04_TERMOQUIMICA_PAEU CyL.. desde 2009

Transcripción

1 PAU CyL J29 entalpía descomposición carbonato y espontaneidad con T El CaCO 3 (s) se descompone térmicamente para dar CaO(s) y CO 2 (g) a. Calcule el cambio de entalpía en kj cuando en la reacción se producen 48,2 g de CO 2. (hasta 1, punto) b. Razone la espontaneidad de una reacción química en función de los posibles valores positivos o negativos de H y S. (hasta 1, punto) Datos: H f CaO(s) = -635,6 kj/mol; H f CO 2 (g) = -393,5 kj/mol; H f CaCO 3 (s) = -126,9 kj/mol La descomposición del carbonato de calcio responde a la ecuación: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) esteq H f (kj/mol) -126,9-635,6-393,5 Como se proporcionan los datos de las entalpías de formación a esa temperatura de las distintas especies químicas, aplicando la ley de Hess y teniendo en cuenta la estequiometría, se calcula la entalpía de reacción: H reacción = ΣH formación (productos) - ΣH formación (reactivos) = = 1 mol (- 393,5 kj/mol) + 1 mol (- 635,6 kj/mol) 1 mol (- 1 26,9 kj/mol) = = + 177,8 kj Proceso endotérmico, ( H > ), hay que aportar al sistema desde el exterior 177,8 kj por mol de carbonato de calcio que se descompone. Como la masa molar del CO 2 es 44 g/mol, la variación de la entalpía cuando se produce una masa de 48,2 g de CO 2 es: H kj 48,2 g CO2 = + 177,8 = 194, kj mol CO 44 g / mol 2 b) La espontaneidad de un proceso químico que transcurre a presión y temperatura constantes, queda determinado por la variación de la energía libre de Gibss, de forma que el proceso es espontáneo a p y T constantes si G <. Esta magnitud está relacionada con la variación de la entalpía, H, de la entropía, S, y con la temperatura absoluta, por la ecuación: G = H T S En este caso H > y S >, ya que en el proceso se desprende un gas lo que acarrea un aumento del desorden. Para que G < se debe cumplir que T S > H hecho que ocurrirá a temperaturas elevadas. Por tanto a temperaturas bajas, temperatura ambiente, predomina el término H y el proceso no es espontáneo. Por ello el carbonato de calcio es estable y no se descompone de forma espontánea a temperatura ambiente. Sin embargo a temperaturas elevadas, predomina el término T S y el proceso es espontáneo. 1

2 PAU CyL S29 Ley de Hess espontaneidad a alta temperatura Conteste razonadamente a las siguientes cuestiones Dadas las reacciones: KCl (s) K + (g) + Cl - (g) H = 718 kj KCl (s) K(s) + ½ Cl 2 (g) H = 436 kj K(s) + ½ Cl 2 (g) K(g) + Cl(g) H = 211 kj Calcule la H para la reacción: K(g) + Cl(g) K + (g) + Cl - (g) b) Una reacción es espontánea a 975 C pero no es espontánea a 25 C. Qué signos tendrán H y S para dicha reacción? Aplicando la ley de Hess, la reacción pedida se obtiene sumando a la primera reacción, la segunda y la tercera multiplicadas por -1. KCl (s) K + (g) + Cl - (g) H = 718 kj K(s) + ½ C1 2 (g) KCl (s) H = -436 kj K(g) + Cl(g) K(s) + ½ C1 2 (g) H = -211 kj sumando K(g) + Cl(g) K + (g) + Cl - (g) H = 71 kj b) La espontaneidad de un proceso químico que transcurre a presión y temperatura constantes, queda determinado por la variación de la energía libre de Gibss, de forma que el proceso es espontáneo a p y T constantes si G <. Esta magnitud está relacionada con la variación de la entalpía, H, de la entropía, S, y con la temperatura absoluta, por la ecuación: G = H T S Según sean los valores de H y del producto T S, se tienen las siguientes predicciones: Condiciones de espontaneidad, de acuerdo con G H T S G Predicción de la transformación < > < Cambio espontáneo siempre < < a T baja: H > T S G < Cambio espontáneo < < a T alta: H < T S G > Cambio no espontáneo > > a T baja: H > T S G > Cambio no espontáneo > > a T alta: H < T S G < Cambio espontáneo > < > Cambio imposible Por tanto si la reacción es espontánea a temperaturas elevadas y no lo es a baja temperatura se deduce que S > y H >. 2

