ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. TERMOQUÍMICA

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ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. TERMOQUÍMICA Problemas 1. El calor de combustión del ácido acético(l) es –874 kJ/mol. Sabiendo que las entalpías de formación estándar del CO2(g), H2O(l) son respectivamente: – 393,3, –285,6 kJ/mol. a) ¿Cuál será la entalpía de formación estándar del ácido acético(l)? b) ¿Qué producirá más calor la combustión de 1 kg de carbono o la de 1 kg de ácido acético? (junio 98) 2. El butano se utiliza como combustible porque su combustión es exotérmica (ΔH = –2873,3 kJ/mol). Sabiendo que las entalpías de formación estándar del CO2(g), H2O(l) son respectivamente: –393,3, –285,6 kJ/mol, y que la entalpía de formación estándar del 2-metilpropano(g) es –135,4 kJ/mol. Calcule, ¿qué producirá más calor la combustión de 100 g de butano, o la combustión de 100 g de 2-metilpropano? (septiembre 00) 3. Sabiendo que las entalpías estándar de formación del CO2(g), H2O(l) y butano(g) son: –393, –285, y –124 kJ/mol, respectivamente, ¿cuántos kJ (junio 00) producirá la combustión completa de 10 l (en C.N.) de butano? 4. Cuando se quema un mol de naftaleno (C10H8) sólido en oxígeno gaseoso a volumen constante y 25 ºC se obtiene que el calor desprendido es –4715 kJ calcular ΔH para esta reacción. (junio 01) 5. Dadas las siguientes ecuaciones termoquímicas: I2(g) + H2(g) → 2 HI(g) (ΔH = 3,34 kJ) I2(s) + H2(g) → 2 HI(g) (ΔH = –50,16 kJ) Calcular: a) La energía necesaria para sublimar yodo. b) La energía que será necesario aportar para disociar en sus elementos el yoduro de hidrógeno contenido en un matraz de 750 ml a 25 ºC y 800 mmHg. (septiembre 01) 6. Determine la cantidad de calor que se necesita emplear para producir 7 toneladas de óxido de calcio, mediante la descomposición de carbonato de calcio en su óxido y dióxido de carbono, si el rendimiento de la descomposición es del 90 %. ΔH0f(CaCO3) = –1290,6 kJ/mol; ΔH0f(CO2) = –393,3 kJ/mol; ΔH0f(CaO) = –635,1 kJ/mol; Pm(CaO) = 56,0. (junio 02) 7. Dada la siguiente reacción en fase gas (que es necesario ajustar): Amoniaco + oxígeno → monóxido de nitrógeno + agua. Calcular: a) El calor de reacción estándar por mol de amoniaco. b) El calor absorbido o desprendido cuando se mezclan 5 g de amoniaco con 5 g de oxígeno. 0 ΔH (amoniaco) = –46 kJ/mol; ΔH0(monóxido de nitrógeno) = 90 kJ/mol; ΔH0(agua) = –242 kJ/mol; Pat N =14; O=16; H=1 (septiembre 02)

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8. El calor de combustión del butano gaseoso a presión constante y 25 ºC es – 2879 kJ. Sabiendo que los calores de formación de CO2(g) y H2O(l) son respectivamente –393,5 kJ y –285,8 kJ. Calcular: a) El calor de formación del butano a presión constante. b) El calor de combustión a volumen constante. (junio 03) 9. Cuando se queman separadamente 2 gramos de etanol y 2 gramos de ácido acético se desprenden 59,4 kJ y 29,0 kJ, respectivamente. a) Calcule la entalpía de combustión para las dos sustancias. b) ¿Cuál de las dos tiene mayor entalpía de formación? (septiembre 03) ΔHf (CO2)g = –394 kJ/mol; ΔHf (H2O)g = –286 kJ/mol; 10. Calcular el calor desprendido en la combustión de 52 g de eteno sabiendo que las entalpías de formación del dióxido de carbono (gas), agua (liq) y eteno (gas) son –393, –286 y 52,3 kJ/mol respectivamente. Datos: Pat C = 12; Pat H = 1. (junio 04) 11. Dada la reacción: 2 Ag2O (s) ↔ 4 Ag (s) + O2 (g) a) Determine el valor de ΔH0 para la misma. b) Calcule el calor transferido cuando se produce la descomposición de 3,25 g de Ag2O en condiciones normales. Razone si se desprende o se absorbe calor durante este proceso. c) ¿Cuál es el signo que tiene ΔS0 en esta reacción? Datos: Pesos atómicos: Ag = 107,8; O = 16,0 ΔH0f(Ag2O(s))= –30,6 kJ/mol (junio 05)

