Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA PROBLEMAS TERMOQUÍMICA 1. El afaleo (C₁₀H₈) es u compuesto aromático sólido que se vede para combatir la polilla. La combustió completa de este compuesto para producir CO₂(g) y H₂O(l) a 25 y 1 atm (101,3 kpa) desprede 5154 kj mol ¹. a) Escribe las reaccioes de formació del afaleo y la reacció de combustió. b) Calcula la etalpuía estádar de formació del afaleo e iterprete su sigo. Datos: H (CO₂(g)) = -393,5 kj mol ¹; H (H₂O(l)) = -285,8 kj mol ¹ (P.A.U. Ju. 14) Rta.: b) H (C₁₀H₈) = 75,8 kj/mol C₁₀H₈ Datos Cifras sigificativas: 4 C₁₀H₈(s) + 12 O₂(g) 10 CO₂(g) + 4 H₂O(l) C(s) + O₂(g) CO₂(g) Etalpía de formació del afaleo a) Ecuació de combustió del afaleo: H (C₁₀H₈) = -5154 kj/mol H (CO₂) = -393,5 kj/mol H (H₂O) = -285,8 kj/mol H (C₁₀H₈) C₁₀H₈(s) + 12 O₂(g) 10 CO₂(g) + 4 H₂O(l) H = -5154 kj/mol La ecuació de combustió del carboo sólido (grafto) coicide co la ecuació de formació del CO₂(g). Ecuacioes de formació: 10 C(s) + 4 H₂(g) C₁₀H₈(s) H (C₁₀H₈) C(s) + O₂(g) CO₂(g) H (CO₂) = -393,5 kj/mol H (H₂O) = -285,5 kj/mol b) Por la ley de Hess, H (C₁₀H₈) = 10 H (CO₂) + 4 H (H₂O) ( H (C₁₀H₈) + 12 H (O₂)) -5154 [kj] = (10 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂] + 4 [mol H₂O] (-285,8 [kj/mol H₂O])) ( H (C₁₀H₈)) H (C₁₀H₈) = 75,8 kj/mol C₁₀H₈ El sigo positivo idica que la reacció de formació es edotérmica. 2. La etalpuía de formació del tolueo gas (C₇H₈) es de 49,95 kj/mol y las etalpuías de formació del CO₂(g) y del H₂O(l) so, respectivamete, 393,14 y 285,56 kj/mol. a) Calcula la etalpuía de combustió del tolueo, gas. b) Cuátos kj se desprede e la combustió completa de 23 g de tolueo? (P.A.U. Set. 07) Rta.: a) H = -3944,17 kj/mol b) Q = 985 kj Datos Cifras sigificativas: 5 7 C(grafto) + 4 H₂(g) C₇H₈(g) H (C₇H₈) = +49,95 kj/mol
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 2 Datos Cifras sigificativas: 5 C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) Masa de tolueo Masa molar del tolueo Etalpía de combustió del tolueo Cuátos kj se desprede e la combustió completa de 23 g de tolueo Catidad de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió del tolueo: C₇H₈(g) + 9 O₂(g) 7 CO₂(g) + 4 H₂O(g) H Ecuacioes de formació: 7 C(grafto) +4 H₂(g) C₇H₈(g) H (C₇H₈) = +49,95 kj/mol C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H (CO₂) = 393,14 kj/mol H (H₂O) = 285,56 kj/mol Por la ley de Hess, H (CO₂) = 393,14 kj/mol H (H₂O) = 285,56 kj/mol m = 23 g C₇H₈ M(C₇H₈) = 92,1 g/mol H (C₇H₈) H (C₇H₈) = 7 H (CO₂) + 4 H (H₂O) ( H (C₇H₈) + 9 H (O₂)) Q H (C₇H₈) = (7 [mol CO₂] ( 393,14 [kj/mol CO₂] + 4 [mol H₂O] ( 285,56 [kj/mol H₂O])) (49,95 [kj]) b) E la combustió de 23 g de tolueo se desprede H (C₇H₈) = 3 944,17 kj/mol C₇H₈ Q=23 g C 7 H 8 1 mol C 7 H 8 92,1 g C 7 H 8 3944,17 kj 1 mol C 7 H 8 =985 kj 3. Para el proceso Fe₂O₃(s) + 2 Al(s) Al₂O₃(s) + 2 Fe(s), calcula: a) La etalpuía de la reacció e codicioes estádar y el calor despredido al reaccioar 16,0 g de Fe₂O₃ co la catidad suficiete de Al. b) La masa de óxido de alumiio que se obtiee e el apartado aterior. Datos: H (Al₂O₃) = -1 662 kj mol ¹; H (Fe₂O₃) = -836 kj mol ¹ (P.A.U. Set. 12) Rta.: a) H = 826 kj; Q = 82,8 kj; b) m = 10,2 g Al₂O₃ Datos Cifras sigificativas: 4 2 Al(s) + 3/2 O₂(g) Al₂O₃(s) H (Al₂O₃) = -1662 kj/mol 2 Fe(s) + 3/2 O₂(g) Fe₂O₃(s) H (Fe₂O₃) = -836 kj/mol Masa de óxido de hierro(iii) m(fe₂o₃) = 16,00 g Masa molar: Óxido de hierro(iii) M(Fe₂O₃) = 159,7 g/mol Óxido de alumiio M(Al₂O₃) = 102,0 g/mol
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 3 Etalpía de la reacció Calor despredido al reaccioar 16 g de óxido de hierro(iii) Masa de óxido de alumiio obteida Catidad de sustacia (úmero de moles) H Q m(al₂o₃) a) Ecuació: Fe₂O₃(s) + 2 Al(s) Al₂O₃(s) + 2 Fe(s) H La etalpía de formació de los elemetos e estado ormal es ula, por defició. Por la ley de Hess, b) H = H (Al₂O₃) + 2 H (Fe) ( H (Fe₂O₃) + 2 H (Al)) H = ( 1 662 [kj]) (- 836 [kj]) H = 826 kj Q=16,00 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 159,7 g Fe 2 O 3 826 kj 1 mol Fe 2 O 3 =82,8kJ m(al 2 O 3 )=16,00 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 159,7 g Fe 2 O 3 1 mol Al 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 102,0 g Al 2 O 3 1 mol Al 2 O 3 =10,2 g Al 2 O 3 4. La combustió del acetileo [C₂H₂(g)] produce dióxido de carboo y agua. a) Escribe la ecuació quuímica correspodiete al proceso. b) Calcula el calor molar de combustió del acetileo y el calor producido al quemar 1,00 kg de acetileo. Datos: H (C₂H₂(g))= 223,75 kj/mol; H (CO₂(g)) = 393,5 kj/mol; H (H₂O(g)) = -241,8 kj/mol (P.A.U. Ju. 06) Rta.: b) H (C₂H₂) = -1253 kj/mol C₂H₂; Q = 4,8 107 J/kg C₂H₂ Datos Cifras sigificativas: 4 2 C(grafto) + H₂(g) C₂H₂(g) H (C₂H₂) = +223,8 kj/mol C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(g) Masa de acetileo Masa molar: C₂H₂ Calor molar de combustió del acetileo Calor producido al quemar 1,00 kg de acetileo Catidad de sustacia (úmero de moles) H (CO₂) = 393,5 kj/mol H (H₂O) = 241,8 kj/mol m = 1,000 kg C₂H₂ M(C₂H₂) = 26,04 g/mol H (C₂H₂) Q