3 PAEU CyL J21 descomposición del peróxido de hidrógeno H y S BLOQUE B5 General Para la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno para dar agua y oxígeno a 298 K. Calcule H y S estándar de la reacción. b) Razone si el peróxido de hidrógeno será estable a 298 K. DATOS: H f (kj mol -1 ) H 2 O (l) = - 285,8; H 2 O 2 (l) = -187,8. S (J K -1 mol -1 ) H 2 O (l) = 69,9; H 2 O 2 (l) = 19,6; O 2 (g) = 25,1. H 2 O 2 (l) H 2 O (l) + ½ O 2 (g) Cálculos esteq 1 1,5 H f (kj mol -1 ) -187,8-285,8 H =? S (J K -1 mol -1 ) 19,6 69,9 25,1 S =? H = H 1 - H 2 = (- 285,8 kj) - (- 187,8 kj) = - 98 kj S = ½ S [O 2 ] + S [H 2 O] - S [H 2 O 2 ] = ½ 25,1 + 69,9-19,6 = 62,85 J/K b) Para saber si el agua oxigenada es estable a esa temperatura se calcula G y si su valor es menor que cero entonces la reacción es espontánea y se descompone. G = H - T S = -98 J K 62,85 J/K < luego la reacción es espontánea a esa temperatura. PAEU CyL J21 descomposición térmica del carbonato de calcio BLOQUE A3 Específico La descomposición térmica del carbonato de calcio sólido produce óxido de calcio sólido y dióxido de carbono gas. Calcule: La entalpía estándar de la reacción de descomposición. b) El volumen de CO 2 medido a 25 ºC y 1 atm, que se podrá obtener mediante dicha reacción cuando se emplean 5. kj. DATOS: Calores estándar de formación (kj mol -1 ) CaCO 3 = -127; CaO = - 635; CO 2 = CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) esteq H f (kj/mol) H r = (- 127) = 179 kj Es una reacción endotérmica b) 1mol CO 2 X CO 2 = 5kJ = 27,93 mol CO 2 179kJ Aplicando la ecuación de los gases ideales: p V = n R T n R T 27,93 mol,82 atm L /( mol K) 298 K V = = = 682,6 L de CO2 p 1atm 3

4 PAEU CyL J21 variación energética de la siguiente reacción: C grafito (s) + H 2 (g) C 3 H 8 (g) BLOQUE B4 Específico Calcule, aplicando la Ley de Hess, a partir de las entalpías de combustión dadas: La variación energética de la siguiente reacción: C grafito (s) + H 2 (g) C 3 H 8 (g) b) La energía liberada cuando se quema un litro de propano medido en condiciones normales. DATOS: Entalpías normales de combustión (kj mol -1 ) C grafita (s) = -393,5; C 3 H 8 (g) = ,9; H 2 (g)= -285,8. 3 C grafito (s) + 4 H 2 (g) C 3 H 8 (g) H f?? 1. C + O 2 CO 2 H 1 = - 393,5 kj 2. C 3 H O 2 3 CO H 2 O H 2 = ,9 kj 3. H 2 + ½ O 2 H 2 O H 3 = - 285,8 kj H f = 3 H 1 - H H 3 = 3 (- 393,5 kj) - ( ,9 kj) + 4 (- 285,8 kj) = -13,8 kj 1mol 2219,9 kj H = 1L propano = 99,1kJ 22,4L 1mol Como se pide que se calcule la entalpía de formación del C 3 H 8 (g), y el resto son asi mismo entalpías de formación, también puede calcularse: C 3 H 8 (g) + 5 O 2 3 CO H 2 O esteq H f (kj/mol) H f - 393,5-285,8 H = ,9 Por tanto: ,9 = 3 (-393,5) + 4 (-285,8) - H f H f = 3 (-393,5) + 4 (-285,8) ,9 H f = -13,8 kj/mol PAEU CyL J21 reacción química límite de temperatura a la que se puede trabajar para que la reacción sea espontánea BLOQUE B5 Específico. Responda razonadamente a las siguientes