Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica A) Relaciones Termoquimicas (H, U) 1.- Calcula la variación de energía interna (Uº) para la reacción de combustión del benceno líquido, C6H6 (l), si el proceso se realiza a presión de 1 atm y 25ºC. Sol: Uº = - 3261,3 kJ. Datos: Entalpías de formación: H2O (l) = - 286 kJ/mol; CO2 (g) = - 393 kJ/mol; C6H6 (l) = + 49 kJ/mol. 2.- En la reacción a volumen constante: N2 (g ) + 3 H2 ( g ) → 2 NH3 (g) Cuando, de la mezcla inicial, ha reaccionado 1 mol de nitrógeno a 25ºC, el calor generado es 41 KJ. ¿Qué calor genera la reacción de 1 mol de N2 (g) a presión constante de 1 atm y misma temperatura? Datos: R= 8,31 J/mol.ºK B) Relaciones termoquímicas (G, H, S) 1.- Para una determinada reacción es Hº >0 y Sº CH3-CHOH-CH3 Las entalpias de enlace son: H-H= 436; C-H=414; O-H= 464; C-O=351; C=O: 736 Todos en KJ.

2.- Determina la entalpía normal de formación del metano, con los siguientes 0

datos: ΔH E

enlace

sublimación

[C(g)] =716,7 kJ/mol; E

enlace

[H–H] = 436,4 kJ/mol;

[C–H] = 415,3 kJ/mol.

3.- Calcula la entalpía de hidrogenación del etileno para formar etano, según la reacción: CH =CH + H → CH –CH a partir de los datos de la tabla adjunta. 2

2

2

3

3

Energías medias de enlace (kJ/mol) Enlace

Energía

Enlace

Energía

H–H

436

C=C

610

C–H

415

C=N

615

C–C

347

C–N

285

C–O

352

O=O

494

4.- A partir de las siguientes energías de enlace: (E ) (C-H) = 415,3 kJ/mol; (Cl-Cl) = 243,8 kJ/mol; (C-Cl) = 327,8 kJ/mol; e

y (Cl-H) = 432,4 kJ/mol, determinar la entalpía normal de reacción del proceso:

Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica CH (g) + Cl (g) → CH Cl (g) + HCl(g). 4

2

3

5.- El proceso Deacon para la obtención de cloro gaseoso se basa en hacer reaccionar cloruro de hidrógeno y oxígeno gaseosos. a) Formula la ecuación ajustada, sabiendo que además de cloro se obtiene también vapor de agua; b) determina la variación de entalpía por mol de cloro formado, interpretando el resultado obtenido, a partir de los valores siguientes de las energías de enlace: –l

–l

–l

Entalpía de enlace H–Cl: 432 kJ·mol ; O=O: 499 kJ·mol ; Cl–Cl: 243 kJ·mol ; O–H: 460 kJ·mol

–l

D) Estequiometría y Termoquímica 1.- La gasolina realmente es una mezcla compleja de hidrocarburos, pero vamos a considerarla como si estuviera formada exclusivamente por hidrocarburos saturados de fórmula C8H18. a) Escribe la reacción de combustión de la gasolina. b) Calcula la cantidad de energía, en kilojulios, que se desprenderá en la combustión de 40 kg de gasolina. Sol: -1,78 106 kJ c) Calcula la masa de CO2, en kilogramos, que se desprende a la atmósfera en esa combustión. Sol: 123,5 kg de CO2 Datos: Masas atómicas: C = 12; O = 16. Entalpías de formación: H2O (g) = - 242 kJ/mol; CO2 (g) = - 394 kJ/mol; C8H18 (l) = - 250 kJ/mol 2.- El benceno líquido, C6H6, puede obtenerse, a la presión de 15 atm y 25ºC, a partir de etino o acetileno gas, C2H2, mediante la reacción no ajustada: C2H2 (g)  C6H6 (l) La variación de entalpía que se produce en este proceso es de –631 kJ/mol. Calcula: a) La entalpía molar de la reacción de combustión del C6H6 (l) si la entalpía molar de combustión del C2H2 (g) es – 1302,1 kJ/mol. Sol: - 3275,3 kJ b) El volumen de etino, medido a 25ºC y 0,5 atm, necesario para obtener 0,25 l de benceno. Sol: V = 445,71 l de C2H2 Datos: R = 0,082 atm l /mol K; densidad del benceno = 0,95 kg/l. Masas atómicas: C = 12; O = 16; H = 1

Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica 3.- Sabiendo que la combustión de 1 g de TNT libera 4600 kJ y considerando los valores de entalpías de formación que se proporcionan, calcula: a) La entalpía estándar de combustión del CH4. Sol: - 803 kJ b) El volumen de CH4, medido a 25ºC y 1 atm de presión, que es necesario quemar para producir la misma energía que 1 g de TNT. Sol: 140 l Datos: Entalpías de formación: H2O (g) = - 242 kJ/mol; CO2 (g) = - 394 kJ/mol; CH4 (g) = - 75 kJ/mol 4.- Las entalpías de formación estándar del CO2, H2O y C3H8 son respectivamente, - 393,5; - 285,8 y – 103,852 kJ mol-1. a) Escribe la reacción de combustión del propano. b) Calcula la entalpía estándar de combustión del propano. Sol: - 2220 kJ c) Determina la masa de este gas necesaria para obtener 1000 kg de óxido de calcio por descomposición térmica de carbonato cálcico si: CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g) Hº = 178,1 kJ Datos: Masas Atómicas: Ca = 40 ; C = 12 ; O = 16. Sol: 63,2 kg 5.- En un horno de obtención de cal, CaO, se utiliza propano como combustible. a) Escribe la reacción de combustión del propano y calcula el calor de combustión del mismo. Sol: Hºc = - 2221 kJ b) En el horno se produce la reacción: CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g) ; H = 179 kJ Si el rendimiento del proceso es del 40%, calcula la cantidad de propano que hay que quemar para descomponer 100 kg de carbonato de calcio. Datos: Masas Atómicas: C = 12; O = 16 ; H = 1; Ca = 40. Entalpías de formación: Hºf (H2O) (g) = - 285,8 kJ/mol; Hºf (CO2) (g) = - 393,8 kJ/mol; Hºf (C3H8) (g) = - 103,6 kJ/mol. Sol: 201,7 moles 8875 g de C3H8

Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica 6.- El Trinitrotolueno (TNT), C7H5(NO2)3, es un explosivo muy potente que presenta como ventaja frente a la nitroglicerina su mayor estabilidad en caso de impacto. La descomposición explosiva del TNT se puede representar mediante la siguiente ecuación: 2 C7H5(NO2)3 (s)  7 C (s) + 7 CO (g) + 3 N2 (g) + 5 H2O (g) a) Calcula el calor producido al “explotar” 2,27 kg de TNT. Sol: 6260 kJ b) Calcula el volumen total (en litros) ocupado por los gases liberados en dicha explosión a 500ºC y 740 mm Hg. Sol: 651 litros Datos: Masas Atómicas: H = 1; C =12; O =16; N =14. R = 0,082 atm l/mol K; 1 atm = 760 mm Hg. Entalpías de formación: Hºf [(H2O)] (g) = - 241,6 kJ/mol; Hºf [(CO)] (g) = - 110,3 kJ/mol; Hºf [TNT] (s) (g) = - 364,1 kJ/mol. E) Ley de Hess 1.- La combustión del acetileno, C2H2 (g), produce dióxido de carbono y agua. a) Escribe la ecuación química correspondiente al proceso. b) Calcula el calor molar de combustión del acetileno y el calor producido al quemar 1,00 kg de acetileno. Sol:- 4,82 104 kJ Datos: Entalpías de formación: H2O (g) = - 241,8 kJ/mol; CO2 (g) = - 393,5 kJ/mol; C2H2 (g) = + 223,75 kJ/mol. 2.- Determina la variación de entalpía y entropía para la combustión del etanol. C2H5OH (l) + 3 O2 (g)  2 CO2 (g) + 3 H2O (l) Datos: C2H5OH (l) H2O (l) Hºf (kJ/mol) - 277,7 - 285,8 -1 -1 Sº (J mol K ) 160,7 69,9 Sol: Hºr = - 1366,7 kJ ; Sºr = - 138,8 J K-1