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 4 a) Ecuació de combustió del acetileo: C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) 2 CO₂(g) + H₂O(g) H b) Ecuacioes de formació: 2 C(grafto) + H₂(g) C₂H₂(g) H (C₂H₂) = +223,8 kj/mol C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H (CO₂) = 393,5 kj/mol H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(g) H (H₂O) = 241,8 kj/mol b) Por la ley de Hess, H (C₂H₂) = 2 H (CO₂) + H (H₂O) ( H (C₂H₂) + 5/2 H (O₂)) H (C₂H₂) = (2 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂] 241,8 [kj])) (223,8 [kj]) Q=1,000 kg C 2 H 2 10 3 g 1 kg H (C₂H₂) = -1 253,0 kj/mol C₂H₂ 1 mol C 2 H 2 26,04 g C 2 H 2 1253 kj 1 mol C 2 H 2 =4,812 10 4 kj=4,812 10 7 J=48,12 MJ 5. a) A partir de los datos de las etalpuías de formació calcula la etalpuía estádar de combustió del metao. b) Sabiedo que la combustió de 1,0 g de TNT libera 4 600 kj calcula el volume de metao, medido a 25 y 1 atm (101,3 kpa) de presió, que es ecesario quemar para producir la misma eerguía que 1,0 g de TNT. Datos: H (CH₄ (g))= -75 kj mol ¹; H (CO₂(g))= -394 kj mol ¹; H (H₂O(g))= -242 kj mol ¹ R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹ (P.A.U. Ju. 12) Rta.: a) H (CH₄) = 803 kj/mol CH₄; b) V = 140 dm³ CH₄ Datos Cifras sigificativas: 3 C(grafto) + 2 H₂(g) CH₄(g) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(g) Eergía despredida H (CH₄) = -75,0 kj/mol H (CO₂) = 394 kj/mol H (H₂O) = 242 kj/mol E = 4600 kj Gas metao: Temperatura T = 25 = 298 K Presió Costate de los gases ideales Masa molar del metao Calor molar de combustió del metao Volume de CH₄(g) e las codicioes dadas que desprede esa eergía Catidad de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado de los gases ideales p = 101,3 kpa = 1,013 10⁵ Pa R = 8,31 J K ¹ mol ¹ M(CH₄) = 16,0 g/mol H (CH₄) V p V = R T
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 5 a) Ecuació de combustió del metao: Ecuacioes de formació: C(grafto) + 2 H₂(g) CH₄(g) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(g) Por la ley de Hess, CH₄(g) + 2 O₂(g) CO₂(g) + 2 H₂O(g) H H (CH₄) = -75,0 kj/mol H (CO₂) = 394 kj/mol H (H₂O) = 242 kj/mol H (CH₄) = H (CO₂) + 2 H (H₂O) ( H (CH₄) + 2 H (O₂)) H (CH₄) = ( 394 [kj] + 2 [mol H₂O] ( 242 [kj/mol H₂O])) ( 75,0 [kj] + 2 [mol O₂] (0 [kj/mol O₂])) H (CH₄) = 803 kj/mol CH₄ b) Catidad de metao que habría que quemar para producir 4 600 kj (CH 4 )=4600 kj 1 mol CH 4 =5,73 mol CH 803 kj 4 Volume que ocupará a 25 y 101,3 kpa, supoiedo comportamieto ideal V (CH 4 )= R T p = 5,73 mol CH 8,31 4 J K 1 mol 1 298 K =0,140 m 3 =140 dm 3 CH 1,013 10 5 4 Pa 6. Las etalpuías estádar de combustió del C(s) y C₆H₆(l) so -393,5 kj/mol y -3 301 kj/mol, respectivamete; y el de formació del H₂O(l) vale -285,5 kj/mol. Calcula: a) La etalpuía estádar de formació del beceo(l) b) El calor, expresado e kj, ecesario para la obteció de 1,0 kg de beceo(l). (P.A.U. Ju. 09) Rta.: a) H = 83,5 kj/mol b) Q = 1,07 10³ kj Datos Cifras sigificativas: 4 C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l) C(s) + O₂(g) CO₂(g) Masa de beceo Masa molar del beceo Etalpía de formació del beceo Calor ecesario para obteer 1,0 kg de beceo Catidad de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió del beceo: H (C₆H₆) = -3 301 kj/mol H (C) = -393,5 kj/mol H (H₂O) = -285,5 kj/mol m = 1,000 kg = 1 000 g C₆H₆ M(C₆H₆) = 78,1 g/mol H (C₆H₆) C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l) H = -3 301 kj/mol Q
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 6 La ecuació de combustió del carboo sólido (grafto) coicide co la ecuació de formació del CO₂(g). Ecuacioes de formació: 6 C(s) +3 H₂(g) C₆H₆(l) H (C₆H₆) C(s) + O₂(g) CO₂(g) H (CO₂) = -393,5 kj/mol H (H₂O) = -285,5 kj/mol Por la ley de Hess, H (C₆H₆) = 6 H (CO₂) + 3 H (H₂O) ( H (C₆H₆) + 15/2 H (O₂)) -3 301 [kj] = (6 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂] + 3 [mol H₂O] (-285,5 [kj/mol H₂O])) ( H (C₆H₆)) b) Para obteer 1 000 g de C₆H₆ se ecesita H (C₆H₆) = +83,5 kj/mol C₆H₆ Q=1000 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 78,1 g C 6 H 6 83,5 kj 1 mol C 6 H 6 =1,07 10 3 kj=1,07 MJ 7. a) Teiedo e cueta la ley de Hess, calcula la etalpuía e codicioes estádar de la siguiete reacció, idicado si la reacció es exotérmica o edotérmica: C₂H₄(g) + H₂O(l) C₂H₅OH(l) b) Calcula la catidad de eerguía, e forma de calor, que es absorbida o cedida e la obteció de 75 g de etaol segú la reacció aterior, a partir de las catidades adecuadas de eteo y agua. Datos: H (combustió)c₂h₄(g) = -1411 kj mol ¹; H (combustió)c₂h₅oh(l) = -764 kj mol ¹ (P.A.U. Ju. 16) Rta.: a) H = -647 kj/mol; b) Q = 1,05 10³ kj Datos Cifras sigificativas: 3 C₂H₄(g) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l) C₂H₅OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) Masa de etaol Masa molar: C₂H₅OH Etalpía de la reacció: C₂H₄(g) + H₂O(I) C₂H₅OH(I) Eergía e la obteció de 75 g de etaol Catidad de sustacia (úmero de moles) H ₁ (C₂H₄) = -1411 kj/mol H ₂ (C₂H₅OH) = -764 kj/mol m = 75,0 g C₂H₅OH M(C₂H₅OH) = 46,1 g/mol H Q a) Como la etalpía es ua fució de estado, es idepediete del camio. La ecuació de la reacció se puede obteer por combiació lieal de las ecuacioes de combustió C₂H₄(g) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l) H ₁ = - 1411 kj/mol C₂H₅OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) H ₂ = - 764 kj/mol Dejado la primera ecuació como está y multiplicado la seguda por -1 y sumado queda: C₂H₄(g) + 3 O₂(g) = 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l) H ₁ = -1411 kj/mol 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) = C₂H₅OH(l) + 3 O₂(g) - H ₂ = +764 kj/mol C₂H₄(g) + H₂O(l) = C₂H₅OH(l) H = -647 kj/mol La reacció es exotérmica, desprede eergía.