cuestiones: Para una reacción química A (g) + B (g) C (g), donde H = - 8 kj y S = -19 J K -1. Calcule cuál es el límite de temperatura a la que se puede trabajar para que la reacción sea espontánea. Qué significan los signos negativos de H y de S? b) Nombre y formule los siguientes compuestos orgánicos: CH 3 -CH 2 -COOH Metil etil éter CH 3 -CH 2 -C/CH Metanoato de propilo CH 3 -CHOH-CH 2 -CH 2 -CH 3 Dietilamina CH 3 -CH 2 -CO-CH 2 -CH 2 -CH 3 Pentanal C 6 H 14 Metil propeno. A (g) + B (g) C (g) H = - 8 kj (exotérmic S = -19 J K -1 (se orden G = H - T S = - 8 J - T (- 19 J/K) Y T = 421,1 K a esta temperatura G = Por encima de 421,1 K el valor de G es positivo. Como la reacción es espontánea cuando G <, significa que lo es entre K y 421,1 K. 4

5 PAEU CyL J211 Espontaneidad formación NO con datos de H formación y S. A partir de qué temperatura es espontánea. B5.- En el aire se encuentran, entre otros gases, nitrógeno y oxígeno. Consideremos que reaccionan a 298 K según la reacción: N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) Responda a las siguientes cuestiones: A 298 K, es espontánea la reacción? (Hasta 1,5 puntos) b) Suponiendo que los valores de entalpía y entropía de reacción apenas varían con la temperatura, a partir de qué temperatura sería espontánea dicha reacción? (Hasta,5 puntos) Datos: H NO(g) = 9,3 kj/mol S N2 (g) = 191,5 J/mol K S O2 (g) = 25, J/mol K S NO(g) = 21,6 J/mol K Para analizar la espontaneidad de una reacción se calcula el valor de la variación de la energía libre G. Si el signo es negativo la reacción es espontánea y viceversa. Se calcula G = H - T S N 2 (g) + O 2 (g) 2 NO(g) estequi H formación 9,3 H = 18,6 kj S 191,5 25, 21,6 S = 24,7 J/K H = Σ H formación productos - Σ H formación reactivos = 2 9,3 ( + ) = 18,6 kj Por definición los valores de H formación de los elementos en su forma más estable en condiciones estándar es cero. S = Σ S productos - Σ S reactivos S = 2 21,6 (191,5 + 25,) = 24,7 J/K Por tanto como G = H - T S : G = 18, ,7 1-3 G = 173,2 kj Como G > REACCIÓN NO ESPONTÁNEA a 298K b) En este caso para que G < debe de cumplirse que T S > H H 18,6 T > T > T > K 3 S 24,7 1 A partir de K, G se hace negativo y la reacción será espontánea. PAEU CyL J211 Predecir signo variación de entropía de forma cualitativa B2. Prediga, justificando las respuestas, si el cambio de entropía del sistema es positivo o negativo para las siguientes reacciones: a. 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) b. NH 4 Cl(s) NH 3 (g) + HCl(g) La entropía (S) está relacionada con el grado de desorden de un sistema. E grado de desorden está relacionado con el estado físico de un sistema. Crece el desorden en el sentido: sólido líquido gas, aumentando la entropía, por tanto en el mismo sentido. En la reacción hay una disminución de los moles en estado gaseoso, por lo que hay una disminución de entropía. En la reacción b) hay un aumento de los moles en estado gaseoso, por lo que hay un aumento de entropía. 5

