 KJ/mol de 2, entonces el calor producido será: 0,496 mol x 241,84 KJ/mol = 119,25 KJ = 28,50 Kcal

4 8. La combustión del butano, C410, libera energía según la siguiente ecuación termoquímica: 2C410(g) + 13O2(g) = 8CO2(g) + 102O(g); Δ = -1359,34 KJ. Cuánto calor se liberará por combustión de 5,8 g de C410? Peso atómico C = 12,011g; = 1,007g Peso molecular del C410 = 4 x 12,011g + 10 x 1,007 = 58,114 Nº de moles de C410 = 5,8g /58,114 g/mol = 0,1 mol. Si la combustión de dos moles de C410 libera 1359,34 Kcal, 0,1 mol libererá: 9. El calor desarrollado en la combustión (entalpía de combustión) del metanol, C3O, a 25oC, medido en una bomba calorimétrica es de 726,63 KJ/mol. Calcular la entalpía molar de formación del metanol. La ecuación termoquímica (sin balancear) es la siguiente: C3O(l) + O2(g) = CO2(g) + 2O(l) Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25oC y presión de 1 atm: Δof (Kcal/mol) 0,0-393,70-285,85 Sustancia O2(g) CO2(g) 2O(l) Se tiene que balancear la ecuación: C3O(l) + 3/2O2(g) = CO2(g) + 22O(l) Escribimos debajo de la formula la entalpía de formación de cada compuesto: C3O(l) + 3/2O2(g) = 1(Δof C3O) + 1,5 (0,0) = Δreacción = 726,63 KJ = CO2(g) + 22O(l) 393,70 + 2( 285,85)

5 = [ 393,70 + 2( 285,85)]KJ [1(Δof C3O) + 0]KJ 726,63 KJ = 393,70KJ 571,70KJ Δof C3O 726,63 KJ = 965,40KJ Δof C3O De donde: Δof C3O = 965,40KJ + 726,63 KJ = -238,77KJ/mol Δof C3O = 57,04 Kcal/mol 10. Calcular la entalpía de descomposición de 1 mol de KClO3(s) en KCl(s) y O2(g). Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25oC y presión de 1 atm: Sustancia KClO3(s) KCl(s) O2(g) Δof (KJ/mol) -391,2-436,0 0,0 Se escribe la ecuación química balanceada: KClO3(s) = KCl(s) + O2(g). Δ = Δof (productos) Δof (reactivos) Δ = [1(Δo KCl(s)) + (Δo O2(g))] [1(Δo KClO3(s)] = ( 436,0 + 0) ( 391,2) = 44,8 KJ = 10,70Kcal. 11. alle el calor de reacción a partir de las energías de enlace para la reacción: C4(g) + 4F2(g) CF4(g) + 4F(g) Datos: Energías de enlace sencillo en KJ/mol C-: 413; C-F: 485; F-F: 159; -F: 567 Primero se dibujan los enlaces rotos y formados:

6 C + 4(F F) = F C F + 4 ( F ) Enlaces rotos = 4 (C ) + 4 (F F). Enlaces formados: 4 (C F) + 4( F). Δ = = (4D C + 4D F F ) (4D C F + 4D F ) = [4 (413) + 4 (159)] [ 4 (485) + 4 (567)] = ( ) ( ) = = 1920 KJ = 458,89 Kcal. 12. Calcular el calor de reacción a partir de las energías de enlace para C 3 Cl (g) = C (g) + 3 (g) + Cl (g). Datos: Energías de enlace sencillo en KJ/mol C-: 413; C-Cl: 328 Dibujamos los enlaces de las moléculas presentes: C Cl = C (g) + 3 (g) + Cl (g) Enlaces rotos = 3 (C ) + 1 (C Cl). Enlaces formados = 0 Δ = = (3D C + D C Cl ) (0)

7 = 3(413) = = 1567 KJ =374,52 Kcal.