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 7 b) Al obteer 75 g de C₂H₅OH se desprede Q=75,0 g C 2 H 5 OH 1 mol C 2 H 5 OH 46,1 g C 2 H 5 OH 647 kj 1 mol C 6 H 6 =1,05 10 3 kj=1,05 MJ 8. Dada la siguiete reacció: C(grafito) + 2 S(s) CS₂(l) a) Calcula la etalpuía estádar de la reacció a partir de los siguietes datos: C(grafito) + O₂(g) CO₂(g) H = -393,5 kj mol ¹ S(s) + O₂(g) SO₂(g) H = -296,1 kj mol ¹ CS₂(l) + 3 O₂(g) CO₂(g) + 2 SO₂(g) H = -1072 kj mol ¹ b) Calcula la eerguía ecesaria, e forma de calor, para la trasformació de 5 g de C(grafito) e CS₂(l), e codicioes estádar. (P.A.U. Set. 11) Rta.: a) H (CS₂) = 86 kj/mol CS₂; b) Q = 36 kj Datos Cifras sigificativas: 4 C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) S(s) + O₂(g) SO₂(g) CS₂(l) + 3 O₂(g) CO₂(g) + 2 SO₂(g) Masa de grafto Masa molar del carboo Etalpía estádar de reacció (de formació del CS₂) Calor ecesario para covertir 5 g de grafto e CS₂ Catidad de sustacia (úmero de moles) H (CO₂) = 393,5 kj/mol H (SO₂) = 296,1 kj/mol H = -1072 kj/mol m = 5,00 g C M(C) = 12,0 g/mol H (CS₂) Q a) Ecuacioes De formació C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) S(s) + O₂(g) SO₂(g) C(grafto) + 2 S(s) CS₂(l) De combustió CS₂(l) + 3 O₂(g) CO₂(g) + 2 SO₂(g) H (CO₂) = -393,5 kj mol ¹ H (SO₂) = -296,1 kj mol ¹ H (CS₂) H (CS₂) = -1072 kj mol ¹ Por la ley de Hess, H (CS₂) = H (CO₂) + 2 H (SO₂) ( H (CS₂) + 3 H (O₂)) -1072 [kj] = (1 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂]) 2 [mol SO₂] (-296,1 [kj/mol SO₂])) ( H (CS₂) + 3 0) H (CS₂) = 86 kj/mol CS₂ Q=5,00 g C 1 mol C 12,0 g C 86 kj =36 kj 1 mol C 9. E la fermetació alcohólica de la glucosa se obtiee etaol y dióxido de carboo. La ecuació quuímica correspodiete es: C₆H₁₂O₆(s) 2 CO₂(g) + 2 CH₃-CH₂OH(l)
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 8 a) Calcula la H de esta reacció. b) Cuátos decuímetros cúbicos de dióxido de carboo, medidos a 25 y 0,98 atm, se podruía obteer e la fermetació de 1 kg de glucosa? Datos: Etalpuías estádar de combustió: C₆H₁₂O₆(s) = -2 813 kj/mol; CH₃-CH₂OH(l) = -1 371 kj/mol; R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ (P.A.U. Set. 09) Rta.: a) H = -71 kj/mol b) V = 277 dm³ Datos Cifras sigificativas: 4 C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g) 6 CO₂(g) + 6 H₂O(l) CH₃-CH₂OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) Masa de glucosa Temperatura de la reacció Presió exterior Costate de los gases ideales Masa molar: C₆H₁₂O₆ Etalpía de fermetació de la glucosa Volume de CO₂ que se podría obteer e la fermetació Catidad de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado de los gases ideales H (C₆H₁₂O₆) = -2 813 kj/mol H (CH₃-CH₂OH) = -1 371 kj/mol m = 1,000 kg = 1 000 g C₆H₁₂O₆ t = 25 = 298 K p = 0,98 0 atm R = 0,08200 atm dm³ K ¹ mol ¹ M(C₆H₁₂O₆) = 180,2 g/mol H V p V = R T a) Como la etalpía es ua fució de estado, es idepediete del camio. La ecuació de fermetació de la glucosa se puede obteer por combiació lieal de las ecuacioes de combustió C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g) 6 CO₂(g) + 6 H₂O(l) H ₁ = -2 813 kj/mol CH₃-CH₂OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) H ₂ = -1 371 kj/mol Dejado la primera ecuació como está y multiplicado la seguda por -2 y sumado queda: C₆H₁₂O₆(s) + 6 O₂(g) = 6 CO₂(g) + 6 H₂O(l) H ₁ = -2 813 kj/mol -2 CH₃-CH₂OH(l) - 6 O₂(g) = -4 CO₂(g) -6 H₂O(l) -2 H ₂ = 2 742 kj/mol C₆H₁₂O₆(s) = 2 CO₂(g) + 2 CH₃-CH₂OH(l) H = -71 kj/mol b) De la reacció de fermetació ajustada se puede calcular la catidad de CO₂ producido (CO 2 )=1 000 g C 6 H 12 O 6 1 mol C 6 H 12 O 6 180,2 g C 6 H 12 O 6 2 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 =11,10 mol CO 2 Supoiedo comportamieto ideal para el CO₂: V (CO 2 )= R T p = 11,10 mol CO 0,082000 atm dm 3 2 K 1 mol 1 298 K =276,8 dm 3 CO 0,98 00 atm 2 10. El calor que se desprede e el proceso de obteció de u mol de beceo luíquido a partir de etio gas mediate la reacció: 3 C₂H₂(g) C₆H₆(l) es de -631 kj. Calcula: a) La etalpuía estádar de combustió del C₆H₆(l) sabiedo que la etalpuía estádar de combustió
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 9 del C₂H₂(g) es -1302 kj mol ¹. b) El volume de etio, medido a 25 y 15 atm (1519,5 kpa), ecesario para obteer 0,25 dm³ de beceo. Datos: R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹; desidad beceo 950 g/dm³ (P.A.U. Ju. 13) Rta.: a) H = -3 275 kj/mol; b) V = 14,88 dm³ C₂H₂ Datos Cifras sigificativas: 4 3 C₂H₂(g) C₆H₆(l) H₁ = -631,0 kj/mol C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) 2 CO₂(g) + H₂O(g) Volume de beceo líquido Desidad del beceo líquido Codicioes gas etio: Temperatura Presió Costate de los gases ideales Masa molar: C₆H₆ Etalpía de combustió del beceo Volume de etio ecesario para obteer 0,25 dm³ de beceo Catidad de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado de los gases ideales a) Ecuació de combustió del beceo: C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) 6 CO₂(g) + 3 H₂O(g) H H (C₂H₂) = -1 302 kj/mol V(C₆H₆) = 0,25 0 dm³ ρ(c₆h₆) = 950,0 g/dm³ T = 25,00 = 298,2 K p = 15,00 atm = 1520 kpa R = 8,31 J K ¹ mol ¹ M(C₆H₆) = 78,11 g/mol H V(C₂H₂) p V = R T Como la etalpía es ua fució de estado, es idepediete del camio. La ecuació de combustió del beceo se puede obteer por combiació lieal de las ecuacioes: C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) 2 CO₂(g) + H₂O(g) H ₁ = -1 302 kj/mol 3 C₂H₂(g) C₆H₆(l) H₁ = -631,0 kj/mol Multiplicado la primera ecuació por 3 y multiplicado la seguda por -1 y sumado queda: 3 C₂H₂(g) + 15/2 O₂(g) = 6 CO₂(g) + 3 H₂O(g) 3 H ₁ = -3 906 kj/mol -3 C₂H₂(g) = -C₆H₆(l) - H₁ = 631,0 kj/mol C₆H₆(l) + 15/2 O₂(g) = 6 CO₂(g) + 3 H₂O(g) H = -3 275 kj/mol b) (C 6 H 6 )=0,25 00 dm 3 C 6 H 6 950,0 g C 6 H 6 1 dm 3 C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 78,11 g C 6 H 6 =3,040 mol C 6 H 6 (C 2 H 2 )=3,040 mol C 6 H 6 3 mol C 2 H 2 1 mol C 6 H 6 =9,121 mol C 2 H 2 Volume que ocupará a 25 y 1520 kpa, supoiedo comportamieto ideal para el C₂H₂ R T V (C 2 H 2 )= p = 9,121 mol C H 8,31 J K 1 2 2 mol 1 298,2 K =0,01409 m 3 =14,9 dm 3 C 1,520 10 6 2 H 2 Pa