12. Los calores de combustión del 1,3-butadieno, butano e hidrógeno son: –2540,2; –2877,6 y –285,8 kJ/mol, respectivamente. Utilice estos datos para calcular el calor de hidrogenación del 1,3-butadieno. (septiembre 05) 13. Las entalpías de formación del propano (g), dióxido de carbono (g) y agua (l) son –103,75 kJ/mol, –393,7 kJ/mol, –285,9 kJ/mol, respectivamente. a) Escriba las reacciones químicas ajustadas correspondientes a los procesos de formación de dichas sustancias para los valores de entalpías dados. b) Calcular el calor correspondiente a la combustión de 26 g de propano e indicar el volumen de dióxido de carbono formado en dicha combustión así como la masa de oxígeno consumida, medidos en condiciones normales. Justifique si se desprende o se absorbe calor en el proceso. (junio 06) 14. 5 g de sodio reaccionan con agua dando lugar a la formación de hidróxido de sodio e hidrógeno, desprendiéndose 39,29 kJ de energía en le reacción. Por su parte, 5 g de óxido de sodio reaccionan también con agua formándose Na(OH) y liberando 21,32 kJ. Con estos datos y sabiendo que la entalpía de formación estándar de agua líquida es –285,91 kJ/mol, determinar la entalpía de formación estándar del óxido de sodio. (septiembre 06)

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15. El gas propano se utiliza como combustible dado que su reacción de combustión es exotérmica (ΔHc0 =–2218,7 kJ/mol). Sabiendo que la entalpía de formación estándar del dióxido de carbono (g) y agua (l), son respectivamente –393,3 y –285,8 kJ/mol y que la entalpía de formación estándar del 2-metilpropano (g) es –135,4 kJ/mol, calcule qué producirá más calor: la combustión de 1 m3 de propano o la combustión de 1 m3 de metilpropano. (septiembre 07) 16. La entalpía estándar de formación del dióxido de carbono gaseoso es –393,5 kJ/mol, la del agua líquida es –285,6 kJ/mol y la del metano gaseoso –748,0 kJ/mol. a) ¿Cuál es la entalpía estándar de combustión del gas metano? b) ¿Cuántas calorías se intercambian al quemar 10 g de metano? ¿Se absorben o se desprenden? (junio 08) 17. Determine el valor de la entalpía estándar para la reacción de eteno con hidrógeno para dar etano: a) A partir de las entalpías de formación estándar. b) A partir de las energías de enlace estándar. c) A partir de las entalpías de combustión estándar del etano, y del eteno y del calor de formación del agua Datos: ΔH0f(eteno)=52,3 kJ/mol E(C=C)=610 kJ/mol 0 ΔH f(etano)=–84,6 kJ/mol E(C–C)=347 kJ/mol ΔH0c(agua)=–285,5 kJ/mol E(H–H)=436 kJ/mol ΔH0c(etano)=–1560,95 kJ/mol E(C–H)=415 kJ/mol 0 ΔH c(eteno)=–1411,93 kJ/mol (septiembre 08) 18. a) A partir de los datos de que dispone, calcule la entalpía de la siguiente reacción: CH4(g) + 4 CuO(s) → CO2(g) + 2 H2O(l) + 4 Cu(s) b) ¿Se trata de una reacción exotérmica o endotérmica? La entalpía de los reactivos, ¿será mayor o menor que la de los productos? Con los datos de que disponemos, ¿podemos saber si la reacción será espontánea? Datos: ΔH0f (CH4(g)) = – 75 kJ/mol; ΔH0f(CuO(s)) = – 155 kJ/mol; ΔH0f (CO2(g)) = – 393 kJ/mol ΔH0f (H2O(l)) = – 286 kJ/mol (septiembre 09) 19. Calcule la variación de entalpía de reacción estándar de hidrógenación del acetileno para formar etano: a) A partir de las energías medias de enlace: (C-H) = 414 kJ/mol; (H-H) = 436 kJ/mol; (C-C) = 347 kJ/mol; (C≡C) = 837 kJ/mol. b) A partir de las entalpías de formación estándar del etano, ΔH0f (CH3-CH3) = –85 kJ/mol; y del acetileno, ΔH0f (CH≡CH) = 227kJ/mol. (septiembre 10) 20. a) Calcule la variación de entalpía que se produce en la reacción ajustada de combustión de butano en condiciones estándar. b) ¿Qué cantidad de calor se desprenderá en la combustión completa de 12 kg de butano? Datos: Entalpías de formación estándar: ΔH0f[CO2(g)]=–393 kJ/mol; ΔH0f [H2O(l)]=–286 kJ/mol; ΔH0f [C4H10(g)]=–125 kJ/mol (junio 11)

