TERMOQUMICA

5.1.- Introduccin

En toda reaccin qumica se produce siempre una absorcin o desprendimiento de energa. Sin embargo, esto no es del todo correcto, ya que la energa ni se crea ni se destruye, slo se transforma, por lo tanto lo que ocurre en una reaccin qumica es la conversin de la energa qumica (la asociada a la formacin y ruptura de enlaces qumicos) en otros tipos de energa y viceversa.

Existe adems una relacin entre el aporte o desprendimiento de energa en una reaccin qumica y la tendencia a que esta se produzca de forma espontnea que tambin estudiaremos a lo largo de este tema.

5.2.1.- Tipos de sistemas y criterio de signos

La termodinmica es la parte de la fsica que estudia la relacin entre el calor y el trabajo. Dicha ciencia entiende por un sistema termodinmico a aquella parte del universo separada del exterior por superficies reales o imaginarias. Hay varios tipos de sistemas:

Aislados: No intercambian ni materia ni energa.a.

Cerrados: Intercambian energa pero no materia.b.

Abiertos: Intercambian materia y energa con los alrededores.c.

W > 0 Todas las energas de un

sistema, (mecnica, calorfica, elctrica, etc.), pueden transformarse entre s. Las que ms nos interesan a nosotros son la mecnica y la calorfica. El trabajo y el calor pueden transformarse entre s, son la misma cosa: energa. Dado que los sistemas pueden recibir o ceder tanto energa como trabajo, hay que establecer un criterio termodinmico de signos, que es el que est representado en la figura de la derecha.

El trabajo se mide en Julios y el calor en Caloras (cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gr de agua desde 14'5 C a 15'5 C). La equivalencia entre ambas es:

1 J = 0'24 cal1 cal = 4'18 J

Vamos a definir a continuacin una serie de variables termodinmicas necesarias para el desarrollo de este tema:

W < 0 5.2.2.- Capacidad calorfica molar

La capacidad calorfica de un cuerpo de masa m, es la cantidad de calor necesaria para elevar su temperatura un grado centgrado.

Son de especial inters:

para procesos a presin constante

para procesos a volumen constante

Ms que capacidades calorficas se acostumbra utilizar calores especficos, (capacidades calorficas por mol o por gramo), cp o cv:

De las expresiones anteriores:

5.2.3.- Trabajo en expansin de un sistema

Supongamos una sustancia gaseosa encerrada en un cilindro de seccin S provisto de un mbolo que se ajusta hermticamente y se puede desplazar sin rozamiento. Si se ejerce sobre l una presin exterior, (P), la fuerza que acta sobre el mbolo ser:

Supongamos que el mbolo se desplaza un dy:

Si se trata de un proceso finito donde el mbolo se desplaza desde un estado 1 hasta un estado

2, el trabajo realizado sera:

5.3.- 1er Principio de la Termodinmica

Supongamos un sistema cerrado que evoluciona desde un estado 1 hasta el 2 y que durante el proceso recibe una cantidad de calor Q y realiza un trabajo W.

El primer principio de la Termodinmica dice:

"La cantidad de energa intercambiada permanece constante cualquiera que sea la transformacin realizada, siendo igual a la variacin total de energa del sistema".

U = Q + W

donde U es la llamada variacin de la energa interna, Q el calor y W el trabajo realizado por el sistema. Observa que el signo negativo del trabajo proviene del criterio termodinmico de signos antes mencionado.

La energa interna de un sistema es la suma de las energas que poseen las partculas microscpicas de las que est constituido, es decir, todas las energas cinticas y potenciales, asociadas a sus partculas constituyentes. Por lo tanto, en la energa interna influyen energas tales como la energa trmica, la energa qumica, la energa de los electrones internos de cada uno de los tomos y la energa nuclear. En los procesos fsicos y qumicos ms habituales, estas dos ltimas no suelen intervenir, por lo que al no alterarse, la variacin de la energa interna coincidir con la variacin conjunta de las

energas trmica y qumica.

No se puede conocer el valor absoluto de la energa interna de un sistema, slo sus variaciones en un proceso determinado.

La energa interna, U, es una funcin de estado, es decir, su valor slo depende de los estados inicial y final del sistema y no del camino seguido para pasar de uno a otro. Por el contrario, el calor y el trabajo no son funcin de estado, su valor numrico depende tanto de las condiciones iniciales y finales como de los estados intermedios alcanzados para pasar de un estado a otro.

La variacin de la energa interna, para un cambio infinitesimal se determina como:

dU = dQ dW

Vamos a aplicar esta ecuacin a algunos casos concretos:

U = U2 U1 = U1 U1 = 0con lo que: 0 = dQ - dW : dQ = dW

Si el sistema realiza transformaciones cclicas, (es decir, el sistema evoluciona hacia el mismo estado inicial):

a.