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 10 11. a) Calcula el calor de formació del acetileo (C₂H₂(g)) a partir de los calores de formació del H₂O(l) y del CO₂(g) y del calor de combustió del C₂H₂(g). b) Qé volume de dióxido de carboo medido a 30 y presió atmosférica (1 atm) se geerará e la combustió de 200 g de acetileo? Datos: H (H₂O(l)) = 285,8 kj/mol; H (CO₂(g)) = 393,3 kj/mol; H (C₂H₂(g)) = -1300 kj/mol R = 0,082 atm dm³/(k mol) (P.A.U. Ju. 07) Rta.: a) H (C₂H₂) = 228 kj/mol C₂H₂ ; b) V = 382 dm³ CO₂ Datos Cifras sigificativas: 4 C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) 2 CO₂(g) + H₂O(l) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) Masa de acetileo Presió a la que se mide el volume de CO₂ Temperatura a la que se mide el volume de CO₂ Masa molar: C₂H₂ Calor molar de formació del acetileo Volume de CO₂ a 30 y 1 atm geerado al quemar 200 g de acetileo Catidad de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió del acetileo: H (C₂H₂) = -1 300 kj/mol H (CO₂) = 393,3 kj/mol H (H₂O(l)) = 285,8 kj/mol m = 200,0 g C₂H₂ p = 1,000 atm T = 30 = 303 K M(C₂H₂) = 26,0 g/mol H (C₂H₂) C₂H₂(g) + 5/2 O₂(g) 2 CO₂(g) + H₂O(g) H = -1300 kj/mol Ecuacioes de formació: 2 C(grafto) + H₂(g) C₂H₂(g) H (C₂H₂) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H (CO₂) = 393,31 kj/mol H (H₂O) = 285,8 kj/mol Por la ley de Hess, H (C₂H₂) = 2 H (CO₂) + H (H₂O) ( H (C₂H₂) + 5/2 H (O₂)) -1 300 kj = (2 [mol CO₂] ( 393,3 [kj/mol CO₂] 285,8 [kj])) ( H (C₂H₂)) b) De la estequiometría de la reacció: H (C₂H₂) = 228 kj/mol C₂H₂ (CO 2 )=200 g C 2 H 2 1 mol C 2 H 2 26,0 g C 2 H 2 2 mol CO 2 1 mol C 2 H 2 =15,4 mol CO 2 Supoiedo comportamieto ideal para el CO₂: p V = R T V = R T p V = 15,4 mol CO2 0,082 atm dm 3 K 1 mol 1 303 K =382 dm 3 CO 1,00 atm 2 12. Cosidera que la gasolia está compuesta pricipalmete por octao (C₈H₁₈) y que e el bioetaol el compuesto pricipal es el etaol (CH₃CH₂OH). Co los siguietes datos: H (CO₂(g)) = -393,5 kj/mol;
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 11 H (H₂O(l)) = -285,8 kj/mol; H (C₈H₁₈(l)) = -5445,3 kj/mol; H (CH₃CH₂OH(l)) = -1369,0 kj/mol; desidad a 298 K del etaol ρₑ = 0,79 g/cm³ y del octao ρₒ = 0,70 g/cm³. a) Escribe la ecuació de la reacció de combustió del etaol y calcula la etalpuía estádar de formació del etaol a 25. b) Cuátos litros de bioetaol se ecesita para producir la misma eerguía que produce 1 dm³ de gasolia? (P.A.U. Set. 14) Rta.: a) H (C₂H₆O) = -275,4 kj/mol; b) V = 1,43 dm³ CH₃CH₂OH Datos Cifras sigificativas: 3 C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) C₈H₁₈(l) + 25/2 O₂(g) 8 CO₂(g) + 9 H₂O(g) CH₃CH₂OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) Desidad del etaol C₈H₁₈ Desidad del octao C₈H₁₈ Volume de gasolia Temperatura H (CO₂) = 393,5 kj/mol H (H₂O) = 285,8 kj/mol H (C₈H₁₈) = 5445,3 kj/mol H (C₂H₆O) = -1369,0 kj/mol ρₑ = 0,790 g/cm³ ρₒ = 0,700 g/cm³ Vₒ = 1,00 dm³ T = 25 = 298 K Masa molar: Octao M(C₈H₁₈) = 114 g/mol Icógitas Etaol Etalpía de formació del etaol Volume de bioetaol que libera la misma eergía que 1 dm³ de gasolia Catidad de sustacia (úmero de moles) a) La ecuació de combustió del etaol es Por la ley de Hess, CH₃CH₂OH(l) + 3 O₂(g) 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) M(C₂H₆O) = 46,1 g/mol H (C₂H₆O) H (C₂H₆O) = 2 H (CO₂) + 3 H (H₂O) ( H (C₈H₁₈) + H (O₂)) V -1369,0 kj/mol C₂H₆O = (2 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂] + 3 [mol H₂O] ( 285,8 [kj/mol H₂O])) (1 [mol C₂H₆O] H (C₂H₆O) + 3 [mol O₂] 0) b) U (1,00) litro de gasolia so (C 8 H 18 )=1,00 dm 3 gasolia 103 cm 3 y al quemarse produce ua eergía de H (C₂H₆O(l)) = -275,4 kj/mol 0,700 g gasolia 1 dm 3 1 cm 3 gasolia Q=6,13 mol C 8 H 18 La catidad de bioetaol que produciría esa eergía sería 5445,3 kj 1 mol C 8 H 18 =3,34 10 4 kj 1 mol C 8 H 18 114 g gasolia =6,13 mol C 8 H 18
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 12 que ocuparía u volume de (C 2 H 5 OH )=3,34 10 4 kj 1 mol C H OH 2 5 =24,4 mol C 1369,0 kj 2 H 5 OH V (C 2 H 5 OH )=24,4 mol C 2 H 5 OH 46,1 g C 2 H 5 OH 1 mol C 2 H 5 OH 1 cm 3 C 2 H 5 OH 0,790 g C 2 H 5 OH =1,43 103 cm 3 =1,43 dm 3 C 2 H 5 OH 13. A partir de las etalpuías de combustió y aplicado la, calcula: a) La etalpuía de la siguiete reacció: 3 C(grafito)(s) + 4 H₂(g) C₃H₈(g). b) La eerguía liberada cuado se quema 1 dm³ de propao medido e codicioes ormales. Calores de combustió: H (C(grafito)(s)) = -393,5 kj mol ¹; H (C₃H₈(g)) = -2219,9 kj mol ¹; H (H₂(g)) = -285,8 kj/mol; R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹ (P.A.U. Set. 16) Rta.: a) H = 104 kj; Q = -99,1 kj Datos Cifras sigificativas: 4 C₃H₈(g) + 5 O₂(g) 3 CO₂(g) + 4 H₂O(l) C(grafto)(s) + O₂(g) CO₂(g) Volume de propao que se quema Codicioes ormales: Temperatura Presió Costate de los gases ideales Etalpía de formació del propao Eergía liberada al quemar 1 dm³ de propao e codicioes ormales. Ecuació de estado de los gases ideales H (C₃H₈) = 2219,9 kj/mol H (C) = -393,5 kj/mol H (H₂) = -285,8 kj/mol V = 1,00 dm³ T = 273,2 K p = 1,000 atm R = 0,08200 atm L K ¹ mol ¹ H (C₃H₈) Q p V = R T a) Como la etalpía es ua fució de estado, es idepediete del camio. La ecuació de formació del propao se puede obteer por combiació lieal de las ecuacioes de combustió: C(grafto)(s) + O₂(g) CO₂(g) H ₁ = -393,5 kj/mol H ₂ = -285,8 kj/mol C₃H₈(g) + 5 O₂(g) 3 CO₂(g) + 4 H₂O(l) H ₃ = -2219,9 kj/mol Multiplicado la primera ecuació por 3, la seguda por 4 y la tercera por -1 y sumado queda: 3 C(grafto)(s) + 3 O₂(g) = 3 CO₂(g) 3 H ₁ = -1181 kj 4 H₂(g) + 2 O₂(g) = 4 H₂O(l) 4 H ₂ = -1143 kj 3 CO₂(g) + 4 H₂O(l) = C₃H₈(g) + 5 O₂(g) - H ₃ = 2220 kj 3 C(grafto)(s) + 4 H₂(g) C₃H₈(g) H = -104 kj b) La catidad de propao que hay e 1 dm³ e codicioes ormales, supoiedo comportamieto ideal, es: p V = R T = p V R T = 1,000 atm 1,000 dm 3 0,08200 atm dm 3 K 1 mol 1 273,2 K =0,04406 mol C 3 H 8 La eergía producida por la combustió es:
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 13 Q = 0,04406 mol C₃H₈ 2219,9 kj/mol C₃H₈ = 99,10 kj 14. La etalpuía de combustió del propao(gas) es 526,3 kcal. Las H de formació del dióxido de carboo(gas) y del agua(luíquida) so respectivamete 94,03 y 68,30 kcal/mol. Calcula: a) La etalpuía de formació del propao. b) Los kilogramos de carbó que habruía que quemar (co u redimieto del 80 %), para producir la misma catidad de eerguía que la obteida e la combustió de 1 kg de propao. Dato: La etalpuía de combustió del carbó es de 5 kcal/g (P.A.U. Ju. 04) Rta.: a) H (C₃H₈) = 29,0 kcal/mol C₃H₈ ; b) 3 kg carbó Datos Cifras sigificativas: 4 C₃H₈(g) + 5 O₂(g) 3 CO₂(g) + 4 H₂O(l) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) Etalpía de combustió del carbó Redimieto de la combustió del carbó r = 80,00 % Masa de propao que se quema Masa molar del propao Etalpía de formació del propao Masa de carbó que produzca la misma eergía que 1 kg C₃H₈ a) Por la ley de Hess: H (C₃H₈) = 526,3 kcal/mol H (CO₂) = 94,03 kcal/mol H (H₂O) = 68,30 kcal/mol Q = 5,000 kcal/g carbó m(c₃h₈) = 1,000 kg M(C₃H₈) = 44,10 g/mol H (C₃H₈) m(carbó) H (C₃H₈) = 3 H (CO₂) + 4 H (H₂O) (5 H (O₂) + H (C₃H₈)) 1 [mol C₃H₈] ( 526,3 [kcal/mol C₃H₈]) = = 3 [mol CO₂] (-94,03 [kcal/mol CO₂]) + 4 [mol H₂O] (-68,30 [kcal/mol H₂O]) 5 [mol O₂] 0 H (C₃H₈) b) La eergía producida por 1 kg de propao es: La eergía producida por 1 kg de carbó es: H (C₃H₈) = 28,99 kcal/mol C₃H₈ Q 1 =1000 g C 3 H 8 1 mol C 3 H 8 44,10 g C 3 H 8 526,3 kcal 1 mol C 3 H 8 =1,194 10 4 kcal Q 2 =1000 g carbó 5,000 kcal 1 g carbó =5,000 103 kcal Si el redimieto es del 80 %, la eergía producida realmete es: Q₃ = 80,00 % 5,000 10³ kcal/kg carbó = 4,000 10³ kcal/kg carbó Por lo que la masa que se ecesita de carbó es: m(carbó)=1,000 kg propao 1,194 10 4 kcal 1,000 kg propao 1,000 kg carbó =2,984 kg carbó 4,000 10 3 kcal Aálisis: Si se tuviera e cueta las cifras sigifcativas de los datos para este apartado, (5 kcal/g), el resultado sólo tedría ua cifra sigifcativa y sería: 3 kg de carbó.
