PAU+25 QUÍMICA TEMA 6. Energía de las reacciones químicas. Equilibrio.

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1 PAU+ QUÍMICA TEMA 6. Eergía de las reaccioes químicas. Equilibrio. Ayudas para la resolució de los ejercicios propuestos al fial del tema (pág. 11 ) Recuerda el criterio de sigos termodiámicos: W W Sistema Q Q Págia 11, cuestió 1 U Aplica el primer pricipio de la termodiámica: Q W pero recuerda que los sigos de Q y W tiees que poerlos tú. Para este caso como el sistemaza absorbe calor Q=+1 J y realiza trabajo W= - J pues U 1 J ( J ) 8 J Págia 11, cuestió Es semejate al aterior. Aplica el primer pricipio de la termodiámica las magitudes. U Q W pro te cuidado co los sigos de Págia 11, cuestió Recuerda que las sustacia químicas está formadas por las uioes (elaces) etre átomos que se rompe (e los reactivos) y se forma (e los productos). Estos elaces so estados eergéticos que se modifica e las reaccioes químicas. Si los estados eergéticos de los productos (fial) es meor que los de los reactivos (iiciales) el sistema químico cede eergía siedo u proceso exotérmico. Si los estados eergéticos de los productos (fial) es mayor que los de los reactivos (iiciales) el sistema químico toma eergía siedo u proceso edotérmico. Este es uestro caso. Por lo geeral las reaccioes químicas se realiza a presió costate y el calor itercambiado co el medio se deomia etalpía que al igual que la eergía itera es ua fució de estado. Es costumbre expresar la variació de etalpía de ua reacció química a cotiuació de ésta. Págia 11, cuestió 4 Expresaremos las ecuacioes termodiámicas: a) N O NO ; H 68 kj que es edotérmica. b) NO NO N O ; H 4, 1 kj que es exotérmica. c) N O NO ; H, 4 kj Págia 11, cuestió Exotérmicas. Págia 11, cuestió 6 A presió costate. Págia 11, cuestió 7 4 que es edotérmica. La espotaeidad de ua reacció química la deducimos Si G la reacció será espotáea. Si G la reacció o será espotáea. G H T S, así: 1

2 Si G el sistema está e equilibrio. Al aplicar la ecuació G H T S debes teer cuidado co las uidades de las magitudes: T debe medirse e la escala absoluta y la etalpía debes poerla e J. Págia 11, cuestió 8 a) aterior. SO recuerda que SO O SO sigifica cocetració molar M (mol/litro) que estudiamos e el tema Por otra parte debes iterpretar que cuado u sistema químico está e equilibrio las cocetracioes de los productos y los reactivos guarda esa relació fija que llamamos costate de equilibrio cuyo valor depede de la temperatura. Cuado el sistema o está e equilibrio a esa relació la llamamos cociete de reacció Q y puede tomar cualquier valor. b) Hazlo tú Págia 11, cuestió 9 Hazlo tú y mira las solucioes. Págia 1, cuestió 1 La ecuació debemos expresarla: PCl g ) PCl ( g ) Cl ( g ) ; H cuya costate de equilibrio será: PCl Cl PCl ( Si u sistema está e equilibrio y se modifica algua codició de equilibrio (P, V, T, [X]) etoces el sistema vuelve a la situació de equilibrio modificado las cocetracioes de la sustacias del sistema: i) Dismiuyedo la catidad de reactivos y aumetado la catidad de productos R P ii) Dismiuyedo la catidad de productos y aumetado la catidad de reactivos R P a) Al variar la T, la evolució del sistema depede de H Si cuado etoces T H R P T H R P T H R P T H R P b) A temperatura costate, u aumeto de presió P, e los gases, sigifica ua dismiució de volume V. La evolució de u sistema gaseoso hacia la posició de equilibrio depede de la molecularidad de la reacció p que para uestro caso es 1 1 (1) 1 r E el caso de que e el estado de equilibrio. Si cuado etoces V R P V R P V R P V R P. Los distitos casos posibles so:, las variacioes de volume o presió o afecta al equilibrio; es decir, el sistema permaece c) Si añadimos Cl se produce u aumeto de la costate de equilibrio PCl Cl PCl y el sistema evolucioa dismiuyedo el umerador (productos) y aumetado el deomiador (reactivos) hasta que Kc toma el mismo valor. Es decir R P