Si se trata de transformaciones a volumen constante, entonces:b.

luego: U = Qv - WU = Qv

y por lo tanto, la variacin de energa interna quedar:

U = U2 U1 = Qp W = Qp P.(V2 V1 )si despejamos el valor de Qp:

Qp = (U2 + P.V2 ) (U1 + P.V1 )

A la funcin (U+P.V) se le llama entalpa y se representa por la letra H

Qp = H2 H1 = HLa energa intercambiada en forma de calor en un proceso a presin constante es

igual a la variacin de la entalpa en el transcurso de la transformacin, y slo depende del estado final e inicial (se trata de una funcin de estado).

Muchos procesos fsicos y qumicos tienen lugar bajo estas condiciones (a presin constante) por lo que calor y variacin de entalpa resultan trminos equivalentes.

Si la presin no permanece constante, entonces:

H = (U2 + P2.V2) (U1 + P1.V1)

5.4.- Calor de reaccin

En un sistema termodinmico cerrado en el que tenga lugar una reaccin:

aA + bB cC + dD

se produce una rotura de enlaces y formacin de otros, por lo que habr una variacin de la energa interna del sistema.

Se denomina calor de reaccin a la cantidad de energa calorfica que el sistema ha de ceder o absorber para que la temperatura permanezca constante durante todo el proceso de la reaccin qumica.

Si el medio exterior recibe energa la reaccin se denomina exotrmica y si el sistema absorbe energa se llama endotrmica. En las reacciones exotrmicas, se necesita menos calor para romper los enlaces del que se desprender al formar los

Si se trata de transformaciones a presin constante donde el sistema evoluciona desde un estado1 definido por las variables P, V1, T1 , hasta un estado2 definido por P, V2, T2:

c.

nuevos, y en las reacciones endotrmicas, ocurre al contrario, se necesita ms calor para romper los enlaces del que se desprende al formar los nuevos.

De acuerdo con el criterio termodinmico de signos, para una reaccin exotrmica, el calor de reaccin ser negativo y para una endotrmica ser positivo.

Si la reaccin es a volumen constante: U = Qvreacciones de este tipo pueden ser:

Si la reaccin se realiza a presin constante, el calor de reaccin Qp es igual a la variacin de la entalpa:

Qp = HAhora bien, para poder comparar los calores de reacciones distintas es

preciso conocer bajo qu condiciones se estn llevando a cabo y el estado fsico de los distintos componentes de la reaccin (gas, lquido o slido). Para ello se define un estado estndar o condiciones estndar que corresponde a la forma fsica ms estable de cualquier cuerpo puro a la presin de 1 atm y 25C, (a diferencia de las condiciones normales que tienen lugar a presin 1 atmsfera y temperatura 0 C).

Las entalpas determinadas en condiciones estndar se denominan entalpas estndar y se representan de la siguiente manera: H.

Reacciones que se producen en un recipiente cerrado.a.

Reacciones entre slidos o lquidos sin desprendimiento de gases.b.

Reacciones entre gases en las que el nmero de moles permanece constante.

c.

5.5.1.- Entalpas de formacin

Es, por definicin, la variacin de entalpa que acompaa a la formacin de un mol de compuesto a partir de los elementos que la componen a una presin y temperatura determinadas. Por ejemplo:

2 C + 3 H2 + 1/2 O2 CH3 CH2OH Hfsi las condiciones son estndar ser Hf.Por convenio, la entalpa de formacin de un elemento qumico y la del H+(ac) es nula, lo que se debe a la imposibilidad de medir tal calor experimentalmente. Ahora bien, si un elemento qumico posee varios estados alotrpicos, slo tiene entalpa de formacin nula el ms estable de todos ellas, por ejemplo:

Hf (S rmbico) = 0 KJ/molHf (S monoclnico) = 0'34 KJ/mol

en este caso la reaccin de formacin del azufre monoclnico sera:

S (rmbico) S (monoclnico) Hf = 0'34 KJ/mol

En la siguiente tabla se dan las entalpas de formacin en condiciones standard de algunas sustancias:

Compuesto Hf (KJ/mol) Compuesto Hf (KJ/mol) Compuesto Hf (KJ/mol)Na (s) 0 N2 (g) 0 C (grafito) 0

NaF (s) - 571 NH3 (l) + 292 C (diamante) + 1,9NaCl (s) - 411 NH3 (g) - 46,1 CO (g) - 115NaBr (s) - 359 P (s) 0 CO2 (g) - 393NaI (s) - 286 PH3 (g) + 9,25 NO (g) + 90,1I2 (s) 0 AsH3 (g) + 41,0 NO2 (g) + 33,7F2 (g) 0 H2O (l) - 286 N2O4 (g) + 9,65Cl2 (g) 0 H2S (g) - 20,2 S (rmbico) 0

Br2 (l) 0 Se (s) 0S

(monoclnico)+ 0,34

IF (g) - 94 H2Se (g) + 85,6 SO2 (g) - 296ICl (g) + 17,5 Te (s) 0 CH4 (g) -74,9H2 (g) 0 O2 (g) 0 CaSO4 (s) - 1430

El valor de la entalpa de formacin estndar de un compuesto indica la estabilidad del mismo, ya que a mayor calor desprendido en su formacin (Hf < 0) mayor ser su estabilidad, ya que se necesitar ms calor para su descomposicin.