CO2 (g) - 393,5 213,6

O2 (g) 205

Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica 3.- Las entalpías estándar de formación de propano (g), de dióxido de carbono(g) y de agua (l) son – 103,75 kJ/mol, - 393,7 kJ/mol y –285,9 kJ/mol, respectivamente. a) Escribe las reacciones químicas ajustadas correspondientes a los procesos de formación de dichas sustancias para los valores de entalpías dados. b) Calcula el calor correspondiente a la combustión de 26 gramos de propano e indica el volumen de dióxido de carbono formado en dicha combustión así como la masa de oxígeno consumida, medidos en condiciones normales. Justifica si se desprende o se absorbe calor en el proceso. Datos: Masas atómicas relativas: C = 12; O = 16; H =1. Sol: Hºr = - 2221 kJ ; V = 39,6 l ; m = 283,2 g 4.- Calcular la entalpía de formación del metano, CH4 (g) , a partir de las entalpías de formación del CO2 y H2O (l) y del valor de la entalpía de combustión del metano. Datos: ΔH (CO2) (g) = -390 KJ/mol; ΔH H2O ( l ) = -280 KJ/mol ΔH Combustión CH4 ( g ) = - 890KJ/mol 5.- Calcula el calor de formación del ZnO (s) a partir de los datos siguientes: H2 SO4 (l) + Zn(s) →ZnSO4 (s) + H2 (g) ΔH = - 334,8 KJ 1

O2 (g) + 2H2 (g) →2H2O (l) ΔH = - 571 KJ H2SO4 (l) + ZnO (s) → ZnSO4 (s) + 2H2O (l) ΔH = - 211,2 KJ 6.- Calcula la entalpía estándar de la reacción de síntesis (ΔHºf) del CS2 (l), a partir de sus elementos C (grafito) y azufre, S(s), conociendo estos datos: 1) C (grafito) + O2 (g)→ CO2 (g) ΔHº1 = - 393,5 KJ 2) S (s) + O2 (g) → SO2 (g) ΔHº2 = - 296,1 KJ 3) CS2 (l) + 3 O2 (g)→ CO2 (g) + 2 SO2 (g) ΔHº3 = - 1072 KJ 7.- En algunos países, se utiliza el etanol, C2H5OH (l), como sustituto de la gasolina en los motores de los automóviles. Suponiendo que la gasolina está compuesta únicamente por octano, C8H18 (l). a) Calcula la variación de entalpía (en KJ/mol) para la combustión completa del etanol y del octano (en ambos casos solo se produce el gas dióxido de carbono y agua líquida).

Problemas Química Propuestos en las P.A.U. Termoquímica b) ¿En cuál de las dos combustiones se produce más calor por kilogramo de etanol quemado? Datos: Masas atómicas de los elementos (g/mol): C = 12; O =16; H =1 Sustancias

H2O (l)

CO2 (g)

C2 H5 OH (l)

C8H18 (l)

Entalpías (KJ/mol)

-285,8

- 393,5

-277,7

-249,9

8.- Las plantas verdes sintetizan glucosa mediante la siguiente reacción de fotosíntesis: 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) → C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) ΔHº = 2813 KJ/mol a) Calcular la energía necesaria para obtener 1 g de glucosa. b) Calcular la entalpía de formación de la glucosa y justifica su signo. Datos: ΔHºf (CO2 (g) ) = - 393,5 KJ/mol ΔHºf (H2O(l) ) = - 285,5 KJ/mol 9.- Calcular la entalpía de la reacción de fermentación de la glucosa: C6H12O6(s) → 2 CH3CH2OH(l) + 2 CO2(g) ΔH = ? Sabiendo que su entalpía º

normal de formación es ΔH f = - 1260 KJ/mol Datos: Valores de entalpías de formación de los siguientes compuestos en KJ/mol: ΔHf (CH3CH2OH(l)) = - 277,6; ΔHf(CO2(g)) = - 393,5.