EJERCICIOS DE TERMODINÁMICA 1. La descomposición del tetraóxido de nitrógeno ( N2O4) N 2O4 ( g ) 2 NO2 ( g ) ocurre espontáneamente a temperaturas altas. Los datos termodinámicos a 298ºK se incluyen en la tabla adjunta. Determine para dicha reacción: H 0 , S 0 a 298ºK a. b. La variación de energía interna a 298ºK c. Si la reacción es espontánea a 298ºK en condiciones estandar d. La temperatura a partir de la cual el proceso es espontáneo (considere que H 0 , S 0 son independientes de la temperatura. COMPUESTO

NO2 N 2O4

H 0 f KJ/mol 33.2

9.2

S 0 J/K mol 240 304

Datos: R= 8.31J / Kmol Solución: a) 57.2 KJ; 176 J/K; b)54.72 KJ; c) no d) mayor de 325 K

2. Calcule el calor de formación del eteno, a partir de los valores de las entalpías de combustión siguientes, y comente brevemente el significado del signo de la entalpía calculada. 1409KJ / mol; H 0c Datos: H 0eteno 394KJ / mol ;

H 0H 2 286KJ / mol Solución: 49 KJ/mol

3. Dada la siguiente reacción en fase gaseosa (que es necesario ajustar) amoniaco + oxígeno = monóxido de nitrógeno + agua a. Calcule el calor de reacción estandar b. Calcule el calor absorbido o desprendido, especifique cuando se mezclan 5 gr de amoniaco con 5 gr de oxígeno 0 242 Datos H f NH 3 46KJ / mol ; H 0 NO 90 ; H 0 H 2O Masas atómicas: N=14; O=16; H=1 Solución: a) -227 KJ/mol b) -29,05 KJ 4. Sabiendo que las entalpías estandar de combustión del hexano líquido, carbono sólido e hidrógeno gas son de -4192; -393,1 y -285,8 KJ/mol respectivamente. Calcule: a. La entalpía de formación del hexano líquido a 25ºC b. El número de moles de hidrógeno consumidos en la formación del hexano líquido cuando se han liberado 30 KJ. Solución: a) -167,2 LK/mol b) 1,256 moles de hidrógeno

5. Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcule: Sustancia

C4 H 8 ( g ) 28,4

C4 H10 ( g ) -124,7

CO(g )

CO2 ( g ) -393,5

H 2 O( g ) -241,8

-110,5 H 0 ( KJ / mol ) a) La cantidad de calor desprendido en la combustión de 14,5 Kg de nbutano. b) La variación de energía interna del sistema considerando 25ºC de temperatura. Datos: R= 8.31J / Kmol ; Masas: C= 12; H= 1 Solución: a) -664575 KJ ; b) -664578,715 KJ

6. Utilizando los valores que aparecen en la tabla, todos obtenidos a la temperatura de 25 ºC y considerando la reacción: CO( g ) Cl2 ( g ) COCl 2( g )

Compuesto...... S 0 ( Jmol 1K 1 )....H 0 ( KJmol 1 ) CO ( g )......... ....... 197,7.......... ........ 110,4 Cl2 .......... .......... ..222,8.......... .......... ...0,0 COCl 2 ( g )......... ..288,8.......... ........ 222,8 Calcule: a) S 0 de la reacción b) H 0 de la reacción c) G 0 de la reacción d) Razone si la reacción es o no espontánea Solución: a) -131,7 J/ mol K b) -112,4 KJ / mol ; c) -73,15 KJ/ mol ; d) sí

7. Para la reacción de combustión del etanol C2 H 5OH , que es un líquido a 25ºC, conteste a las siguientes preguntas, con ayuda de los datos de la tabla adjunta: a. Escriba la reacción y calcule G A 25ºC b. Calcule la variación de energía interna a 25 ºC c. Explique si la reacción sería o no espontánea a 727 ºC, suponiendo que H 0 e S 0 son independientes de la temperatura. Datos: R= 8.31J / Kmol C 2 H 5OH (l) O2 ( g ) CO2 ( g ) H 2O(l ) 0 1 0 -393,5 -285,8 H f ( KJmol ) -227,3 205 213,6 69,9 .S 0 ( Jmol 1 K 1 ). 160,5 Solución: a) G= -1325,8 KJ/mol b) -1364,6 KJ/ mol c) si, es espontánea

8-Calcule para la formación del etanol: a. La energía libre estándar b. La entropía estándar Datos en KJ/ mol a 25ºC G 0f (CO 2( g ) ) 394

G 0f ( HO 2(l ) ) G 0f (O 2( g ) )

236,9 0

H 0f (CH 3 CH 2OH (l ))

277,3

0 Gcombustion (CH 3 CH 2OH (l ))

Solución: a) -216,2 KJ/ mol

1282,5 b) -0,21 KJ/mol K

9-El benceno se puede obtener a partir del acetileno 3C2 H 2 ( g ) C6 H 6 . Las entalpías de combustión a 25 ºC y 1 atm para el acetileno y el benceno son respectivamente -1300 y -3267 KJ/mol. Calcule: a) H 0 de la reacción de formación del benceno a partir del acetileno y deduzca si es un proceso endotérmico o exotérmico b)Determine la energía expresada en KJ que se libera en la combustión de 1 gr de benceno. Datos: Masas C= 12; H=1 Solución: a) -633 KJ/ mol; b) 42,47 KJ

2642KJ / molK Si 10-La entalpía de combustión del butano es H c todo el proceso tiene lugar en fase gaseosa ,calcular la energía media del enlace O-H Energías medias de enlace: E(C-C)=346 KJ/mol; E(C=O)=730; E(O=O)= 487; E(C-H)=413. Solución: 513,55 KJ/mol.