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 14 Tambié se podría haber usado el valor de H (CO₂) ya que equivale a la etalpía de combustió del grafto. E ese caso el resultado hubiese sido: m(carbó) =1,91 kg grafto. La diferecia etre ambos resultados se debe a que el carbó (que o especifca si es hulla, atracita, etc.) cotiee u porcetaje cosiderable de impurezas. 15. El ácido etaoico(luíquido) [ácido acético] se forma al reaccioar carboo(sólido), hidrógeo molecular(gas) y oxuígeo molecular(gas). Los calores de combustió del ácido etaoico(l); hidrógeo(g) y carboo(s) so respectivamete 870,7; 285,8 y 393,13 kj/mol. a) Escribe adecuadamete las ecuacioes quuímicas de los distitos procesos de combustió y la correspodiete a la formació del ácido etaoico. b) Calcula el calor de formació, a presió costate, de dicho ácido etaoico. c) Cuátas kilocaloruías se desprede e la formació de 1 kg de ácido etaoico? Dato: 1 J = 0,24 cal (P.A.U. Set. 04) Rta.: b) H = 487,1 kj/mol; b) Q = 1,94 10³ kcal. Datos Cifras sigificativas: 4 CH₃ COOH(l) + O₂(g) 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) Masa de ácido etaoico Masa molar del ácido etaoico Equivalecia de uidades Etalpía de formació del ácido etaoico Eergía liberada e la combustió Catidad de sustacia (úmero de moles) H (C₂H₄O₂) = -870,7 kj/mol H (C) = 393,1 kj/mol H (H₂) = 285,8 kj/mol m = 1,000 kg CH₃ COOH M(C₂H₄O₂) = 60,05 g/mol 1 J = 0,24 0 cal 1 kj = 0,24 0 kcal H (C₂H₄O₂) Q a) Ecuacioes de combustió CH₃ COOH(l) + O₂(g) 2 CO₂(g) + 2 H₂O(l) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H (C₂H₄O₂) = 870,7 kj/mol H (C) = 393,13 kj/mol H (H₂) = 285,8 kj/mol Ecuació de formació del ácido etaoico 2 C(grafto) + 2 H₂(g) + O₂(g) CH₃ COOH(l) H b) Por la ley de Hess, c) H (C₂H₄O₂) = 2 H (C) + 2 H (H₂) ( H (C₂H₄O₂) + H (O₂)) 870,7 [kj] = (2 [mol C] ( 393,1 [kj/mol C] + 2 [mol H₂] ( 285,8 [kj/mol H₂])) (1 [mol C₂H₄O₂] H ) Q=1,000 kg C 2 H 4 O 2 10 3 g 1 kg H (C₂H₄O₂) = 487,1 kj/mol 1 mol C 2 H 4 O 2 487,1 kj 0,24 00 kcal =1,940 10 3 kcal 60,05 g C 2 H 4 O 2 1 mol C 2 H 4 O 2 1 kj
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 15 16. Las etalpuías de formació del butao(g), dióxido de carboo(g) y agua(l) a 1 atm (101,3 kpa) y 25 so -125,35 kj mol ¹, -393,51 kj mol ¹ y -285,83 kj mol ¹, respectivamete. Formula la reacció de combustió del butao y calcula: a) El calor que puede sumiistrar ua bomboa que cotiee 6 kg de butao. b) El volume de oxuígeo, medido e codicioes ormales, que se cosumirá e la combustió del butao coteido e la bomboa. Dato: R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹ (P.A.U. Set. 13) Rta.: a) Q = 2,97 07 10⁸ J; b) V = 15 m³ O₂ Datos Cifras sigificativas: 5 C(s) + H₂(g) C₄H₁₀(g) C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) Masa de butao Costate de los gases ideales Masa molar del butao Calor despredido e la combustió de 6 kg de butao Volume de oxígeo ecesario Catidad de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado de los gases ideales a) La ecuació de combustió es Por la ley de Hess, C₄H₁₀(g) + 13/2 O₂(g) 4 CO₂(g) + 5 H₂O(l) H (C₄H₁₀) = -125,35 kj H (CO₂) = 393,51 kj/mol H (H₂O) = 285,53 kj/mol m(c₄h₁₀) = 6,00 0 10³ g R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ M(C₄H₁₀) = 58,124 g/mol Q V(O₂) p V = R T H (C₄H₁₀) = 4 H (CO₂) + 5 H (H₂O) ( H (C₄H₁₀) + 13/2 H (O₂)) H (C₄H₁₀) = (4 [mol CO₂] ( 393,51 [kj/mol CO₂] + 5 [mol H₂O] ( 285,53 [kj/mol H₂O])) (1 [mol C₄H₁₀] (-125,35 [kj/mol C₄H₁₀]) + 13/2 [mol O₂] 0) = 2 877,84 kj La ecuació termoquímica queda: C₄H₁₀(g) + 13/2 O₂(g) 4 CO₂(g) + 5 H₂O(l) H = 2,877084 10³ kj/mol C₄H₁₀ La catidad de butao que hay e ua bomboa de 6 kg es: (C 4 H 10 )=6,00 00 10 3 g C 4 H 10 1 mol C 4 H 10 58,124 g C 4 H 10 =103,23 mol C 4 H 10 El calor despredido por el butao que hay e ua bomboa de 6 kg es: b) De la estequiometría de la reacció: Q = 103,23 [mol C₄H₁₀] 2,877084 10³ [kj/mol C₄H₁₀] = 2,97 07 10⁵ kj Supoiedo comportamieto ideal para el O₂, (O 2 )=103,23 mol C 4 H 10 13/2 mol O 2 1 mol C 4 H 10 =670,98 mol O 2
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 16 V (O 2 )= (O 2 ) R T p = 670,98 mol O2 0,082 atm dm3 K 1 mol 1 273 K =15 10 3 dm 3 O 1,0 atm 2 Este resultado tiee sólo dos cifras sigifcativas, porque so las del dato que meos tiee (la costate R) 17. Si supoemos que la gasolia es ua mezcla de octaos de fórmula geeral C₈H₁₈: a) Calcula el volume de aire medido a 25 y 1 atm (101,3 kpa) que se ecesita para quemar 100 dm³ de gasolia. b) Calcula el calor despredido cuado se quema 100 dm³ de gasolia. Datos: R = 0,082 atm dm³ K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹ H (CO₂(g)) = -393,5 kj mol ¹; H (H₂O(l)) = -285,8 kj mol ¹; H (C₈H₁₈(l)) = 249,8 kj mol ¹; oxuígeo e el aire = 21 % e volume; desidad del octao = 800 g dm ³ (P.A.U. Ju. 10) Rta.: a) V = 1,02 10³ m³ aire b) Q = 4,18 10⁹ J Datos Cifras sigificativas: 3 Volume de gasolia V = 100 dm³ = 0,100 m³ Desidad de la gasolia ρ = 800 g/dm³ = 800 kg/m³ Aire(gas): Temperatura T = 25 = 298 K Presió Coteido de oxígeo e el aire (% V) p = 101,3 kpa = 1,013 10⁵ Pa r = 21,0 % e volume Etalpías estádar de formació: Cifras sigificativas: 4 C(grafto) + O₂(g) CO₂(g) H₂(g) + ½ O₂(g) H₂O(g) C(grafto) + H₂(g) C₈H₁₈(l) Costate de los gases ideales Masa molar del octao: Volume de aire ecesario Calor despredido Catidad de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado de los gases ideales La ecuació de combustió es La catidad de gasolia que hay e 100 dm³ es: (C 8 H 18 )=100 dm 3 gasolia C₈H₁₈(l) + 25/2 O₂(g) 8 CO₂(g) + 9 H₂O(g) 1 m 3 800 kg gasolia 10 3 dm 3 1 m 3 gasolia La catidad de oxígeo que se ecesita para la combustió es: 10 3 g 1 kg (O 2 )=700 mol C 8 H 18 25/2 mol O 2 1 mol C 8 H 18 =8,75 10 3 mol O 2 H (CO₂(g)) = -393,5 kj/mol H (H₂O(l)) = -285,8 kj/mol H (C₈H₁₈(l)) = 249,8 kj/mol R = 8,31 mol ¹ K ¹ M(C₈H₁₈) =114,2 g/mol V Q p V = R T 1 mol C 8 H 18 114,2 g gasolia =700 mol C 8 H 18
