EJERCICIOS TERMOQUÍMICA TEORÍA 1. a) Define energía interna (U). b) Qué es una variable de estado. c) Qué es una variable intensiva y extensiva. 2. a) Que es la entalpía. Qué significado tiene su valor en una reacción química. b) Qué es el estado estándar de una sustancia. c) Define entalpia estándar de reacción, entalpia estándar de formación y entalpia estándar de combustión. Pon un ejemplo de cada tipo. 3. a) Enunciar la ley de Hess. ¿Qué aplicación tiene esta ley? b) Decir que una reacción (A) es mas exotérmica que otra reacción (B), ¿significa que las entalpias de formación de los productos finales son en el caso A mas negativa que en el B.? Razona la respuesta. 4. Define los siguientes conceptos: a) Proceso espontaneo b) Entropía c) energía o entalpia libre de Gibbs d) entalpía de enlace 5. Indica justificadamente, cuál de las siguientes especies químicas presentaría una entalpia normal de formación nula: a) Hidrogeno molecular b) hidrogeno atómico c) Oxigeno molecular d) cinc metálico d) ozono. Solución: Hidrogeno molecular, oxigeno molecular y cinc metálico porque se encuentran en su estado fundamental CÁLCULO DE ENTALPÍAS 6. Calcula la variación de energía interna para la reacción de combustión del benceno (C 6H6) si la reacción se produce a presión constante de 1 atmosfera y temperatura constante de 25ºC. Datos ΔHf (CO2 (g))= -393.13 kJ/mol ΔHf (H2O (l))= -285.8kJ/mol. ΔHf (C6H6 (l))= 49 KJ/mol R= 8.3 x 10 -3 Kj/mol K Solución ΔU combustión = -3261.47 KJ/mol 7. a) Calcular la entalpia de formación del metanol CH3OH (l), sabiendo que su entalpia de combustión es -726.4 KJ/mol y que las entalpias de formación del CO 2 (g) y del H2O (l) son -393.5 y -285.8 kJ/mol, respectivamente. B) Determinar el calor que se desprenden cuando en el mechero se queman 8 gramos de metanol líquido. Solución: ΔHf (CH3OH (l))= -238.7 kJ/mol.
b) 181.6 kJ
8. Las entalpias de combustión del eteno gaseoso y del etanol líquido valen -1411 kJ/mol y -764 kJ/mol, respectivamente. Calcular a) La entalpia estándar de la reacción C2H4 (g) +H2O (l) → C2H5OH (l) b) La cantidad de energía absorbida o cedida al sintetizar 75 g de etanol a partir de eteno y agua. Solución: a) -647 kJ/mol b) 1054.89 kJ (se desprende) 9. Los calores de combustión estándar del carbono (s) y del benceno (l) son respectivamente 399.7 kJ/mol y -3124 KJ/mol y el de formación del agua (l) es -285.9 Kj/mol a) Calcular el calor de 14
formación del benceno (l) b) ¿Cuántas calorías se desprenden en la formación de 1 kg de benceno (l)? Solución a) -95.5 kJ/mol b) 295.077 calorías 10. Calcula la variación de entalpia en la siguiente reacción e indicar si la reacción es endotérmica o exotérmica.3NO2 (g) +H2O (l) →2HNO3 (aq) +NO (g) a partir de los siguientes datos: 2NO (g) +O2 (g) →2 NO2 (g) ΔH = -173 kJ 2N2 (g) +O2 (g) +2H2O (l) →4HNO3 (aq) ΔH = -255 kJ N2 (g) +O2 (g) → 2NO (g) ΔH = 181 kJ Solución: -49 kJ exotérmica 11. Hallar el calor latente de vaporización del NH3 (l) a 18ºC si se conoce que los calores de formación del NH3 (l) y del NH3 (g) a dicha temperatura sea respectivamente 16.07 y 10.04 Kcal/mol Solución: NH3 (l) →NH3 (g) ΔH = -6.03 Kcal/mol 12. Calcular la entalpia de formación del agua (g) a partir de los siguientes datos: Energía media de enlace H-H 436 kJ/mol Energía media de enlace O-H 460 kJ/mol Energía media de enlace O=O 494 kJ/mol Solución: -237 KJ/mol 13. Calcular la entalpia de reacción de hidrogenación del eteno para formar etano según la reacción CH2=CH2 + H2 →CH3-CH3 a partir de los siguientes datos: Energía media de enlace C=C 610 kJ/mol Energía media de enlace H-H 436 kJ/mol Energía media de enlace C-C 347 kJ/mol Energía media de enlace C-H 415 kJ/mol Solución: -131 KJ 14. Explica razonadamente a) Por qué todas las reacciones exotérmicas no son espontaneas. b) Qué significa que ΔG= 0 para una reacción química. c) Una reacción en la que ΔH es positiva y ΔS es negativa, será espontanea a todas las temperaturas. ENTROPÍA Y ENRGÍA LIBRE DE GIBBS 15. Determinar a qué temperatura es espontanea la reacción N 2 (g) + O2 (g) →2NO (g) +180.8 kJ Datos: Sº (NO) = 0.21 kJ/molK Sº (O2) = 0.20 kJ/molK Sº (N2) = 0.19 kJ/molK 15
Solución: Es espontanea a cualquier temperatura. 16. a) La reacción de descomposición del oxido de cobre (II), origina cobre metálico y oxigeno molecular. La entalpia estándar del proceso es de 155.3 kJ/mol. Calcule el calor absorbido o desprendido en Kilocalorías cuando se descomponen 50 g de oxido de cobre (II) en condiciones estándar. b) en qué condiciones será espontanea la descomposición de oxido de cobre (II). Datos: Cu= 63.5 u O=16 u 1 J = 0.239 calorías Solución: a) absorbe 23.33 Kcal b) ΔS>0 y T ΔS>ΔH 17. Dada la reacción H2 (g) + ½ O2 (g)→ H2O (g) ΔH = -57.8 Kcal. Contesta las siguientes proposiciones: a ) el valor negativo de ΔH indica que la reacción es endotérmica. b) el alto valor de ΔH permite afirmar que la reacción de formación del agua será espontanea. c) el valor de ΔH es independiente del valor de la temperatura y de la presión. 18. Dada la reacción 2 CH3CH2OH (l) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 4H2O Indique si el proceso es espontaneo en condiciones estándar.
(l)
cuya ΔHº = -1552.8 kJ/mol.
Datos: Sº (O2 (g)) = 205 j/K mol Sº (CH3CH2OH (l)) = 126.8 J/Kmol Sº (CO2 (g)) = 213.7 J/Kmol Sº (H2O (l)) = 70 J/Kmol Solución: ΔG = -1504.8 kJ/mol 19. Para la reacción A (g) + B (g) →AB (g) donde ΔH = -81 kJ y ΔS = - 180 J/K a) Calcular en que intervalo de temperatura se puede trabajar para que la reacción sea espontanea. b) ¿Qué significan los significados negativos de ΔH e ΔS? Solución T
