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Tema: T ERMOQUÍMICA
H OJA
DE PROBLEMAS
1: E NUNCIADOS
. 1. (♦♦) A principio de 2007 el precio que una conocida compañia de distribución de gas propano cobraba a sus clientes era 75 ce/kg. A partir de esta tarifa y de los datos incluidos en la tabla adjunta, calcule cuanto cuesta calentar hasta 100o C un vaso de agua de 200 cm3 , una bañera de dimensiones 160x60x35 cm3 hasta 30o C y una piscina 25x12.5x2 m3 hasta la misma temperatura. En todos los casos suponga que el agua se encuentra inicialmente a 10o C y que las entalpías son las correspondientes a la temperatura a la que ocurre el proceso de combustión. C3 H8 (g) ∆H f (kJ/mol) -103.8 C¯Po (J/mol·K) o
CO2 (g) -393.5
H2 O(g) -241.8
H2 O(l) 75.3
. 2. (♦♦) Sabiendo que las entalpías de combustión del H2 (g) , C(grafito) , etano y eteno son respectivamente -285.84, -393.51, -1559.88 y -1410.68 kJ/mol a 25o , calcule: a) La entalpía de formación del etano. b) La entalpía de formación del eteno. c) La entalpía de hidrogenación del eteno. d) La energía interna tipo de hidrogenación del eteno. . 3. (♦♦) Deduzca la expresión para la variación de la entalpía de la reacción H2(g) + CO2(g) −→ CO(g) + H2 O(g) en función de la temperatura y evalue su valor a 500 y 1000 K a partir de los siguientes datos: o ∆Hf,298 (CO2 (g) ) = -393.51 kJ/mol o ∆Hf,298 (CO(g) ) = -110.52 kJ/mol o ∆Hf,298 (H2 O(g) ) = -241.83 kJ/mol o ¯ CP (H2 (g) ) = 29.06 -0.799 10−3 T + 1.990 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (CO2 (g) ) = 26.52 + 42.43 10−3 T - 14.29 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (CO(g) ) = 26.57 + 7.577 10−3 T - 1.119 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (H2 O(g) ) = 26.86 + 6.966 10−3 T + 0.012 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) 4. (♦♦) Calcule la entalpía de formación del cloruro de acetilo, CH3 COCl a 25o C, a partir de los siguientes datos a la misma temperatura:
a) Las entalpías de formación de SO2 (g) , CO2 (g) , H2 O(l) , HCl(g) y SOCl2 (l) son respectivamente -296.10, -393.51, -285.84, 92.30 y -205.85 kJ/mol b) La entalpía de combustión del ácido acético vale -876.13 kJ/mol. c) La entalpía de la reacción CH3 COOH(l) + SOCl2(l) −→ CH3 COCl(l) + SO2(g) + HCl(g) es -23.93 kJ. 5. (♦♦) Calcule el valor de la variación de entalpía de la reacción SO2 (g) + 12 O2 (g) −→ SO3 (g) a la temperatura de 400o C sabiendo que las entalpías tipo de formación de SO2 (g) y SO3 (g) son respectivamente -296.06 y -395.18 kJ/mol y las capacidades caloríficas valen C¯Po (SO2 (g) ) = 43.43 + 10.63 10−3 T - 5.94 105 T −2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (SO3 (g) ) = 57.32 + 26.86 10−3 T - 13.05 105 T −2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (O2 (g) ) = 29.96 + 4.018 10−3 T - 1.674 105 T −2 (J K−1 mol−1 ) . 6. (♦) Calcule la variación de entalpía de la reacción CO(g) + 12 O2 (g) −→ CO2 (g) cuando los gases reactivos CO y O2 están inicialmente a las temperaturas de 15o C y 18o C, y el producto formado se obtiene a 225o C sabiendo o ∆Hf,298 (CO(g) ) = -110.52 kJ/mol o ∆Hf,298 (CO2 (g) ) = -393.51 kJ/mol C¯Po (CO2 (g) ) = 26.52 + 42.43 10−3 T - 14.29 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (CO(g) ) = 26.57 + 7.577 10−3 T - 1.119 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) C¯Po (O2 (g) ) = 29.59 + 13.25 10−3 T - 4.204 10−6 T 2 (J K−1 mol−1 ) . 7. (♦) Considere la reacción de transformación de carbono grafito en diamante C(g) −→ C(d) Demuestre a partir de los datos aportados en la tabla que dicha reacción no es espontánea en condiciones estándar y que no lo será aunque se aumente la temperatura. ¿Se puede convertir la reacción en espontánea mediante un aumento de presión? C(g) C(d) o ∆Hf,298 (kJ/mol) 1.89 o S298 (J/mol·K) 5.74 2.38 ρ (g/cm3 ) 2.25 3.51
. 8. (♦♦) En abundancia de oxígeno, las células utilizan la oxidación de la glucosa a dióxido de carbono y agua como fuente de energía C6 H12 O6 + 6 O2 −→ 6 CO2 + 6 H2 O proceso conocido como respiración aeróbica. Cuando el aporte de oxígeno no es suficiente, como ocurre con las células musculares si se realiza una actividad física intensa, se produce la respiración anaeróbica en la que la molécula de glucosa se descompone en dos de ácido láctico mediante el proceso conocido como glicolisis C6 H12 O6 −→ 2 CH3 − CHOH − COOH Calcule las variaciones de entalpía de estos procesos a partir de las siguientes energías medias de enlace C−O Energía media de enlace (kJ/mol) 358
C−C 346
O−H 459
C−H 411
C=O 799
y compare la eficacia de los procesos aeróbico y anaeróbico.