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 17 Qe, supoiedo comportamieto ideal, ocupará: V = (O 2 ) R T p = 8,75 103 mol O 2 8,31 J K 1 mol 1 298 K =214 m 3 O 1,013 10 5 2 Pa Como el aire cotiee u 21 % e volume de oxígeo, el volume de aire que cotedrá ese volume será: Por la ley de Hess, V =214 m 3 O 2 100 m 3 aire 21,0 m 3 O 2 =1,02 10 3 m 3 aire H (C₈H₁₈) = 8 H (CO₂) + 9 H (H₂O) ( H (C₈H₁₈) + 25/2 H (O₂)) H (C₈H₁₈) = (8 [mol CO₂] ( 393,5 [kj/mol CO₂] + 9 [mol H₂O] ( 285,8 [kj/mol H₂O])) (1 [mol C₈H₁₈] 249,8 [kj/mol C₈H₁₈] + 25/2 [mol O₂] 0) = 5 970 kj La ecuació termoquímica queda: C₈H₁₈(l) + 25/2 O₂(g) 8 CO₂(g) + 9 H₂O(l) H = 5,97 10³ kj/mol C₈H₁₈ Q = 700 [mol C₈H₁₈] 5,97 10³ [kj/mol C₈H₁₈] = 4,18 106 kj = 4,18 10⁹ J = 4,18 GJ 18. a) A partir de los datos de la tabla, calcula la etalpuía estádar de combustió del metao. Elace C H O H O = O C = O Etalpuía de elace e codicioes estádar (kj/mol) 413 482 498 715 b) Calcula el volume de dióxido de carboo medido a 25 y 1 atm (101,3 kpa) que se geerará e la combustió completa de 100 g de metao. Dato: R = 0,082 atm L K ¹ mol ¹ = 8,31 J K ¹ mol ¹ (P.A.U. Set. 15) Rta.: a) H (CH₄) = -710 kj/mol; b) V = 153 dm³ Datos Cifras sigificativas: 3 Etalpía de elace: C H H(C-H) = 413 kj/mol Presió Temperatura Masa de metao Masa molar del metao O H O = O C = O Costate de los gases ideales Etalpía estádar de combustió del metao Volume de dióxido de carboo Catidad de sustacia Ecuació de estado de los gases ideales Cocetració de la sustacia X H(O-H) = 482 kj/mol H(O=O) = 498 kj/mol H(C=O) = 715 kj/mol p = 101,3 kpa = 1,013 10⁵ Pa T = 25 = 298 K m(ch₄) = 100 g CH₄ M(CH₄) = 16,0 g/mol R = 8,31 J K ¹ mol ¹ H (CH₄) V p V = R T [X] = (X) / V
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 18 a) La etalpía es ua fució de estado. La variació de etalpía de u proceso es idepediete del camio seguido. La combustió del metao CH₄(g) + 2 O₂(g) CO₂(g) + 2 H₂O(g) puede imagiarse por u hipotético camio de rotura y formació de elaces: C + 4 H La etalpía de combustió del metao puede expresarse: H₁ = 4 H(C-H) 2 O = O 4 O H₂ = 2 H(O=O) C + 2 O O=C=O H₃ = -2 H(C=O) 4 H + 2 O 2 H O H H₄ = -4 H(O-H) H (CH₄) = 4 H(C-H) + 2 H(O=O) 2 H(C=O) 4 H(O-H) = 4 413 [kj/mol] + 2 498 [kj/mol] 2 715 [kj/mol] 4 482 [kj/mol] = -710 kj/mol b) Se calcula la catidad de CH₄ H H C H (CH 4 )=100 g CH 4 1 mol CH 4 16,0 g CH 4 =6,25 mol CH 4 Se calcula la catidad de CO₂ de la ecuació de combustió ajustada: H (CO₂) = (CH₄) = 6,13 mol CO₂ Se calcula el volume de CO₂ de la ecuació de estado de los gases ideales, supoiedo comportamieto ideal: p V = R T V = R T p = 6,25 mol 8,31 J mol 1 K 1 298 K =0,153 m 3 =153 dm 3 101,3 10 3 Pa CUESTIONES ESPONTANEIDAD. 1. Explica brevemete por qué muchas reaccioes edotérmicas trascurre espotáeamete a altas temperaturas. (P.A.U. Ju. 07) El criterio de espotaeidad de ua reacció química viee dado por el sigo de la etalpía libre o eergía libre de Gibbs G: G = H T S dode H es la variació de etalpía del proceso y S la variació de etropía. U proceso es espotáeo si G < 0. Si la reacció es edotérmica, H > 0 por lo que si la temperatura es muy baja, el segudo térmio apeas ifuye y G > 0
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 19 que idica que el proceso o será espotáeo. Pero si la variació de etropía del proceso es positiva, y la temperatura lo sufcietemete alta para que sería y el proceso sería espotáeo. T S > H G < 0 LABORATORIO 1. Para calcular e el laboratorio la etalpuía de disolució del NaOH(s) se disuelve 2,0 g de NaOH e 500 cm³ de agua e u caloruímetro que tiee u equivalete e agua de 15 g, produciédose u aumeto de temperatura de 1,0. a) Explica detalladamete el material y procedimieto empleados. b) Cuál es la etalpuía de disolució del NaOH? Datos: Calor especuífico(agua) Calor especuífico(disolució) = 4,18 J/(g ) y desidad del agua = 1 g - cm ³ (P.A.U. Ju. 13) Rta.: a) H = 44 kj / mol NaOH E ua probeta de 500 cm³, se mide 500 cm³ de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. Se pesa u vidrio de reloj e ua balaza y se echa letejas de NaOH co ua varilla hasta que su masa aumete 2,0 g. Rápidamete (para evitar la hidratació y carboatació del NaOH) se echa el hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro. Q(cedido e la disolució) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 La masa de agua es: m(agua) = 500 cm³ 1,00 g/cm³ = 500 g agua El calor gaado por la disolució es aproximadamete igual al calor gaado por el agua: Q = m(agua) cₑ(agua) t = 500 g 4,18 J/(g ) 1,0 = 2,1 10³ J El calor gaado por el calorímetro se calcula de forma aáloga, usado el equivalete e agua del calorímetro. Q = m(equivalete e agua) cₑ(agua) t = 15 g 4,18 J/(g ) 1,0 = 63 J Q(cedido e la disolució) = -(2,1 10³ J + 63 J) = -2,2 10³ J Δ H d o = 2,2 103 J 2,0 g NaOH 1 kj 10 3 J 40 g NaOH = 44 kj/ mol NaOH 1 mol NaOH 2. Se desea calcular e el laboratorio la etalpuía de disolució del NaOH(s) y para eso se disuelve 4,0 g de NaOH e 500 cm³ de agua e u caloruímetro que tiee u equivalete e agua de 15 g, produciédose u aumeto de la temperatura de 2,0. a) Explica detalladamete el material y procedimieto empleados. b) Cuál es la etalpuía molar de disolució del NaOH?
