EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA. 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., 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, S son independientes de la temperatura. COMPUESTO KJ/mol S J/K mol NO. 4 N O 4 9. 4 Datos: R= 8.J / Kmol Solución: a 57. KJ; 76 J/K; b54.7 KJ; c no d mayor de 5 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: eteno 49KJ / mol; c 94KJ / mol ; 86KJ / mol Solución: 49 KJ/mol. 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 N 46KJ / mol ; NO 9; O 4 Masas atómicas: N=4; O=6; = Solución: a -7 KJ/mol b -9,5 KJ 4. Sabiendo que las entalpías estandar de combustión del hexano líquido, carbono sólido e hidrógeno gas son de -49; -9, 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 KJ. Solución: a -67, LK/mol b,56 moles de hidrógeno
5. Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcule: Sustancia C 48( C 4( CO ( CO ( O( ( KJ / mol 8,4-4,7 -,5-9,5-4,8 a La cantidad de calor desprendido en la combustión de 4,5 Kg de n- butano. b La variación de energía interna del sistema considerando 5ºC de temperatura. Datos: R= 8.J / Kmol ; Masas: C= ; = Solución: a -664575 KJ ; b -664578,75 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... CO(...97,7... ( KJmol,4 Cl...,8..., K COCl (...88,8...,8 Calcule: a S de la reacción b de la reacción c G de la reacción d Razone si la reacción es o no espontánea Solución: a -,7 J/ mol K b -,4 KJ / mol ; c -7,5 KJ/ mol ; d sí 7. Para la reacción de combustión del etanol C 5 O, 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 e S son independientes de la temperatura. Datos: R= 8.J / Kmol C 5 O (l O ( CO ( O( l ( KJmol -7, -9,5-85,8. S ( Jmol K. 6,5 5,6 69,9 Solución: a G= -5,8 KJ/mol b -64,6 KJ/ mol c si, es espontánea
8-Calcule para la ormación del etanol: a. La energía libre estándar b. La entropía estándar Datos en KJ/ mol a 5ºC G ( CO 94 G ( O G G ( O ( g ( C combustion ( g ( l C ( C 6,9 O C ( l O 77, ( l 8,5 Solución: a -6, KJ/ mol b -, KJ/mol K 9-El benceno se puede obtener a partir del acetileno C ( C66. Las entalpías de combustión a 5 ºC y atm para el acetileno y el benceno son respectivamente - y -67 KJ/mol. Calcule: a de la reacción de ormación del benceno a partir del acetileno y deduzca si es un proceso endotérmico o exotérmico bdetermine la energía expresada en KJ que se libera en la combustión de gr de benceno. Datos: Masas C= ; = Solución: a -6 KJ/ mol; b 4,47 KJ -La entalpía de combustión del butano es c 64 KJ / molk Si todo el proceso tiene lugar en ase gaseosa,calcular la energía media del enlace O- Energías medias de enlace: E(C-C=46 KJ/mol; E(C=O=7; E(O=O= 487; E(C-=4. Solución: 5,55 KJ/mol.
-Determina la energía libre de Gibbs a 5ºC para la reacción de combustión de mol de monóxido de carbono e indique si es un proceso espontáneo. Datos: 9,5 KJ / mol... KJ / mol... S,6 J / mol. K... S 97,9 J / mol. K co co co co. S 5 / J molk Solución: -57, KJ/mol. Si -.Utilizando los datos siguientes: SUSTANCIA... C (... CO... O... C... O 6 ( S ( ( KJ / mol... 84,7... 94... 86...... a. Calcule las entalpías de combustión del carbono C(s, y del etano. C6( 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=; =. Solución: a -94KJ/mol; -56, KJ/mol b C 6 -.La tabla adjunta suministra datos termodinámicos a 98ºK y atm para el agua en estado líquido y gaseoso. d. Calcule... S... e... G 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... e... S no cambian con la temperatura. COMPUESTO... ( KJ / mol... S ( J / mol. K O( l... 86...7 O( g... 4......88 Solución: a 44 KJ / mol... S 8 J / mol. K... G 8,84 KJ / mol... b7,9 K
4-.Si se dispone de nataleno C 8 como combustible:. Calcule su entalpía molar estandar de combustión g. Calcule la energía que se desprenderá al quemar gr de nataleno h. Calcule el volumen que ocupará el CO desprendido en la combustión de los gr de nataleno si se recoge a temperatura de 5ºC y a presión de, atm. Datos: C=; O=6; = ( C 58,6. KJ / mol... ( CO 9,6 KJ / mol... 8 ( O 84,7 KJ / mol... R,8 atm. l / Kmol Solución: a -5.6, KJ/mol; b.97,65kj; c 59,4 l 5.-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 atm que se produce a partir de 6,8 gr de clorato potásico. COMPUESTO... ( KJ / mol... G ( KJ / mol... S ( J / mol. K KClO ( s... 9,... 89,9...4 KCl( s...... 45,9... 48,...5 O (... Datos: Masas K=9, Cl= 5,5 O=6 Solución: a -44,7 KJ/mol b -8,4 KJ/mol c 47, J/mol K d litros 6-.El ciclohexano ( C 6 se puede obtener por hidrogenación catalítica del benceno( C 6 6.,conorme la reacción: C 6 6 + C 6 Calcular: a La variación de entalpía y energía libre de Gibbs de reacción para dicho proceso b El calor desprendido si se emplean litros de hidrógeno medidos a atm y 98K COMPUESTO... ( KJ / mol... G ( KJ / mol. Benceno...49...4... Ciclohexano... 56...7... R=,8 atm l/k mol Solución: a 5 KJ / mol... G 97 KJ / mol... b 7,88KJ
7-.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. ( carbonato.. cálcico 6,9 KJ / mol. Datos: ( óxido.. de.. calcio 9, KJ / mol ( dióxido.. carbono 65, KJ / mol kg de carbón mineral desprende 8 KJ. Ca= 4; O=6 4 Solución: a 78,7 KJ / mol... b,9 Tm 8-.Para la siguiente reacción: C C O ( l O ( C COO ( l O( 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 KJ mol S J Kmol... ( /... ( /. E tan ol( l... 7,6...6,7... A. e tan oico( l... 487...59,9... O...5 O... 85,8......7 Solución: a -545, KJ/mol b -5,8 J/mol K c G= -54,7 KJ/mol d T= 44,7 K