5.5.2.- Entalpas de combustin

Es la variacin de entalpa que se produce en la combustin de un mol de una sustancia: compuesto + O2 CO2 + H2O

por ejemplo: C6 H6 + 15/2 O2 6 CO2 + 3 H2O

si el combustible (compuesto que se quema) posee C, se forma CO2 (g); H se forma H2O (l), N se forma N2 (g); Cl, se forma Cl2 y S, se forma SO2 (g). Si

adems contiene cualquier otro elemento, se formar como producto de la reaccin el xido ms estable correspondiente de dicho elemento. A continuacin te presentamos una tabla con distintas entalpas de combustin de compuestos

orgnicos:

Nombre Frmula Hc (KJ/mol)Metano CH4 (g) - 8895Etano C2H6 (g) - 15583

Propano C3H8 (g) - 22179Etileno C2H4 (g) - 14095

Benceno C6H6 (l) - 32646Metanol CH3OH (l) - 7256Etanol C2H5OH (l) - 13656

ter etlico (C2H5)2O (l) - 14538cido actico CH3COOH (l) - 8753

Glucosa C6H12O6 (s) - 28133Sacarosa C12H22O11 (s) - 56384

Observa que todas las entalpas de combustin son negativas, ya que en cualquier reaccin de combustin, siempre se produce un desprendimiento de energa calorfica.

5.5.3.- Entalpas de disolucin

Es el calor desprendido o absorbido en la disolucin de un mol de cualquier sustancia (slida, lquida o gaseosa) en agua. Por ejemplo:

I2 (g) I2(ac)

Aqu tienes algunos datos de entalpas de disolucin:

Sustancia Hd (KJ/mol) Sustancia Hd (KJ/mol)HCl (g) - 73,0 SO3 (g) - 156,0

H2SO4 (l) - 74,2 NaNO3 (s) + 21,0SO2 (g) - 35,5 HI (g) - 80,4NaCl (s) + 5,4 NH3 (g) - 35,4HBr (g) - 82,9 NaOH (s) - 43,1

HNO3 (l) - 30,9 Na2SO4 (s) - 2,4

5.6.- Ley de Hess

El paso de los reactivos a los productos finales puede hacerse directamente o a travs de una serie de estados intermedios, y se cumple que: "la variacin de la entalpa en la reaccin directa es la suma de las entalpas de cada una de las reacciones intermedias", ya que al ser la entalpa una funcin de estado, no depende del camino seguido sino de las condiciones iniciales y finales.

Esto es lo que se conoce como la ley de Hess, formulada en 1840, y a travs de ella podemos calcular variaciones de entalpa de una reaccin con tal de que pueda obtenerse como suma algebraica de dos o ms reacciones cuyos valores de variacin de entalpa son conocidos.

Por lo tanto, para la Termodinmica, hay tres premisas que se deben cumplir siempre:

Primera: El valor de la variacin de entalpa (H) para una reaccin que se realiza a una Temperatura y a una Presin determinadas, es siempre el mismo, independientemente de la que

Vamos a verlo con un ejemplo sencillo:

Calcula la variacin de entalpa de la reaccin de hidrogenacin del eteno (C2H4) a (C2H6) etano a partir de las variaciones de entalpa de combustin del eteno (-1411 KJ/mol) y del etano (-1560 KJ/mol) y de la formacin del agua (-286 KJ/mol).

Paso 1: Escribir ajustada la reaccin problema:

Reaccin problema C2H4 + H2 C2H6 H = ?Paso 2: Escribir ajustadas todas las reacciones de los datos del problema con su correspondiente variacin de entalpa:

Datos:

Paso 3: Obtener la reaccin problema como combinacin (por suma algebraica) de las reacciones que nos da como datos el problema:

Operaciones:

Paso 4: Sumar y obtener la reaccin problema con su variacin de entalpa que ser la suma de las variaciones de entalpa de las reacciones de datos tal y como las hemos utilizado para obtenerla:

Resultado: - 136 Kj que es la variacin de entalpa de la reaccin problema.

reaccin transcurra en uno o varios pasos.

Segunda: El valor de la variacin de la entalpa (H) es directamente proporcional a la cantidad de reactivo utilizado o de producto obtenido.