3 e) Si añadimos PCl se produce ua dismiució de la costate de equilibrio PCl Cl PCl y el sistema evolucioa aumetado el umerador (productos) y dismiuyedo el deomiador (reactivos) hasta que toma el mismo valor. Es decir R P f) La presecia de catalizador o afecta al estado de equilibrio, solo ifluye e que se alcace más rápido. Págia 1, cuestió 11 a) La ecuació SO O SO ; H. Como H es u proceso edotérmico; si aumetamos la temperatura, facilitamos la reacció desplazádose hacia productos R P. b) Hazlo tú ayudádote de la primera tabla del ejercicio aterior pero ahora H Págia 1, cuestió 1 E ambos casos p por lo que la variació de presió o de volume o afecta al equilibrio. Págia 1, cuestió 1 r Para este caso p ( ) (1) 1 r N O ( g ) NO ( g ) ; H 8, kj 4 a) U aumeto de presió provoca ua dismiució de volume (gases) y ua dismiució del volume desplaza el sistema hacia meor molecularidad R P. Luego e este caso dismiuye la cocetració NO. b) Dismiució de temperatura T y al ser H 8, kj edotérmica, tampoco favorece la formació de NO. c) Observa que es lo cotrario de a). Al dismiuir la presió aumeta el volume y el sistema evolucioa hacia dode es mayor la molecularidad; es decir, favorece la formació de NO. d) La presecia de catalizador o afecta al estado de equilibrio, solo ifluye e que se alcace más rápido. Págia 1, cuestió 14 N ( g ) O ( g ) NO ( g ) ; H a) Para este caso p ( ) ( ) por lo que las variacioes de presió o volume o afecta al equilibrio. b) Para esta reacció r NO N O. Si dismiuimos [N ] dismiuye el deomiador y tambié tiee que dismiuir el umerador para mateer la relació costate, luego o aumeta el redimieto. c) Igual que a). d) Como la reacció es edotérmica, al aumetar la temperatura favorece la reacció para formar productos, luego favorece el redimieto. Págia 1, cuestió 1 H O ( g ) H ( g ) O ( g ) ; H a) Si T como la reacció es edotérmica H desplazamos el sistema hacia la formació de reactivos, luego o aumeta el redimieto.

4 b) Dismiuir la presió sigifica aumetar el volume y como ( 1) ( ) 1 el sistema evolucioa hacia dode la molecularidad es mayor, luego e este caso si se favorece el redimieto. c) Si dismiuimos la cocetració de u reactivo tambié dismiuye la cocetració de los productos, luego o favorece el redimieto. d) La presecia de catalizador o afecta al estado de equilibrio, solo ifluye e que se alcace más rápido. Págia 14, problema 1 4 N O NO N O ; H 6, 8 kj a) De la ecuació deducimos que para la descomposició de mol de N O hace falta (es edotérmica) 6,8 kj de calor, luego co 71 kj podemos descompoer mol de N O mol N O de dode =, mol de N O que so m= M = (, mol) x (76 g/mol)= 19 g de N O. 6,8 kj 71 kj Observa que es semejate a los cálculos estequiométricos estudiados e el tema aterior. b) Co 71 kj podemos descompoer, mol de N O y se formará mol N O, mol de dode =1, mol de 1 mol N O N O 4 que e CN ocupa u volume de (1, mol) x (,4 L/mol) = 8 L. (Recuerda que 1 mol de cualquier gas e CN ocupa,4 L) Págia 14, problema C H H C H ; H a) Es semejate al aterior pero co u proceso exotérmico. b) Es semejate al aterior, calcula los mol de etao que se forma y luego la masa e gramos. Págia 14, problema El etao es u hidrocarburo (C e H) que arde e presecia de O y forma CO y H O. 7 C H O CO H O ; H 6 Nos preguta la eergía que se libera e la combustió de 1 mol de etao y sabemos que la combustió de 1 gramo de etao libera kj. Pero cuátos mol so 1 gramo de etao? =m/m = (1 g) / ( g/mol) =, mol de etao. Luego egativo es porque el proceso es exotérmico. Págia 14, problema 4, mol kj 1 mol H kj 4 de dode H= - 16 kj. El sigo Aplicado la ley de Hess teemos que costruir la ecuació de formació del metao a partir de las ecuacioes de los datos. C ( s ) H H ( g ) CH ( g ) ; 4 i) Empezamos por el carboo C(s) que está como reactivo. Busca ua ecuació (de los datos) e la que el C esté etre los reactivos: C ( s ) O ( g ) CO ( g ) ; H 9, 1 kj ii) Cotiuamos co el H y buscamos ua ecuació (de los datos) e la que el H esté etre los reactivos: 1 H ( g ) O ( g ) H O ( l ) ; H 8, 6 kj iii) Fialmete buscamos ua ecuació e la que esté el metao CH 4 ; pero como está como reactivo tomamos la opuesta: CO ( g ) H O ( g ) CH ( g ) O ( g ) ; H 4 889, kj Observa que como hemos tomado la ecuació opuesta su etalpía tambié es la opuesta. iv) Ahora sumamos las tres ecuacioes (recuerda que para sumar ecuacioes se todos los térmios de los primeros miembros y se iguala a la suma de todos los térmios del segudo miembro). De igual maera tambié se suma los térmios eergéticos. Págia 1, problema 4