6 PAEU CyL J212 Cálculo de la entalpía de formación benceno a partir de su combustión. A1. La entalpía de combustión del benceno es -3267,4 kj/mol. Calcule: El valor de la entalpía de formación del benceno líquido. b) La energía implicada en la combustión de 1 g de benceno líquido. Datos: H f CO 2 (g) = -393,5 kj/mol; H f H 2 O(l) = -285,8 kj/mol C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) esteq 1 7,5 6 3 H f (kj/mol) H f, benceno -393,5-285,8 H = -3267,4 La entalpía de formación estándar de un elemento químico puro en su forma más estable es igual a cero, por lo que la entalpía de formación del O 2 (g) es igual a cero. Aplicando: H reacción = Σ H f, productos Σ H f, reactivos 1 mol H combustión = 6 mol H f CO 2 (g) + 3 mol H f H 2 O(l) 1 mol H f C 6 H 6 (l) 1 mol (- 3267,4 kj/mol) = 6 mol (-393,5 kj/mol) + 3 mol (-285,8 kj/mol) 1 mol H fc 6 H 6 (l) Despejando: H f C 6 H 6 (l) = + 49 kj/mol b) La masa molar del benceno es: M (C 6 H 6 ) = 78 g/mol 1mol 3267,4 kj Q = 1 g C6H 6 = 4189, kj 78 g C H 1mol 6 6 PAEU CyL S212 Cálculo de entalpía de combustión del metano a partir de las de formación y volumen de metano para igual energía que 1 kg de carbón A2.- Sabiendo que en la combustión de 1 kg de carbón se desprenden 3, kj. Calcule: La entalpía estándar de combustión del CH 4. b) I.a energía que se desprende en la combustión de 1 kg de CH 4. c) El volumen de CH 4, medido a 25 C y 1 atm de presión, que es necesario quemar para producir la misma energía que en la combustión de 1 kg de carbón. Datos: Hº f CH 4 = -75 kj/mol; Hº f CO 2 = -391 kj/mol; Hº f H 2 O (l) = -286 kj/mol Se escribe la combustión del CH 4 CH O 2 CO H 2 O estequiometría Hº f (kj/mol) -75 (por definición) Hº =? El Hº de esta reacción será: Hº = Hº f productos - Hº f reactivos Hº = (-286) (-75) = -891 kj/mol CH 4 b) Utilizando factores de conversión: 3 kj 1mol CH 4 1 g 4 kj 891 = 5,57 1 (el signo menos indica energía desprendid mol CH 4 16 g 1kg kg CH 4 c) Se calculan el número de mol de CH 4 que desprenden la misma energía que un kg de carbón: (Prescindiendo del signo, sabiendo que es una energía desprendid 4 kj 1mol CH 4 mol CH 3,81 1 = 42,76 4 kg carbón 891kJ kg carbón Ahora se calcula el volumen que ocupan esos mol de CH 4, en las condiciones dadas, con pv=nrt: 42,76,82 ( ) 3 V = = 1.44,9 L 1,4 m 1 6

7 PAEU CyL J213 Entalpía de formación del etileno. Cálculo de variación de energía libre de Gibbs y espontaneidad. A4. Se pretende obtener etileno a partir de grafito e hidrógeno a 25 ºC y a una atmósfera de presión, según la reacción: 2 C (grafito) + 2H 2 (g) C 2 H 4 (g) Calcule: La entalpía de reacción en las condiciones estándar. La reacción es exotérmica o endotérmica? (Hasta,8 puntos) b) La variación de energía libre de Gibbs en las condiciones estándar. Es espontánea la reacción en las condiciones dadas? (Hasta 1,2 puntos) Datos: H o f C 2 H 4 (g) = 52,5 kj/mol S C(grafito) = 5,7 J/mol; S H2(g) = 13,6 J/mol; ; S C2H4(g) = 219,2 J/mol; 2 C (grafito) + 2 H 2 (g) C 2 H 4 (g) estequiometría Sº (J/mol) 5,7 13,6 219,2 La entalpía de reacción en las condiciones estándar. La reacción es exotérmica o endotérmica? La entalpía está como dato H o f C 2 H 4 (g) = 52,5 kj/mol H consigo positivo, lo cual implica que es una reacción endotérmica. b) La variación de energía libre de Gibbs en las condiciones estándar. Es espontánea la reacción en las condiciones dadas? La variación de energía libre de Gibbs se calcula: G = H - T S S reacción = 219,2 - (2 5, ,6) = -53,4 J/K G = 52,5 kj (-53,4/1)kJ = 68,4 kj Como G tiene signo positivo, la reacción es NO ESPONTÁNEA. Y no lo será a ninguna temperatura ya que S reacción tiene signo positivo. PAEU CyL S213 Cuestiones sobre espontaneidad según signos H, S A2. Explique razonadamente las siguientes cuestiones: a. Se sabe que la reacción