(.) Problemas que serán resueltos por el profesor en clase. Grado de dificultad: (♦♦) Sencillo, (♦) Normal, () Para pensar un poco.
H OJA
Problema 1
Problema 2
Problema 6
DE RESOLUCIÓN
II )
El calor de reacción a presión constante es igual a la variación de entalpía.
III )
La capacidad calorífica mide la relación entre el calor intercambiado por un sistema y la variación de temperatura que experimenta.
I)
La combustión es una reacción química en que un compuesto reacciona con oxígeno para formar dióxido de carbono y agua. La hidrogenación de eteno produce etano como producto. Recuerde la ley de Hess.
I)
La variación de entalpía de la reacción se puede expresar en función de las entalpías de formación de las sustancias que participan en la reacción.
II )
CP determina la variación de la entalpía de una sustancia con la temperatura.
III )
La ley de Kirchhoff relaciona las variaciones de entalpía de una reacción a dos temperaturas diferentes.
I)
La variación de entalpía de la reacción se puede expresar en función de las entalpías de formación de las sustancias que participan en la reacción.
II )
La combustión es una reacción química en que un compuesto reacciona con oxígeno para formar dióxido de carbono y agua.
III )
Problema 5
1: G UÍA
La variación de entalpía de la reacción se puede expresar en función de las entalpías de formación de las sustancias que participan en la reacción.
III )
Problema 4
DE PROBLEMAS
I)
II )
Problema 3
Recuerde la ley de Hess.
I)
La variación de entalpía de la reacción se puede expresar en función de las entalpías de formación de las sustancias que participan en la reacción.
II )
CP determina la variación de la entalpía de una sustancia con la temperatura.
III )
La ley de Kirchhoff relaciona las variaciones de entalpía de una reacción a dos temperaturas diferentes.
I)
CP determina la variación de la entalpía de una sustancia con la temperatura.
II )
Las variaciones de las funciones de estado solo dependen de los estados inicial y final del sistema.
III )
Diseñe un camino de reacción que incluya el calentamiento y enfriamiento las sustancias cuando sea necesario.
Problema 7
I)
Exprese dG en terminos de dP y dT . o II ) Demuestre que ∂ ∂∆G = ∆V o . P T
III )
Problema 8
I) II ) III )
Asuma que las densidades son prácticamente constantes.
Escriba la formula desarrollada de las sustancias participantes en la reacción. Haga balance de cuantos enlaces y de que tipo se rompen y se forman. Recuerde que las energías de enlace se definen de modo que sean positivas luego son energías que se suministran para romper los enlaces.
H OJA
DE PROBLEMAS
1: S OLUCIONES
Problema 1 ⇒ Bañera 0.455 e y Piscina 846 e Problema 2 ⇒
a) -84.7 kJ/mol b) 52.3 kJ/mol c) -136.9 kJ/mol d) -134.5 kJ/mol
o o = 38.95 kJ y ∆H1000 = 31.23 kJ Problema 3 ⇒ ∆H500 o = −509 kJ Problema 4 ⇒ ∆H298 o = −98.1 kJ Problema 5 ⇒ ∆H673
Problema 6 ⇒ ∆H o = −274 kJ Problema 7 ⇒ La reacción será espontánea para P > 1.5 104 atm. Problema 8 ⇒ ∆Haero = −2724 kJ y ∆Hanaero = −130 kJ.