5 1 Semejate al aterior. Aplicamos la ley de Hess para costruir la ecuació C ( s ) O ( g ) CO ( g ) ; H a partir de la combiació las ecuacioes dadas. E este caso, la seguda ecuació tiees que tomarla opuesta. Págia 1, problema 6 Semejate al aterior. La primera ecuació la tomamos la opuesta multiplicado por y la seguda tomamos la opuesta, luego sumamos las dos ecuacioes. Págia 1, problema 7 Aplica la ley de Hess co las etalpías de formació: H P H fp R H fr Si teemos e cueta que las etalpías estádar de formació de las sustacias elemetales so ulas: H H H H que al sustituir los datos os permite calcular la etalpía de formació de la fco fh O fch N ciaamida. Págia 1, problema 8 Escribimos la reacció ajustada de combustió del acetaldehído: Y aplicamos la ley de Hess co las etalpías de formació. CH CHO O CO H O Págia 16, problema 9 Tiees que costruir la ecuació C H H C H ; H a partir de las reaccioes de las que te iforma y cuyas 4 6 ecuacioes ajustadas tiees que costruir tú: 7 C H O CO H O ; H 16, kj 6 C H O CO H O ; H 1411, kj 4 1 H ( g ) O ( g ) H O ( l ) ; H 8, kj Habrás observado que el sigo de las etalpías lo tiees que poer tú (edotérmicas y exotérmicas) Ahora aplica la ley de Hess para obteer la ecuació de la reacció que te pide a partir de la combiació de las otras ecuacioes. Págia 16, problema 1 Aplicamos la ley de Hess: H P H fp R H fr co las etalpías de formació para la reacció: 6 C H C H ; H que resulta: 6 H H H po tú los datos y calcula. fc 6 H 6 Págia 16, problema 11 fc H H comb =-687,7 kcal/mol sigifica que la combustió de 1 mol de butao libera (exotérmica) 687,7 kcal de eergía e forma de calor. Vamos a escribir la ecuació ajustada para la combustió de u mol de butao: Ahora aplicamos la ley de Hess C 4 H 1 1 O 4 CO H O ; H comb H H H para esta reacció: P fp R fr

6 1 H 4 H H H H comb fco fh O fc 4 H 1 fo po los datos y recuerda que la etalpía de formació de las sustacias elemetales es ula (). Tedrás que despejar lo que pretedes calcular H Págia 16, problema 1 Hazlo tú. fc 4 H 1 Págia 16, problema 1 La ecuació ajustada del equilibrio: HI H I tedrá la costate:,6,6 será: K, (e este caso o tiee uidades) c,4 Págia 16, problema 14 H I HI cuyo valor para uestro caso PCl Cl PCl mete los datos, opera y o te olvides de las uidades. Págia 17, problema 1 SO SO O Tedrás que pasar las masas a mol sustacia m [X] SO 96 g =m/m=96/8=1, mol 1, mol SO, 6 V L SO,6 g =m/m=,6/64=,4 mol O 19, g =m/m=19,/=,6 mol M mol SO, M V,4 L,6 mol O, M Ahora sustituye y calcula. Te cuidado co las uidades (la solució del libro o las poe) Págia 17, problema 16 Similar al aterior pero ya te da las catidades e mol. Págia 17, problema 17 Aplicaremos HI I H y razoaremos: Ates del equilibrio hay, mol de I y otros, mol de H (supoemos que HI o hay ada) Cuado se alcace el equilibrio se habrá trasformado mol de I y otros mol de H (mira la estequimetría 1 mol : 1 mol) y se habrá formado mol de HI. es la catidad que debemos calcular. I + H = HI Ates,, Equilibrio, -, - V L 6

7 Todas estas catidades está relacioadas e la costate de equilibrio HI I H cuyo valor coocemos. 1 Sustituyedo: operado tedremos que resolver ua ecuació de º grado,, ,= que tiee dos solucioes pero ua de ellas la descartamos porque >,. La otra solució =,9 mol es válida. Luego la catidad de HI e el equilibrio será =x,9=,78 mol de HI. Págia 17, problema 18 La ecuació de la reacció es CO H CO H O y su costate CO H CO H O Ates del equilibrio hay mol de CO y 1 mol de H ; y cuado se alcaza el equilibrio hay,8 mol de CO y,8 mol de H O por lo que de CO debe quedar e el equilibrio -,8=, mol y de H debe quedar 1-,8=, mol (observa la estequiometría de la reacció) CO + H = CO + H O Ates 1 Equilibrio -,8 1-,8,8,8 Todas estas catidades está relacioadas e la costate de equilibrio:,8,8 CO H V V CO H O,, V V si te fijas o hace falta saber el valor de V. Págia 17, problema 19 Es parecido al problema 17. etaol + a. acético = a. etilo + H O Ates 1 Equilibrio - 1- V V 4 ; Si te fijas o hace falta saber el valor de V; es decir, o ifluye e el equilibrio. Tedrás que 1 V V resolver ua ecuació de segudo grado: = Págia 17, problema V V Pues resuelve V V Si estas ayudas te parece isuficietes, pregútame el próximo día e clase o mádame u correo a la direcció fqipepgr@gmail.com (por favor idetifícate) 7

