TERMOQUÍMICA.

1 TERMOQU MICA. Primer principio. Calor a presi n y volumen constante. a) Primer principio de la Termodin mica. b) Qv y Qp; relaci n entre ambas. En un recipiente cerrado a volumen constante tiene lugar una reacci n qu mica. a) Con qu variable termodin mica se identifica el calor intercambiado con el entorno? b) Cu l es el trabajo desarrollado por el sistema? Decide si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones: a) En cualquier reacci n qu mica U < H. b) El trabajo es una funci n de estado. c) El valor de H de un proceso depende de si ste se realiza a presi n o a volumen constante. d) U y H son funciones de estado. Un sistema realiza un trabajo de 150 J sobre el entorno y absorbe 80 J de calor.

2 Halla la variaci n de energ a interna del sistema. Al quemarse la gasolina en un cilindro del motor de un coche se liberan 120 kJ. Si el trabajo realizado por los gases producidos en la combusti n es de 50 kJ, calcula cu nto valdr la variaci n de energ a interna del sistema. Qu variaci n de energ a interna se produce al transformarse 100 g de agua a 25 C en vapor a 100 C a la presi n constante de 1 atm = 101300 Pa? Datos: ce(agua) 4180 J kg 1 C 1; Lv = 2257 kJ kg-1; R = 8,31 J mol 1 K 1; d(agua) = 1000 kg m 3. Quemamos 25 g de octano (l quido) a volumen constante a 25 C desprendi ndose 1200 kJ. Cu l ser U y H en la combusti n de 3 moles de octano a 25 C? Introducimos dos gases en un recipiente a presi n constante.

3 Al producirse la reacci n entre ambos se liberan 185 kJ, al tiempo que se realiza un trabajo del entorno sobre el sistema de 100 kJ. Cu nto variar la energ a interna y la entalp a del sistema. Calor de formaci n y de reacci n. Durante la combusti n de 1 mol de tomos de azufre en condiciones est ndar se desprenden 296,8 kJ y durante la combusti n de 1 mol de sulfuro de hidr geno 560 kJ. Con estos datos determina la variaci n de entalp a que se produce en el proceso: 2 H2S (g) + SO2 (g) 2 H2O (l) + 3 S (s). Dadas las entalp as est ndar de formaci n: Hof [CO (g)] = 110,5 kJ/mol; Hof [CO2(g)] = 393,5 kJ/mol. Hallar la entalp a de la siguiente reacci n: CO (g) + O2 (g) CO2 (g) Calcula el calor de formaci n a presi n constante del CH3 COOH (l) ( cido ac tico) si conoces que los calores de combusti n del C (s), H2 (g) y CH3 COOH) (l) son respectivamente 393,13, 285,9 y 870,7 kJ/mol.

4 Calcula el calor de formaci n del cido metanoico (HCOOH), a partir de los siguientes calores de reacci n: C (s) + O2 (g) CO (g); H = 110,4 kJ H2 (g) + O2 (g) H2O (l); H = 285,5 kJ CO (g) + O2 (g) CO2 (g); H = 283,0 kJ HCOOH(l) + O2 (g) H2O(l) + CO2(g); H = 259,6 kJ Calcula el calor de formaci n a presi n constante del metano (g) (CH4) a partir de los calores de combusti n del C (s), H2 (g) y CH4 (g) cuyos valores son respectivamente -393,5, -285,9 y -890,4 kJ/mol. Para la fabricaci n industrial de cido n trico, la reacci n de partida es la oxidaci n del amoniaco: 4 NH3 (g) + 5 O2 (g) 6 H2O (g) + 4 NO (g). Calcular H0reacci n. Datos: H0f (kJ/mol): NH3: 46,2; H2O: 241,8; NO: +90,4 (pasctr) En una f brica de cemento es necesario aportar al horno 3300 kJ por cada kilogramo de producto.

5 La energ a se obtiene por combusti n de gas natural (que se considerar metano puro) con aire. Se pide: a) Formule y ajuste la reacci n de combusti n del gas natural. b) Determine el calor de la combusti n completa del gas natural c) Calcule, por tonelada de cemento producido, la cantidad necesaria del gas natural expresada en kg. d) Cuantos metros c bicos de aire medidos a 1atm y 25 C ser n necesarios para la combusti n completa de la cantidad de gas natural del apartado e) Considere que la combusti n del gas natural se realiza en condiciones est ndar y que el aire contiene un 21% en volumen de oxigeno. H f : metano: 74,8kJ/mol; CO2: 393,5kJ/mol y H2O: 285,8kJ/mol R = 0,082 atm l/mol K ; Masas at micas: C=12, H=1, O=16.