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 20 Datos: Calor especuífico(agua) Calor especuífico(disolució) = 4,18 J/g y desidad(agua) = 1 g/ml (P.A.U. Set. 15) E ua probeta de 500 cm³, se mide 500 cm³ de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. Se pesa u vidrio de reloj e ua balaza y se echa letejas de NaOH co ua varilla hasta que su masa aumete 4,0 g. Rápidamete (para evitar la hidratació y carboatació del NaOH) se echa el hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro. Q(cedido e la disolució) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 La masa de agua es: La masa de disolució es: El calor gaado por la disolució es: m(agua) = 500 cm³ 1,0 g/cm³ = 500 g agua m(disolució) = 500 g agua + 4,0 g NaOH = 504 g disolució Q = m(disolució) cₑ(disolució) t = 504 g 4,18 J/(g ) 2,0 = 4,2 10³ J El calor gaado por el calorímetro se calcula de forma aáloga, usado el equivalete e agua del calorímetro. Q = m(equivalete e agua) cₑ(agua) t = 15 g 4,18 J/(g ) 2,0 = 1,3 10² J Q(cedido e la disolució) = -(4,2 10³ J + 1,3 10² J) = -4,3 10³ J Δ H d o = 4,3 103 J 4,0 g NaOH 1 kj 10 3 J 40 g NaOH = 43 kj/mol NaOH 1 mol NaOH 3. Explica detalladamete como se puede determiar e el laboratorio el calor de disolució de KOH(s) e agua. Efectúa el cálculo (a la presió y temperatura de laboratorio) supoiedo ua masa de hidróxido de potasio de 4,5 g que se disuelve e 450 cm³ e u caloruímetro que tiee u equivalete e agua de 15 g. El icremeto de la temperatura es de 2,5. Datos: Calor especuífico del agua: 4,18 J/(g ) y desidad del agua: 1 g/cm³. (P.A.U. Set. 05) Rta.: H (KOH) = 61 kj/mol. Procedimieto: E ua probeta de 500 cm³, se mide 450 cm³ de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. Se pesa u vidrio de reloj e ua balaza y se echa el KOH co ua varilla hasta que su masa aumete 4,5 g. Rápidamete (para evitar la hidratació y carboatació del KOH) se echa el hidróxido de potasio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la temperatura del agua. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) masa de agua = 450 dm³ 1,0 g/cm³ = 450 g agua Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro.
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 21 Q(cedido e la disolució) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 El calor gaado por la disolució es aproximadamete igual al calor gaado por el agua. Q = m(agua) cₑ(agua) t = 450 g 4,18 J/(g ) 2,5 = 4,7 10³ J El calor gaado por el calorímetro se calcula de forma aáloga, usado el equivalete e agua del calorímetro. Q = m(equivalete e agua) cₑ(agua) t = 15 g 4,18 J/(g ) 2,5 = 1,6 10² J Q(cedido e la disolució) = (4,7 10³ + 1,6 10²) J = 4,9 10³ J Δ H d o = 4,9 103 J 4,5 g KOH 1 kj 10 3 J 56 g KOH = 61 kj/ mol KOH 1 mol KOH 4. a) Idica el procedimieto que se debe seguir y el material utilizado para determiar la etalpuía de disolució del NaCl, si al disolver 0,2 moles de dicha substacia e 500 cm³ de agua se produce u icremeto de temperatura de 2. b) Cuál será el valor de la etalpuía de disolució del compuesto expresado e J/mol? Datos: Calor especuífico(agua) Calor especuífico(disolució) = 4,18 J/(g ); desidad(agua) = 1 g/cm³ (P.A.U. Ju. 11) Rta.: b) H = -2 10⁴ J/mol Material: Calorímetro de 1 000 cm³: recipiete aislado (cómo uo termo) Probeta de 500 cm³. Tubo cilídrico graduado e cm³ co base de apoyo. Termómetro. Balaza. Vidrio de reloj Agitador. Varilla de vidrio. Procedimieto: E ua probeta de 500 cm³, se mide 500 cm³ de agua y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. 58,5 g NaCl E ua balaza se pesa: 0,20 mol NaCl =12 g NaCl sobre u vidrio de reloj. 1 mol NaCl Se echa el cloruro de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro. Calor gaado por la disolució y el calorímetro + calor despredido e el proceso de disolució = 0 Supoiedo que el calor absorbido por el soluto y el calorímetro so despreciables frete al calor gaado por el agua Q = - m(agua) cₑ(agua) t = 500 g 4,18 J/(g ) 2,0 = 4,2 10³ J Δ H d o = 4,2 103 J 0,20 mol = 2,1 104 J /mol Aálisis: Si al echar 12 g de sal e agua la temperatura subiera 2 habría que sospechar que la substacia o era NaCl o habría que tirar el termómetro, porque la disolució de sal e agua o desprede calor. 5. Se quiere determiar la H del proceso de disolució de u compuesto ióico AB. Idica el procedimieto a seguir y el material a utilizar. Si al disolver 0,2 moles de dicha sustacia e 500 cm³ de agua
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 22 se produce u icremeto de temperatura de 2. Cuál será el valor de H, e J/mol, para dicho proceso de disolució? Datos: cₑ(disolució) = cₑ(agua) = 4,18 J/(g ) desidad del agua = 1 g/cm³ y masa de disolució = masa del agua. (P.A.U. Set. 07) Rta.: H = 2 10⁴ J/mol E ua probeta de 500 cm³, se mide 500 cm³ de agua y se vierte e u calorímetro. Se espera uos miutos y se mide la temperatura co u termómetro. Se pesa u vidrio de reloj e ua balaza y se añade la masa del compuesto ióico AB que correspode a los 0,2 moles co ua varilla. Se echa el sólido ióico e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo y se resta del valor iicial de la del agua. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro. Q(cedido e la disolució) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 El calor gaado por la disolució es aproximadamete igual al calor gaado por el agua: Q = m(agua) cₑ(agua) t = 500 g 4,18 J/(g ) 2,0 = 4,2 10³ J El calor gaado por el calorímetro se supoe despreciable Q(cedido e la disolució) = 4,2 10³ J Δ H d o = 4,2 103 J 0,20 mol = 2,1 104 J /mol AB 6. Idica co u ejemplo cómo determiaruías e el laboratorio el calor de eutralizació de u ácido fuerte co ua base fuerte, haciedo referecia al pricipio, material, procedimieto y cálculos. (P.A.U. Ju. 05) Pricipio: Coservació de la eergía Al ser el calorímetro u sistema aislado, el proceso es adiabático, o se itercambia calor co el etoro. Q(cedido e la eutralizació) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 Material: Calorímetro de 250 cm³ Probeta de 100 cm³ Termómetro Agitador Reactivos: HCl 1,0 mol/dm³ NaOH 1,0 mol/dm³ Procedimieto: E ua probeta de 100 cm³, se mide 100 cm³ de disolució de HCl de cocetració 1,0 mol/dm³ y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. t₁ =16,8. Se lava la probeta y se mide 100 cm³ de disolució de NaOH de cocetració 1,0 mol/dm³. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolució de HCl ya que está ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolució de hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. t₂ = 23,3
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 23 Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Haciedo las aproximacioes: Los calores específcos de todas las disolucioes so iguales al calor específco del agua. c = 4,18 J g ¹ ( ) ¹ Las desidades de las disolucioes so iguales a la desidad del agua. ρ = 1,0 g/cm³ El calor gaado por el calorímetro es despreciable. Q = 0 La masa de cada disolució se calcula: El calor gaado por la disolució es: m(disolució) = V(disolució) ρ = 200 cm³ 1,0 g/cm³ = 200 g Q = m(disolució) cₑ(disolució) t = 200 g 4,18 J g ¹ ( ) ¹ (23,3 16,8) = 5,4 10³ J Q(cedido e la eutralizació) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 E la reacció: que se puede escribir e forma ióica: reaccioa: co Por lo que la etalpía de reacció es: Q(cedido e la eutralizació) = 5,4 10³ J HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H₂O(l) H+(aq) + OH (aq) H₂O(l) (HCl) = 0,100 dm³ 1,0 mol HCl / dm³ = 0,10 mol HCl (NaOH) = 0,100 dm³ 1,0 mol HCl / dm³ = 0,10 mol NaOH Δ H o = 5,4 103 J = 54 J/ mol 0,10 mol Aálisis: El resultado es aproximado al tabulado de -57,9 kj/mol, debido a las aproximacioes realizadas. 7. a) Idica el material a utilizar y el procedimieto a seguir para determiar la etalpuía de eutralizació de 100 cm³ de ua disolució de HCl de cocetració 2,0 mol/dm³ co 100 cm³ de ua disolució de NaOH de cocetració 2,0 mol/dm³. b) Calcula el valor de la etalpuía de eutralizació expresado e kj/mol si el icremeto de temperatura que se produce es de 12. Datos: Calor especifico(mezcla) = Calor especifico(agua) = 4,18 J/(g ); desidades de las disolucioes del ácido y de la base = 1,0 g/cm³. Cosidera despreciable la capacidad caloruífica del caloruímetro. (P.A.U. Ju. 15) Rta.: Hₙ = 50 kj/mol Material: Calorímetro de 250 cm³: recipiete aislado (como u termo) Probeta de 100 cm³. Tubo cilídrico graduado co base de apoyo. Termómetro Agitador. Varilla de vidrio. Procedimieto: E ua probeta de 100 cm³, se mide 100 cm³ de disolució de HCl de cocetració 2,0 mol/dm³ y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro.