A(s) B(s) + C(g) es espontánea. Si en esta reacción S es positivo, podemos deducir que H debe ser negativo? (Hasta,7 puntos) b. Puede ser espontánea una reacción endotérmica? Qué condiciones deben cumplirse para ello? (Hasta,7 puntos) c. Una determinada reacción es exotérmica y espontánea si se realiza a 25 ºC y presión atmosférica. Qué puede decir (magnitud o signo) acerca de los valores de H y G? (Hasta,6 puntos) a. Se sabe que la reacción A(s) B(s) + C(g) es espontánea. Si en esta reacción S es positivo, podemos deducir que H debe ser negativo? El apartado dice: A(s) B(s) + C(g) es espontánea G es negativo Si S es positivo.. H debe ser negativo? La relación entre estas funciones de estado es: G = H - T S.. y se sabe que cuando: G es negativo reacción espontánea G es positivo reacción NO espontánea Se dice en este caso que, G es negativo e S es positivo. Para que G sea negativo debe cumplirse: * que H sea negativo, o bien * que H sea positivo y menor que T S Dicho de otra forma: Con S positivo (aumento desorden), una reacción puede tener G negativo, cuando tenga H negativo (exotérmic o bien, H positivo (endotérmic pero menor que T S (esto es, una reacción endotérmica que se realice con temperaturas altas) b. Puede ser espontánea una reacción endotérmica? Qué condiciones deben cumplirse para ello? Puede ser G negativo (espontáne, con H positivo (endotérmic? 7

8 Contestado en apartado. Esto ocurre cuando S es positivo y el valor T S > H. Esto se favorece con temperaturas altas. c. Una determinada reacción es exotérmica y espontánea si se realiza a 25 ºC y presión atmosférica. Qué puede decir (magnitud o signo) acerca de los valores de H y G? Exotérmica implica: H es positivo. Espontánea implica: G es negativo. PAEU CyL S213 Cálculo Hº de la reacción del carburo cálcico con agua a partir de entalpias de formación. Cálculo de energía desprendida al quemar 1 dm3 de acetileno. B3. Dada la reacción del carburo cálcico con agua: CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2 (s) + C 2 H 2 (g) a. Calcule su variación de entalpía estándar. (Hasta 1, puntos) b. Qué calor se desprende en la combustión de 1 dm 3 de acetileno, C 2 H 2, medidos a 25 ºC y 1 atm? (Hasta 1, puntos) Datos: Entalpías de formación en kj mol -1 : CaC 2 (s) = -59,; CO 2 (g) = -393,5; H 2 O (l) = -285,8; Ca(OH) 2 (s) = -986,; C 2 H 2 (g) = 227, a. Calcule su variación de entalpía estándar. C 2 Ca (s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2 (s) + C 2 H 2 (g) estequiometría Hº f (kj/mol) ,8-986, 227, El Hº de esta reacción será: Hº = Hº f productos - Hº f reactivos Hº = - 986, [(-59) + 2(-285,8)] = - 128,4 kj b. Qué calor se desprende en la combustión de 1 dm 3 de acetileno, C2H2, medidos a 25 ºC y 1 atm? C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O (l) estequiometría 1 2,5 2 1 Hº f (kj/mol) 227, - 393,5-285,8 El Hº de esta reacción será: Hº = Hº f productos - Hº f reactivos Hº = 2(-393,5) - 285,8 -[227,] = ,8 kj 1 dm 3 de acetileno, C 2 H 2 1 L pv = nrt pv 1 1 n = = = 4,9 mol C H 2... H RT,82 ( ) (el signo menos indica energía desprendid ,8 kj = 4,9 molc2 H 2 = 5.319, mol C H 1L C H PAEU CyL J214 Ley de HESS para calcular entalpía de reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno a butano a partir de entalpías de combustión. A4. Las entalpías de combustión del 1,3-butadieno, C 4 H 6 (g); hidrógeno, H 2 (g); y butano, C 4 H 1 (g), son: 2539,4 