8 EJERCICIOS PROPUESTOS EN PAU+ 1) Cambios de eergías e las reaccioes químicas. Espotaeidad de las reaccioes químicas. ) Ley de Hess. Aplicacioes. Espotaeidad de las reaccioes químicas y su medida. ) Equilibrio químico. Costate de equilibrio: factores que lo afecta. 4) Pricipio de Le Chatelier. Factores que afecta al equilibrio químico. ) E u recipiete de u litro se itroduce,8 gramos de PCl y se calieta hasta C. A esa temperatura ese compuesto se disocia e u 7% segú la ecuació: PCl (gas) = PCl (gas) + Cl (gas) Calcule:.a) La costate de equilibrio a esa temperatura. (Sol:, mol/l).b) La presió parcial de cada compoete y la presió total e el iterior del recipiete. (Sol: 1,17 atm;, atm;, atm; 8, atm).c) La costate de equilibrio K p a esa temperatura. (Sol: 1,6 atm) Datos: R='8 atm L/K mol. Masas atómicas: P=1; Cl='. 6) E u recipiete de 1 L se itroduce mol de I y 4 mol de H y se calieta a ºC hasta que se establece el equilibrio: H (g) + I (g) = HI(g) Si e el equilibrio se forma mol de HI, calcule: 6.a) La costate de equilibrio a esa temperatura. (Sol: 7,) 6.b) La presió parcial de cada compoete y la presió total e el iterior del recipiete. (P H =1,7 atm; P I =,14 atm; P HI =1,8 atm; P=,64 atm) 6.c) La costate de equilibrio Kp a esa temperatura. (K p = =7,) DATOS: R=,8 atm L/K mol. 7) E u recipiete de 1 L que se ecuetra a ºC se itroduce determiada catidad de N y de H. Cuado se alcaza el equilibrio N (g) + H (g) = NH (g) e el sistema hay mol de N, mol de H y,6 mol de NH. Calcule: 7.a) El valor de la costate Kc. (Sol:,1 L /mol ) 7.b) El valor de la costate Kp. (Sol:,x1-6 atm - ) 7.c) La presió total detro del recipiete e el equilibrio. (Sol: atm) DATOS: R=,8 atm L/K mol 8) Equilibrio químico. Costates de equilibrio Kc y Kp. Factores que afecta al equilibrio. 9) Etalpías de reacció y formació. Ley de Hess. 1) E u matraz de 1 litro, e el que se ha hecho el vacío, se itroduce, moles de N O 4 y se calieta hasta alcazar ua temperatura de 4 ºC. Parte del N O 4 se disocia e NO segú la reacció siguiete: N O 4 (g) NO (g) Cuado se alcaza el equilibrio, la presió total es de atm. Calcúlese: 1.a) El grado de disociació del N O 4. (Sol: α=,6) 1.b) El valor de la costate de equilibrio kc (Sol:,14 mol/l) Dato: R=,8 atm L/K mol 11) E u recipiete de 1 litros se itroduce mol del compuesto A y 1 mol del compuesto B; se calieta a ºC hasta que se alcaza el equilibrio: A(g) + B (g) = C (g). E esta situació hay e el recipiete el mismo úmero de mol de B que de C. Calcule: 11.a) Los mol de cada sustacia e el equilibrio. (Sol A =1,8 mol; B =,4 mol; C =,4 mol) 11.b) Los valores de Kc y Kp. (Sol: =19 L mol - ; Kp=,6 atm - ) 11.c) La presió parcial de B. (Sol: 1,9 atm) DATOS: R=,8 atm L /k mol 1) La combustió completa de g de acetoa, segú la siguiete reacció si ajustar, libera 616,7 kj: C H 6 O(liq) + O (g) = CO (g) + H O(liq) 1.a) Ajuste la reacció. (Sol: C H 6 O(liq) + 4 O (g) = CO (g) + H O(liq)) 1.b) Calcule la etalpía estádar de combustió de la acetoa líquida. (Sol: ,4 kj/mol) 1.c) Calcule la etalpía estádar de formació de la acetoa líquida. (Sol: - 49, kj/mol) Datos: Etalpías de formació estádar: CO (g)=-9, kj/mol; H O(l)=-8,8 kj/mol; Masas atómicas C=1;H=1;O= 16. 8