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 24 Se lava la probeta y se mide 100 cm³ de disolució de NaOH de cocetració 2,0 mol/dm³. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolució de HCl ya que está ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolució de hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) El calor específco de la mezcla es igual al calor específco del agua. c = 4,18 J g ¹ ¹ Las desidades de las disolucioes del ácido y de la base so iguales a la desidad del agua. ρ = 1,0 g/cm³ El calor gaado por el calorímetro es despreciable. Q = 0 La masa de la disolució del ácido es: m(disolució ácido) = V(disolució ácido) ρ = 100 cm³ 1,0 g/cm³ = 100 g La masa de la disolució de la base da el mismo resultado que la del ácido: m(disolució base) = V(disolució base) ρ = 100 cm³ 1,0 g/cm³ = 100 g La masa de la disolució fal es la suma de las masas de las disolucioes del ácido y de la base: m(disolució) = m(disolució ácido) + m(disolució base) = 100 g + 100 g = 200 g El calor gaado por la disolució es: Q = m(disolució) cₑ(disolució) t = 200 g 4,18 J g ¹ ¹ 12 = 1,0 10⁴ J Q(cedido e la eutralizació) + Q (gaado por la disolució) + Q (gaado por el calorímetro) = 0 Q(cedido e la eutralizació) = 1,0 10⁴ J E la reacció: HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H₂O(l) que se puede escribir e forma ióica: H+(aq) + OH (aq) H₂O(l) reaccioa: (HCl) = 0,100 dm³ 2,0 mol HCl / dm³ = 0,20 mol HCl co (NaOH) = 0,100 dm³ 2,0 mol HCl / dm³ = 0,20 mol NaOH
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 25 No hay reactivo limitate, por lo que la etalpía de la reacció es: Δ H o = 1,0 104 J 0,20 mol 1 kj = 50 kj/ mol 10 3 J Aálisis: Este resultado difere bastate del tabulado, -57,9 kj/mol, auque detro del orde de magitud. 8. Se dispoe e el laboratorio de las siguietes disolucioes acuosas: 100 cm³, de HCl de cocetració 0,10 mol/dm³ y 100 cm³ de NaOH de cocetració 0,10 mol/dm³. a) Describe el procedimieto y material que emplearuía para medir el calor de eutralizació al mezclar las dos disolucioes. b) Calcula el calor molar de eutralizació si e la reacció se libera 550 J. (P.A.U. Ju. 10, Ju. 09) Rta.: H = -55 kj/mol Material: Calorímetro de 250 cm³: recipiete aislado (como u termo) Probeta de 100 cm³. Tubo cilídrico graduado co base de apoyo. Termómetro Agitador. Varilla de vidrio. Procedimieto: E ua probeta de 100 cm³, se mide 100 cm³ de disolució de HCl de cocetració 0,10 mol/dm³ y se vierte e u calorímetro. Se mide la temperatura co u termómetro. Se lava la probeta y se mide 100 cm³ de disolució de NaOH de cocetració 0,10 mol/dm³. Se mide su temperatura que debería ser la misma que la de la disolució de HCl ya que está ambas a la temperatura del laboratorio. Se echa la disolució de hidróxido de sodio e el calorímetro y se agita co ua varilla, comprobado la temperatura. Se aota el valor máximo. Se vacía el calorímetro y se lava. Cálculos: (Supodré que los datos tiee al meos dos cifras sigifcativas) Usado el dato: E la reacció: que se puede escribir e forma ióica: reaccioa: co Q(cedido e la eutralizació) = 550 J HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H₂O(l) H+(aq) + OH (aq) H₂O(l) (HCl) = 0,100 dm³ 0,10 mol HCl / dm³ = 0,010 mol HCl (NaOH) = 0,100 dm³ 0,10 mol HCl / dm³ = 0,010 mol NaOH No hay reactivo limitate, por lo que la etalpía de la reacció es: Δ H o = 550 J 0,010 mol 1 kj = 55 kj/ mol 10 3 J ACLARACIONES
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 26 Los datos de los euciados de los problemas o suele teer u úmero adecuado de cifras sigifcativas. Por eso he supuesto que los datos tiee u úmero de cifras sigifcativas razoables, casi siempre tres cifras sigifcativas. Meos cifras daría resultados, e ciertos casos, co amplio marge de icertidumbre. Así que cuado tomo u dato como V = 1 dm³ y lo reescribo como: Cifras sigifcativas: 3 V = 1,00 dm³ lo que quiero idicar es que supogo que el dato origial tiee tres cifras sigifcativas (o que las tega e realidad) para poder realizar los cálculos co u marge de icertidumbre más pequeño que el que tedría si lo tomara tal como lo da. (1 dm³ tiee ua sola cifra sigifcativa, y ua icertidumbre relativa del 100 %! Como las icertidumbres se acumula a lo largo del cálculo, la icertidumbre fal sería iadmisible. Etoces, para qué realizar los cálculos? Co ua estimació sería sufciete). Cuestioes y problemas de las Pruebas de Acceso a la Uiversidad (P.A.U.) e Galicia. Respuestas y composició de Alfoso J. Barbadillo Mará. Alguos cálculos se hiciero co ua hoja de cálculo OpeOfce (o LibreOfce) del mismo autor. Alguas ecuacioes y las fórmulas orgáicas se costruyero co la extesió CLC09 de Charles Lalae-Cassou. La traducció al/desde el gallego se realizó co la ayuda de traducidote, de Óscar Hermida López. Se procuró seguir las recomedacioes del Cetro Español de Metrología (CEM)
Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 27 Sumario TERMOQUÍMICA... 1 PROBLEMAS...1 TERMOQUÍMICA...1 CUESTIONES...18 ESPONTANEIDAD...18 LABORATORIO...19 Ídice de exámees P.A.U. 2004... Ju. 04...13 Set. 04...14 2005... Ju. 05...22 Set. 05...20 2006... Ju. 06...3 2007... Ju. 07...10, 18 Set. 07...1, 22 2009... Ju. 09...5, 24 Set. 09...8 2010... Ju. 10...16, 24 2011... Ju. 11...21 Set. 11...7 2012... Ju. 12...4 Set. 12...2 2013... Ju. 13...9, 19 Set. 13...15 2014... Ju. 14...1 Set. 14...11 2015... Ju. 15...23 Set. 15...17, 20 2016... Ju. 16...6 Set. 16...12