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21. Las entalpías de formación del agua líquida y del dióxido de carbono gas son respectivamente –286 kJ/mol y –393 kJ/mol a 25 ºC y la entalpía de combustión del acetileno es –1299 kJ/mol. a) Calcule la entalpía de formación del acetileno si consideramos que el agua formada en la combustión está en estado líquido. b) Sabiendo que la entalpía de formación del etano es –85 kJ/mol, calcule la entalpía de hidrogenación del acetileno según la reacción: C2H2(g) + 2 H2(g) → C2H6(g) (julio 11) 22. a) Calcula la variación de entalpía estándar de la reacción: CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g) b) ¿Qué calor se desprende en la combustión de 10 litros de acetileno, medidos a 25 ºC y 1 atm de presión? ΔH0f (C2H2)= 227,0 kJ/mol Datos: ΔH0f (CaC2)=–59,0 kJ/mol ΔH0f (CO2)=–393,5 kJ/mol ΔH0f (H2O)=–285,58 kJ/mol 0 (junio 12) ΔH f (Ca(OH)2)=–986,0 kJ/mol 23. En el proceso de fotosíntesis el dióxido de carbono reacciona con agua para forma glucosa y oxígeno según la reacción: 6 CO2(g) + 6 H2O(l) → 6 C6H12O6(g) + 6 O2(g) ΔH0 = 3402,8 kJ a) Calcula la entalpía de formación estándar de la glucosa. b) La energía necesaria para formar 500 g de glucosa mediante fotosíntesis. Datos: ΔH0f [CO2 (g)]=–393,5 kJ/mol ΔH0f [H2O(l)]=–285,5 kJ/mol (junio 12) 24. a) Calcule la entalpía de combustión del metanol a partir de los siguientes datos e indique si se trata de un proceso endotérmico o exotérmico: (1) CO(g) + 2 H2(g) → CH3OH(l) ΔH0 =–393,5 kJ/mol (2) H2(g) + 1/2 H2(g) → H2O(l) ΔH0 =–285,8 kJ/mol (3) CO(g) + 1/2 O2(g) → CO2(g) ΔH0 =–283,0 kJ/mol b) Si para dicho proceso de combustión ΔS > 0, indique si el proceso será o no espontáneo. (junio 14) 25. a) A partir de los datos de energía media de enlace de la tabla, determine el valor de la entalpía de hidrogenación del etino a etano: C2H2 + 2 H2 → C2H6 Enlace

Emedia (kJ.mol-1)

C-C

347

C≡C

830

C-H

415

H-H

436

b) ¿Se trata de una reacción endotérmica o exotérmica? c) Explique de forma razonada si ese valor de entalpía de reacción será más o menos preciso que el que puede obtenerse a partir de las entalpías de (junio 15) formación de los productos y reactivos.

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26. El tratamiento de sulfuro de zinc con oxígeno produce la siguiente reacción: 2 ZnS (s) + 3 O2 (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO2 (g) Si las entalpías de formación de las diferentes especies son: ΔH0f [ZnS (s)] = –202,9 kJ.mol-1; ΔH0f [ZO(s)] = –348,3 kJ.mol-1; ΔH0f [SO2(g)] = –296,8 kJ.mol-1 a) ¿Cuál será el calor, a presión constante de una atmósfera, que se desprenderá cuando reaccionen 17 gramos de sulfuro de zinc con exceso de oxígeno? b) ¿Cuántos litros de dióxido de azufre, medidos a 25 ºC y una atmósfera, se obtendrán? (julio 15)

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ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. TERMOQUÍMICA Calorimetría 1. Por necesidades de refrigeración se deben enfriar con hielo (0 ºC) 100 l de agua que se encuentran a 80 ºC en un recipiente, hasta alcanzar una temperatura de 25 ºC. Suponiendo que no hay desprendimiento de calor al medio ambiente. ¿Qué cantidad de hielo es necesaria para este proceso? (Cfus hielo = 334,7 kJ/kg; densidad H2O 0 1 kg/l; Ce agua =4,184 kJ/kg K) (junio 02)

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ENERGÍA DE LAS REACCIONES QUÍMICAS. TERMOQUÍMICA Cuestiones 1) Mediante diagramas de entalpía, representar: a) La reacción de hidrogenación del etileno para dar etano, que es exotérmica y muy lenta a presión y temperatura normales. b) La misma reacción, efectuada en las mismas condiciones de P y T, pero en presencia de un catalizador positivo. (septiembre 95) 2) a) ¿Qué significa que una reacción es espontánea? b) ¿En que condiciones puede transcurrir espontáneamente una reacción endotérmica? c) Una reacción exotérmica en las proximidades del cero absoluto, (junio 99) ¿Transcurrirá espontáneamente? 3) La reacción de hidrogenación del cis-2-buteno para dar butano es una reacción exotérmica y espontánea, pero muy lenta si se realiza a 25 ºC y presión atmosférica. a) Escribir la reacción. b) ¿Qué puede decir (magnitud y signo) acerca de los valores ΔH, ΔG, ΔS, Eact? c) Si la misma reacción se repite en las mismas condiciones, pero en presencia de un catalizador positivo ¿Cómo se modificarán los valores del (junio 00) apartado b)? 4) Explique cómo afecta la variación de la temperatura a la espontaneidad o no de una reacción. a) Exotérmica con variación de entropía positiva. b) Endotérmica con variación de entropía negativa. c) Exotérmica con variación de entropía negativa. (septiembre 04) d) Endotérmica con variación de entropía positiva. 5) a) Razona sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones, en relación con un proceso exotérmico: i) La entalpía de los reactivos es siempre menor que la de los productos. ii) El proceso siempre será espontáneo. b) Indica razonadamente cómo variará la entropía en los siguientes procesos: i) Síntesis de amoníaco: N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (g) ii) Solidificación del agua: H2O (l) → H2O (s) iii) Disolución de nitrato potásico en agua: KNO3 (s) + H2O (l) → KNO3 (ac) (julio 13)