Problemas de Termoquímica
1.- Dada la reacción: 2 CH3OH
(l) + 3 O2 (g) = 2 CO2 (g) + 4 H2O (l) ; DH = -1552,8 KJ
a) Indica si
el proceso es espontáneo en condiciones estándar (1 atm y 25ºC).
DATOS:
Entropías estándar a 298 K :
S0 (CH3OH (l) ) : 126,8 J/K mol; S0 (CO2
(g) ) : 213,7 J/K mol;
S0
(O2 (g)) : 205,0 J/K mol; S0 (H2O (l)) : 70,0
J/K mol.
2.- Calcule el calor de formación del
acetileno (etino), conocidos los calores de formación del H2O (l) y
del CO2 (g), así como el calor de combustión del acetileno.
DATOS: DHformación agua líquida=
-285,8 KJ/mol; DHformación CO2 gas= -393,13 KJ/mol DHcombustión etino =
-1300 KJ/mol
3.- La entalpía de formación del
amoníaco es D H = -46,2
KJ/mol. Calcule el calor de reacción cuando se forman 3 litros de amoníaco,
medidos en condiciones normales.
DATOS:
R=0,082 atm.l/K mol .Masas atómicas N=14 H=1
4.- La gasolina puede ser considerada
como una mezcla de octanos (C8 H18). Sabiendo que los
calores de formación de : agua gas = -242 KJ/mol; dióxido de carbono = -394
KJ/mol; y octano líquido = -250 KJ/mol.
a) Escriba
la reacción de combustión de la gasolina
b) Calcule
la energía liberada en la combustión de 5 litros de gasolina sabiendo que su
densidad es de 800 Kg/m3.
c) ¿Qué
volumen de gas carbónico medido a 30ºC y presión atmosférica se generará en tal
combustión.
5.- El calor de formación del AgCl
(s), en condiciones normales, es -30,3 Kcal/mol y la entalpía de la reacción Pb
(s) + 2 AgCl (s) = PbCl2 (s) + 2 Ag (s) vale -25,1 Kcal en las
mismas condiciones. Calcula:
a) El calor
de formación del PbCl2 (s).
b) Calor que
se genera en el proceso cuando reaccionan 1,84 . 1024 átomos de Pb
(s).
DATOS : nº
de Avogadro 6,022.1023.
6.-Explique brevemente por qué muchas
reacciones endotérmicas transcurren espontáneamente a altas temperaturas.
7.- Explique de un modo razonado los
conceptos de entropía y entalpía así como la relación que existe entre ellos.
8.- Conocidas las siguientes
entalpías de formación del gas propano -183,8 KJ/mol, del dióxido de carbono
gaseoso es -393,5 KJ/mol y del agua líquida es -285,5 KJ/mol, y sabiendo
también que la capacidad calorífica del agua es de 4,18 KJ/Kg ºK. Calcule:
a) El calor
de combustión del propano a T=298ºK y 1,013.105 Pa.
b) Determine
la cantidad de propano necesaria para calentar, en las condiciones anteriores,
50 l de agua (densidad 1 g/ml) desde 10ºC hasta 70ºC suponiendo que el
rendimiento es del 70%.
9.- Los calores de combustión
estándar del carbono (s) y benceno (l) son, respectivamente, -393,7 KJ/mol y
-3267 KJ/mol, y el de formación del agua (l) -285,9 KJ/mol. Calcula:
a) El calor
de formación del benceno (l).
b) Las
calorías que se desprenden en la formación de 1 Kg de benceno (l).
10.- La entalpía de combustión del
propano es -526,3 Kcal. Las entalpías de formación estándar del dióxido de
carbono y del agua son respectivamente de -94,03 Kcal/mol y -68,30 Kcal/mol.
Calcular:
a) Entalpía
de formación del propano.
b) Los Kg de
carbón que serán necesarios quemar, siendo el rendimiento del 80%, para
producir la misma cantidad de energía que la obtenida en la combustión de 1 Kg
de propano.
DATOS:
entalpía de combustión del carbón: -5 Kcal/g. Masa atómica del C:12 O:16 H:1.
11.- a) Determinar el valor de las
entalpías de las siguientes reacciones:
2 SO2
(g) + O2 (g) = 2 SO3 (g) N2O4 (g) =
2 NO2 (g)
DATOS:
Entalpías de formación en KJ/mol:
SO2 (g) = -297 ; SO3 (g) = -396 ; N2O4
(g) = 9,2 ; NO2 (g) = 33,2
SOLUCIONES
1.-a) DG= DH – T DS; Donde DS = Dni . Si productos -S ni . Si
reactivos
DG = -1504,8 KJ luego el proceso es espontáneo en estas condiciones.
2.- DH = 227,94 KJ/mol Resultado que sale de sumar el
calor de formación del agua y el doble del de formación del dióxido de carbono
y restarlo al de combustión del etino.
3.- En condiciones normales 1 mol son
22,4 l y esto desprende 46,2 KJ. Luego de hacer una regla de tres sale 6,19 KJ.
4.- a) C8H18
(l) + 25/2 O2 (g) = 8 CO2 (g) + 9 H2O (l)
El calor de
reacción es DH = 8 DH CO2 + DH H2O – DH C8H18 =
-5080 KJ
b)
masa=densidad . volumen nº moles = masa /Peso molecular
De una regla
de tres se deduce que el calor liberado es 178246 KJ
c) conocido
el nº de moles de octano, por proporción de 1 a 8 se calculan los moles de CO2
y por la fórmula de los gases perfectos se halla el volumen que sale 6974,3 l.
5.-a) Ley de Hess: DH = -25,1-60,6 = -85,7 Kcal
b) Al
reaccionar un mol o sea 6,022.1023 átomos se desprenden 25,1 Kcal
luego por regla de tres sale un calor de -76,7 Kcal.
6.- La espontaneidad depende de la
energía libre de Gibbs: DG=D H – T DS. Si la reacción es endotérmica entonces D H es positivo luego para que
sea espontánea y DG sea negativo debe aumentarse la temperatura.
7.- Véase libro de texto.
8.-a) De la ley de Hess :
D H = 3. DH CO2
+ 4. DH H2O – 1. DH C3H8 = -2218,7 KJ.
b) La
cantidad de calor viene dada por la expresión :
Q = masa .
(Capacidad calorífica o calor específico) . incremento de temperatura
Para
calentar los 50 litros se necesitan 12540 KJ y como un mol que son 44 g de
propano produce 2218,7 entonces serán necesarios 248,7 g de propano. Por último
aplicado el rendimiento del 70% serán precisos 355,3 g del mismo.
9.-a) De la ley de Hess :
DH = 6 . D H comb.C + 3. DHcomb.benceno – 1.D H form. benceno =47,1 KJ.
b) 144,9 Kcal.
10.-a) De la ley Hess:
D H = 4 . DH form. agua + 3 . DHcomb.carbon – 1. DH form.prop
= -28,99 Kcal.
b) 2990,2 g
de carbón.
11.- a) Para la primera reacción -198
KJ Para la segunda reacción 57,2 KJ