kj/mol, 286,1 kj/mol y 2879,1 kj/mol, respectivamente. En todos los casos, el agua formada está en estado líquido. a. Escriba las ecuaciones de esas reacciones de combustión. (Hasta,6 puntos) b. Calcule la energía de la siguiente reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno a butano: C 4 H 6 (g) + 2 H 2 (g) C 4 H 1 (g) (Hasta 1,4 puntos) Cuando una reacción química puede expresarse como suma algebraica de otras, su calor de reacción es igual a la misma suma algebraica de los calores de las reacciones parciales. (LEY DE HESS) Se numeran y escriben las reacciones: (1) C 4 H 6 (g) + 2 H 2 (g) C 4 H 1 (g) H 1 =? kj 8

9 ... (2) C 4 H 6 (g) + ½ O 2 (g) 4CO 2 (g) + 3H 2 O(l) H 2 = ,4 kj por mol de C 4 H 6 (g) (3) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(l) H 3 = - 286,1 kj por mol de H 2 (g) (4) C 4 H 1 (g) + 13/2 O 2 (g) 4CO 2 (g) + 5H 2 O(l) H 4 = ,1 kj por mol de C 4 H 1 (g) Se desea lograr la reacción (1) mediante suma algebraica del resto. Los reactivos de (1) están como tales en la (2) y (3), y el producto de (1) está como reactivo de (4), por tanto se puede suponer: H 1 = H H 3 H 4, se puede comprobar que las moléculas de O 2, CO 2 y H 2 O se compensan. Por tanto: H 1 = , ,1 ( 2.879,1) = - 232,5 kj PAEU CyL S214 Analizar espontaneidad de N 2 O (g) + 3/2 O 2 (g) 2 NO 2 (g), calculando energía libre a partir de H y S. Desplazamiento del equilibrio variando T (a p=cte) y variando P (a T=cte) B3. Para el proceso N 2 O (g) + 3/2 O 2 (g) 2 NO 2 (g) a 298 K, calcule: a. La entalpía de reacción indicando si es un proceso exotérmico o endotérmico. (Hasta,5 puntos) b. La variación de entropía y energía libre. Indique si se trata de un proceso espontáneo en estas condiciones, y en qué intervalo de temperaturas lo será (suponga que la entalpía y la entropía no varían con la temperatur. (Hasta 1, puntos) c. En qué sentido se desplazaría el equilibrio si: Se aumentase la temperatura a presión constante. Se disminuyese la presión total a temperatura constante. (Hasta,5 puntos) Datos: Hºf N 2 O = 81,6 kj/mol; Hºf NO 2 = 33,2 kj/mol Sº N 2 O = 22,1 J/(mol K); Sº NO 2 = 24,1 (J/mol K); Sº O 2 = 25,2 (J/mol K) N 2 O(g) + 3/2 O 2 (g) 2NO 2 (g) esteq 1 1,5 2 H (kj/mol) 81,6 33,2 S (J/mol) 22,1 25,2 24,1 T=298 K a. H reacción = 2 33,2 - (81,6) = -15,2 kj.. H negativa desprende energía.. proceso EXOTÉRMICO b. S reacción = 2 24,1 - (22,1 + 1,5 25,2) = - 47,7 J G reacción = H - T S = -15,2-298 (-47,7)/1 = -,99 kj G negativa proceso ESPONTÁNEO (a esta temperatur G = -15,2 +,477T.. si se hace G =. = -15,2 +,477T T = 318,7 K representando G =f(t) Por debajo de 318,7 K, G es negativo. Por tanto, el proceso será espontáneo de K a 318,7 K c. Desplazamiento del equilibrio: * Si se aumenta la T a p = constante La reacción es exotérmica, desprende energía. Si se eleva la temperatura, de acuerdo con el principio de Le Chatelier el sistema se desplazará en el sentido de retirar energía. por tanto se desplazará hacia reactivos. * Si disminuye p total a T = constante Si se disminuye la presión, el sistema tenderá a que esta aumente, desplazándose hacia donde haya mayor número de moles gaseosos. Por tanto, se desplaza hacia reactivos. 9

