INSTITUTO TECNOLÓGICO DE COSTA RICA ESCUELA DE QUÍMICA QUÍMICA BÁSICA II I. CONTENIDOS TEMATICOS: PRACTICA 1 TERMODINÁMICA 1.1 Entalpía 1.2 Entropía 1.2.1 Segunda ley de la termodinámica. 1.3 Energía libre de Gibbs II. PREGUNTAS Y PROBLEMAS DESARROLLO 1. Defina los siguientes términos: a) Trabajo b) Calor c) Energía interna d) Entalpía e) Entropía f) Ley de Hess g) Proceso espontáneo h) Proceso reversible i) Función de estado j) Primera Ley de la Termodinámica k) Segunda Ley de la Termodinámica l) Energía Libre de Gibbs 2. A 1 atm el CO 2(s) sublima a -78ºC. Es la transformación de CO 2(s) en CO 2(g) a -100ºC y 1 atm de presión un proceso espontáneo? Sí No Por qué? 3. Explique si estos procesos son espontáneos en la forma como se describen: a) Fusión de cubos de hielo de -5 Cy 1 atm. b) Disolución de azúcar en una taza de agua caliente. c) El agua a temperatura ambiente se descompone en H 2(g) y O 2(g) d) Alineación de virutas de hierro en un campo magnético. e) Formación de moléculas de CH 4 y O 2 a partir de CO 2 y H 2 O a 25 Cy 1 atm.
4. Dados los siguientes procesos: N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g) H < H 2 O (l) H 2 O (g) H > a) Explique cómo será el signo de la entropía en cada reacción. b) Analice la espontaneidad, en ambos casos. 5. En una reacción en la que H < y S< se considera que ambas funciones termodinámicas permanecen constantes al cambiar la temperatura. Explique, en función de la temperatura, cuándo esta reacción: a) está en equilibrio? b) será espontánea? 6. De acuerdo a la siguiente reacción: 2 N 2 O (g) 2 N 2(g) + O 2(g) H= 43 kj y S= 80 J/K a) Justifique el signo positivo de la variación de la entropía. b) Si se supone que las funciones termodinámicas indicadas no cambian con la temperatura, será la reacción espontánea a 27 C? 2
II PARTE: RESPONDA FALSO F O VERDADERO V SEGÚN CORRESPONDA: 7. Según los principios de Termodinámica Química, se afirma correctamente que: En un proceso de disolución de un sólido en agua, se produce un aumento en la entropía del sistema. Las sustancias en estado gaseoso tienen mayor entropía que ellas mismas en otro estado. Todo proceso espontáneo es irreversible. En todo proceso endotérmico, donde la entropía aumente durante el proceso, la espontaneidad depende de la temperatura del sistema. Si le energía libre de Gibbs es > 0, el proceso considerado es espontáneo. 8. Respecto de la energía de Gibbs, la primera y la segunda ley de la termodinámica, es correcto afirmar que: Todo proceso espontáneo presenta un ΔH < 0. La entropía del universo aumenta en todo proceso espontáneo. Para la reacción: CH 4(g) + 2 O 2(g) CO 2(g) + 2H 2 O (l) ; el ΔS < 0. Una reacción en la que el ΔH > 0 y el ΔS > 0, será espontánea a bajas temperaturas. La condensación del vapor de agua a bajas temperaturas es un proceso con un ΔS < 0. 9. Considerando los conceptos de termodinámica química y suponiendo que H y S no cambian con la temperatura, se propone ciertamente que: Fundir mantequilla a una temperatura de 10ºC, es un proceso cuyo G es (-). La condensación del agua gaseosa a 40 C y 1 atm de presión es un proceso irreversible. Un incendio de una casa es un proceso exotérmico y con S positivo. Si NH 4 NO 3(s) + H 2 O (l) NH 4 NO 3(ac) tiene H(+), al cambiar la temperatura es posible modificar la espontaneidad del proceso. Al ocurrir la siguiente reacción: MgCO 3(s) MgO (s) + CO 2(g) la entropía disminuye. 10. Según los principios de Termodinámica química, se afirma correctamente que: la expansión de un gas dentro de un recipiente representa un proceso con G (-). para el sistema químico N 2 O 4(g) 2 NO 2(g) la entropía disminuye. al disolver NaOH en agua el recipiente se calienta, si su S 0, representa un proceso irreversible. el sistema H 2 O (l) H 2 O (s) es espontáneo a altas temperaturas. una disminución en la entropía del sistema implica una disminución en la entropía del entorno. 