11-Determina la energía libre de Gibbs a 25ºC para la reacción de combustión de 1 mol de monóxido de carbono e indique si es un proceso espontáneo. Datos: H co2 393,5KJ / mol...... H co 110 KJ / mol.......Sco0 2 213, 6 J / mol.K ....Sco0

.S 0

197,9 J / mol.K

205 J / molK

Solución: -257,13 KJ/mol. Si

12-.Utilizando los datos siguientes: SUSTANCIA................C2 H 6 ( g )............CO2 ..............H 2 O..................C( S ) ..............O2( g ) H 0f ( KJ / mol )................ 84, 7........... 394........... 286..................0..................0

a. Calcule las entalpías de combustión del carbono C(s), y del etano .C2 H 6 ( g ) b. A partir de los resultados del apartado anterior, calcule que sustancia produce más energía por gramo de combustible y por mol de dióxido de carbono formado. Datos: C=12; H=1. Solución: a) -394KJ/mol; -1561,3 KJ/mol b) C2 H 6

13-.La tabla adjunta suministra datos termodinámicos a 298ºK y 1 atm para el agua en estado líquido y gaseoso. d. Calcule H 0 .... S 0 ....e.... G0 para el proceso de vaporización del agua. e. Determine la temperatura a la que la fase líquida y gaseosa se encuentran en equilibrio (considere que H 0 ...e... S no cambian con la temperatura. COMPUESTO...................... H 0f ( KJ / mol )................S 0 ( J / mol.K ) H 2 O(l )............................... 286..............................70 H 2 O( g ).............................. 242..............................188

a) H

Solución: 44KJ / mol...........S

118J / mol.K........ G 8,84KJ / mol...........b)372,9K

14-.Si se dispone de naftaleno C10 H 8 como combustible: f. Calcule su entalpía molar estandar de combustión g. Calcule la energía que se desprenderá al quemar 100 gr de naftaleno h. Calcule el volumen que ocupará el CO2 desprendido en la combustión de los 100 gr de naftaleno si se recoge a temperatura de 25ºC y a presión de 1,2 atm. Datos: C=12; O=16; H=1 H 0f (C10 H 8 ) 58, 6.KJ / mol.......... H 0f (CO2 ) 393, 6 KJ / mol....... H 0f ( H 2 O)

284, 7 KJ / mol.............R

0, 082atm.l / Kmol

Solución: a) -5.016,2 KJ/mol; b) 3.917,65KJ; c) 159,04 l

15.-El clorato de potasio (sólido) se descompone a altas temperaturas para dar cloruro de potasio sólido y oxígeno molecular gas. Para esta reacción de descomposición, calcule: i. La variación de entalpía estándar j. La variación de energía libre de Gibbs estándar k. La variación de la entropía estándar l. El volumen de oxígeno a 25ºC y 1 atm que se produce a partir de 36,8 gr de clorato potásico. COMPUESTO...................... H 0f ( KJ / mol )........... G 0f ( KJ / mol )........S 0 ( J / mol .K ) KClO3 ( s )............................ 391, 2......................... 289,9...................143 KCl ( s )................................. 435,9........................ 408,3...................205 O2 ( g ).......................................0....................................0

Datos: Masas K=39,1………Cl= 35,5………O=16 Solución: a) -44,7 KJ/mol b) -118,4 KJ/mol c) 247,3 J/mol K

d) 11 litros

16-.El ciclohexano ( C6H12) se puede obtener por hidrogenación catalítica del benceno( C6H6). ,conforme la reacción: C6H6 + H2 → C6H12 Calcular: a) La variación de entalpía y energía libre de Gibbs de reacción para dicho proceso b) El calor desprendido si se emplean 10 litros de hidrógeno medidos a 1 atm y 298K COMPUESTO...................... H 0f ( KJ / mol )........... G 0f ( KJ / mol ). Benceno....................................49..............................124.......... Ciclohexano.............................. 156...........................27.........

R=0,082 atm l/K mol Solución: a) H 205KJ / mol............ G

97KJ / mol...........b) 27,88KJ

17-.En el proceso de descomposición térmica del carbonato de calcio, se forma óxido de calcio y dióxido de carbono. Sabiendo que el horno en el que ocurre el proceso tiene un rendimiento del 65% conteste a los siguientes apartados: a) Formule la reacción y calcule su variación de entalpía. b) Calcule el consumo de combustible (carbón mineral), en toneladas, que se requiere para obtener 500 kg de óxido cálcico. H 0f (carbonato..cálcico)

Datos: H 0f (óxido..de..calcio) 0 f

H (dióxido..carbono)

1206,9 KJ / mol ). 393,1KJ / mol 635,1KJ / mol

1kg de carbón mineral desprende 8330 KJ. Ca= 40; O=16 Solución: a) H 178, 7 KJ / mol.........b)1,9 10 4 Tm

18-.Para la siguiente reacción: CH 3 CH 2OH (l ) O2 ( g ) CH 3 COOH (l ) H 2O (l ) Calcule: a) La variación de entalpía de la reacción a 25ºC en condiciones Standard b) La variación de entropía de la reacción a 25ºC en condiciones Standard c) La variación de energía libre de Gibbs de la reacción a 25ºC en condiciones Standard d) La temperatura necesaria para que dicha reacción alcance el equilibrio Datos a 25ºC COMPUESTO...................... H 0f ( KJ / mol )...........S 0 ( J / Kmol ). E tan ol (l ).................................... 227, 6.........................160, 7.......... A.e tan oico(l ).............................. 487..............................159,9..... O2 ................................................0.......................................205 H 2O............................................. 285,8.............................70

Solución: a) -545,2 KJ/mol d) T= 4014,7 K

b) -135,8 J/mol K

c) G= -504,73 KJ/mol