6 (Ejercicio de Selectividad. Madrid Septiembre 1998). a) Formule la reacci n de formaci n del etanol. b) Calcule la entalp a de formaci n del etanol en condiciones est ndar, sabiendo que la entalp a de combusti n del etanol es 29,69 kJ/g, la entalp a de formaci n del di xido de carbono es 393,34 kJ/mol y la entalp a de formaci n del agua l quida es 285 kJ/mol c) Interprete el resultado num rico obtenido en cuanto a su signo. Masas at micas: C=12, H=1, O=16. (Ejercicio de Selectividad. Madrid Previo 1998) Calcule a) El calor de hidrataci n de la cal viva. b) El calor desprendido cuando se apaga, a adiendo suficiente cantidad de agua, una tonelada de cal viva. DATOS: Hf H2O(l) = -285,5 kJ/mol; Hf CaO(s) = -634,9 kJ/mol; Hf Ca(OH)2= -985,6 kJ/mol.

7 Masas at micas Ca = 40; O = 16. (Ejercicio de Selectividad. Madrid Septiembre 1997). Energ a de enlace. a) Define la magnitud denominada energ a de enlace. b) Cu l es la unidad internacional en que se mide la energ a de enlace? c) C mo se puede calcular la entalp a de una reacci n determinada si disponemos de una tabla de valores de energ a de enlace? d) C mo se explica que la entalp a de enlace C=C no alcance el doble del valor de la entalp a del enlace C C? (Cuesti n Selectividad Madrid Previo 2000) Determina la entalp a normal de formaci n del metano, con lo siguientes datos: H0sublimaci n [C(g)] =716,7 kJ/mol; Eenlace [H H] = 436,4 kJ/mol; Eenlace [C H] = 415,3 kJ/mol. Calcula la entalp a de hidrogenaci n del etileno para formar etano, seg n la reacci n: CH2=CH2 + H2 CH3 CH3 a partir de los datos de la tabla adjunta.

8 A partir de las energ as de enlace (Ee) (C-H) = 415,3 kJ/mol; (Cl-Cl) = 243,8 kJ/mol; (C-Cl) = 327,8 kJ/mol; y (Cl-H) = 432,4 kJ/mol, determinar la entalp a normal de reacci n del proceso: CH4(g)+ Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g) Energ as medias de enlace (kJ/mol) Enlace Energ a Enlace Energ a H H 436 C=C 610 C H 415 C=N 615 C C 347 C N 285 C O 352 O=O 494 A 25 C y 1 atm sfera de presi n, el calor de formaci n del bromuro de hidr geno es de 36,2 kJ/mol. Calcule el calor de disociaci n del HBr en sus tomos constituyentes sabiendo que en las condiciones se aladas, los calores de disociaci n del H2 (g) y del Br2 (g) son respectivamente, 435,6 y 193,28 kJ/mol. (Ejercicio de Selectividad. Madrid Previo 1997). El proceso Deacon para la obtenci n de cloro gaseoso se basa en hacer reaccionar cloruro de hidr geno y ox geno gaseosos.

9 A) Formula la ecuaci n ajustada, sabiendo que adem s de cloros se obtiene tambi n vapor de agua; b) determina la variaci n de entalp a por mol de cloro formado, interpretando el resultado obtenido, a partir de los valores siguientes de las energ as de enlace: Entalp a de enlace H Cl: 432 kJ mol l; O=O: 499 kJ mol l; Cl Cl: 243 kJ mol l; O H: 460 kJ mol l. Ejercicio de Selectividad. Madrid Reserva 1998. Entrop a y energ a libre. Determina la variaci n de entalp a y de entrop a para la combusti n del etanol. Datos: Hf0(kJ/mol): etanol(l) = -277,7; CO2(g) = -393,5; H2O(l) = -285,8; S0(J mol-1 K-1): etanol = 160,7 ; CO2 (g) = 213,6; O2(g) = 205; H2O(l) = 69,9. Indica si la reacci n de combusti n del acetileno es espont nea a 25 C. Datos: Gf0[C2H2(g)] = 209,9 kJ/mol: Gf0[O2(g)] = 0 kJ/mol; Gf0[CO2(g)] = -394,4 kJ/mol; Gf0[H2O(l)] = 237,2 kJ/mol.

10 Determina la variaci n de entrop a en la reacci n: H2 (g) + O2 (g) H2O (l). Datos: S0[H2(g)] = 130,7 J/molK; S0[O2(g)] = 204,8 J/molK; S0[H2O(l)] = 69,8 J/molK. Calcular la temperatura de equilibrio ( G0 = 0) para la reacci n: 2 SO3 2 SO2 (g) + O2 (g): Datos: H0f (kJ/mol): SO3: 395,8; SO2: 296,4; S0 (J/mol K): SO3 (g): 256,2; SO2 (g): 248,5; O2 (g): 204,8. (pasctr) Espontaneidad de las reacciones qu micas. Una reacci n exot rmica con aumento del desorden (entrop a) ser : a) siempre espont nea; b) no espont nea; c) espont nea en algunos casos dependiendo de la temperatura. Justifica la respuesta. (PPT) Razona en qu condiciones son espont neos los siguientes procesos: a) H>0 y S>0; b) H>0 y S<0; c) H<0 y S>0; d) H<0 y S<0.