10 PAEU CyL J215 Calcular entalpía de combustión del propano a partir de entalpías de formación. Prever la variación de entropía sin hacer cálculos. B3. Se almacena propano, C 3 H 8, en una cisterna para utilizarlo como combustible: Calcule su entalpía estándar de combustión. b) Calcule la energía que se desprenderá al quemar 1 m 3 de dicho combustible gaseoso medido en condiciones normales de presión y temperatura. c) Sin hacer cálculos, y considerando que el H 2 O producto de la combustión está en estado líquido, cuál sería previsiblemente el signo de la variación de entropía? Datos: H f (C 3 H 8 )(g) = -13,8 kj/mol; H f (CO 2 ) (g) = -393,5 kj/mol; H f (H 2 O) (l) =-285,8 kj/mol La reacción de combustión del propano es: CH 3 -CH 2 -CH 3 +(g) 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) estequio (kj/mol) -13,8-393,5-285,8 H f Como se proporcionan los datos de las entalpías de formación a esa temperatura de las distintas especies químicas, aplicando la ley de Hess y como el entalpía de formación del O 2 (g) es igual a cero al estar en su forma normal y teniendo en cuenta la estequiometría, se calcula la entalpía de reacción: H reacción = Σ H formación (productos) - Σ H formación (reactivos) = = 3 mol (-393,5 kj/mol) + 4 mol (-285,8 kj/mol) - 1 mol (-13,8 kj/mol) = ,9 kj/ mol propano b) Se aplica la ley de los gases ideales para calcular los moles de propano que se quemarán: 1atm 1L P V = n R T; n = = 44, 67mol propano atm L, K mol K La energía desprendida es: Q = 2 219,9 kj/ mol propano 44,67mol propano = kj c) La variación de entropía es negativa (el sistema pasa a un estado de menos desorden), se pasa de 6 moles de reactivos gaseosos a 3 mol de productos gaseosos * Cálculo de S con datos de tablas: CH 3 -CH 2 -CH 3 +(g) 5O 2 (g) 3CO 2 (g) + 4H 2 O(l) estequio S (J/K mol) 269,9 25, 213,8 7, S reacción = ΣS (productos) - ΣS (reactivos) = 3 213, , - (269, ,) = -373,5 J/K 1

11 PAEU CyL J215 Explicar como se puede predecir si una reacción ocurrirá de forma espontánea en función de los valores de H y S. Determinar a partir de qué temperatura la reacción N 2 O (g) N 2 (g) + 1/2O 2 (g) se producirá espontáneamente conocidos H e S 3A. Conteste razonadamente las siguientes cuestiones: a. Explique como se puede predecir si una reacción ocurrirá de forma espontánea en función de los valores de H y S b. Los valores de S y H para la descomposición térmica de un óxido de nitrógeno según la reacción: N 2 O (g) N 2 (g) + 1/2O 2 (g) son respectivamente, 75,2 J K -1 mol -1 y 42,9 kj mol -1. Determine a partir de qué temperatura la reacción anterior se producirá espontáneamente. a. La función termoquímica que determina la espontaneidad de una reacción es el valor de la variación de la energía libre, G. Su relación con H e S es: G = H - T S.. y se sabe que cuando: G es negativo reacción espontánea G es positivo reacción NO espontánea Según sean positivos o negativos los valores de H y S (T siempre es positiv se cumplirá que: H < y S > G < Siempre espontánea H > y S < G > Siempre No espontánea H < y S < G < a T bajas Espontánea a T bajas H > y S > G < a T altas Espontánea a T altas b. G reacción es función de la temperatura. Si se calcula el valor de T para el cual G reacción se hace cero, se puede conocer el valor de T a partir del cual G reacción es negativo y por tanto la reacción se producirá espontáneamente: G reacción = H reacción -T S reacción = 42,9 1 J T 75,2 J/K H 42.9 J T = = = 57, 5K S 75,2 J / K Para que G =, debe de ser H = T S, de donde: Esto significa que a partir de 57,5 K, G reacción se hace negativa y por tanto la reacción será espontánea. 11