11. Considerando los principios de Termodinámica química, se afirma correctamente que: En una reacción exotérmica el cambio de entalpía de reacción (ΔH) es < 0. Cualquier proceso que ocurre espontáneamente produce un aumento de entropía del universo. Para una reacción a T y P constantes, si ΔG es positivo, la reacción es espontánea. La primera ley de la termodinámica se define matemáticamente como U = q + w La entropía (S) puede considerarse como una medida del desorden de un sistema. 3
12. Considere los siguientes enunciados respecto del tema termodinámica química, es correcto afirmar que: Fundir un trozo de hielo a -5 ºC es un proceso espontáneo. A temperatura y presión constantes, una reacción alcanza el equilibrio si G = 0. Cuanto menor es la aleatoriedad de un sistema tanto mayor será la entropía de éste. Todo proceso espontáneo es irreversible. La expansión de un gas es un proceso no espontáneo, S > 0. 13. Respecto de la termodinámica química, se dice ciertamente que: La entropía de un sistema siempre aumenta al realizarse un cambio espontáneo. Un proceso es espontáneo si la energía libre de Gibbs ( G) es menor que cero. Para el sistema químico: ClO - (ac) + 2 HCl (ac) Cl 2(g) + H 2 O (ac) + Cl - (ac) la entropía aumenta. Una reacción exotérmica y con S < 0 puede ser espontánea a bajas temperaturas. Siempre que se disminuye la entropía de un sistema, aumenta la entropía del entorno. 14. Respecto de la termodinámica química, se afirma correctamente que: En el proceso de disolución de un soluto iónico en agua la entropía del sistema aumenta. En un proceso espontáneo la energía libre de Gibbs ( G) disminuye. Si en un proceso el H es positivo, el cambio en la entropía debe también ser positivo. Toda reacción química exotérmica, implica un proceso irreversible. En la reacción 2 N 2 O(g) 2 N 2 (g) + O 2 (g) la entropía del sistema aumenta. 15. Según los principios de Termodinámica Química, se afirma correctamente que: Cuando un sistema alcanza el equilibrio, el G de la reacción es igual a cero. A presión constante, el cambio de entalpía H es igual al calor ganado o perdido por el sistema. Los procesos que ocurren en forma espontánea son reversibles. Cuando una pieza de metal a 150 C se introduce en agua a 40 C, el agua se calienta; esto representa un proceso irreversible. Si un proceso es espontáneo, el cambio de entropía S es negativo a cualquier temperatura. 16. Se considera que hay aumento de entropía si: Se forman gases a partir de líquidos o sólidos. Se forman líquidos a partir de sólidos. El número de moléculas aumenta durante una reacción. Se forman disoluciones a partir de sustancias sólidas. Se lleva a cabo el proceso de sublimación de una sustancia. 4
III. MARQUE CON X LA RESPUESTA CORRECTA: 17. Una reacción es espontánea cuando: a.( ) G b.( ) S < c.( ) G < d.( ) G e. H < 18. La reacción H + (ac) + OH - (ac) H 2 O (l), posee valores de ΔH= -586 KJ y ΔS= -20 KJ, la cual es: a.( ) espontánea a cualquier temperatura. b.( ) no espontánea a cualquier temperatura. c.( ) espontánea a bajas temperaturas. d.( ) espontánea a altas temperaturas. e.( ) no espontánea a altas temperaturas. I. DESARROLLO 2. No Espontáneo 3a) No espontáneo 3b) Espontáneo 3c) No espontáneo 3d) Espontáneo 3e) No espontáneo II. FALSO Y VERDADERO 7. V,V,V,V,F 8. F,V,V,F,V 9. F,V,V,V,F 10. V,F,V,F,F 11. V,V,F,V,V 12. F,V,F,V,F 13. F, V,V,V,V 14. V,V,F,F,V 15. V,V,F,V,F 16. V, V,V,V,V III. MARQUE CON X 1. c 2. c RESPUESTAS 5