Tercera: Los valores de la variacin de entalpa (H) para dos reacciones inversas, son iguales en magnitud pero de signo contrario.

5.7.- Energas de enlace

Una reaccin qumica consiste en un nuevo reagrupamiento de los tomos de los reactivos para formar los productos. Esto supone la ruptura de ciertos enlaces y la formacin de otros nuevos. Si se conocen las energas necesarias para romper dichos enlaces, se podra calcular la entalpa de la reaccin.

Cuanto ms alta sea la energa de enlace, querr decir que ms costar romperlo, por lo que el enlace ser ms fuerte y ms estable.

Como en la mayora de las ocasiones se suele trabajar a presin constante, la variacin de las energas de enlace coincidir con la variacin de entalpa de la reaccin.

En la siguiente tabla te damos las entalpas o energas de enlace ms corrientes:

Enlace Energa (KJ/mol) Enlace Energa (KJ/mol)H H 436 C = C 610C H 415 C = N 615N H 390 C = O 730O H 460 N = N 418C C 347 O = O 494C N 285 C C 830C O 352 C N 887N N 159 N N 946

como puedes observar, todas las energas de enlace son positivas, ya que siempre hay que aportar energa para romper cualquier enlace. Por otro lado, las energas de formacin de un enlace ser la misma pero con el signo negativo, ya que en este caso la energa ser liberada.

A partir de estas energas medias de enlace pueden calcularse aproximadamente las entalpas de reaccin entre sustancias gaseosas de la siguiente manera:

vamos a verlo con un ejemplo:

Calcula la entalpa de la reaccin de hidrogenacin del eteno para formar etano segn la siguiente reaccin:

H2C = CH2 + H2 H3C CH3

Paso 1: Analizar los enlaces que se rompen y los enlaces que se forman en la reaccin problema.

En nuestro caso:

Paso 2: Buscar en los datos del problema (en nuestro caso los sacaremos de la tabla de la pgina anterior) las energas de los enlaces que se rompen y se forman en la reaccin.

Paso 3: Restar las energas medias de enlace de los enlaces rotos menos las energas medias de enlace de los enlaces formados y con eso tendremos la entalpa que nos pide el problema:

(347 + 2415)

5.8.1.- Introduccin

En un sistema cerrado en el que transcurre una reaccin, llega un momento en que las propiedades del sistema, (presin, temperatura, volumen, etc.), dejan de variar y permanecen constantes, se dice entonces que se ha alcanzado el equilibrio. No hay cambios macroscpicos, pero es un equilibrio dinmico, (con la misma velocidad con que se forman los productos, desaparecen para volver a dar los reactivos).

La variacin de entalpa de una reaccin, (H), nos dir si esa reaccin es endotrmica o exotrmica, pero no nos dir si la reaccin tendr lugar de forma espontnea desde los reactivos hasta la formacin de productos.

Todos los procesos tienen una direccin espontnea de preferencia que no puede ser explicada por el primer principio de la termodinmica. Es pues importante establecer los criterios que permitan prever si una reaccin qumica puede llevarse a cabo de forma espontnea y en caso afirmativo, determinar las proporciones de los productos de la reaccin cuando se alcance el equilibrio. Para ello tendremos que

se rompe un enlace C = C y otro H H

se forma un enlace C C y dos C H

energa de enlace C = C = 610 KJ/mol

energa de enlace H H = 436 KJ/mol

energa de enlace C C = 347 KJ/mol

energa de enlace C H = 415 KJ/mol

definir una nueva funcin, la entropa y enunciar el segundo principio de la Termodinmica.

5.8.2.- Concepto de Entropa

El segundo principio de la Termodinmica se ocupa de la espontaneidad de los procesos, ya sean fsicos y/o qumicos. Para ello, se introduce una nueva funcin de estado que denominaremos Entropa y que representaremos por la letra S. La entropa se define como:

donde Q es el calor intercambiado por el sistema para que el proceso se realice a la temperatura T constante. Las unidades sern Julios/ Kelvin (J/K) o caloras/K (cal/K).

Si la transformacin es reversible y el sistema pasa de un estado 1 a un estado 2, la variacin de entropa correspondiente ser:

Si el proceso se realiza a temperatura constante:

siendo Q la cantidad de energa calorfica intercambiada.Dado que a temperatura constante, (proceso isotermo), la variacin de

energa interna es nula:

U = 0 = Qrev WrevQrev = Wrev

donde, sustituyendo la presin su expresin dada por la ecuacin de los gases perfectos:

por lo tanto:

Prescindiendo de consideraciones matemticas, y a escala microscpica, la entropa se interpreta como una medida del grado de desorden molecular del sistema, es decir, cuanto mayor sea el orden interno del sistema, menor ser su entropa; si el desorden aumenta, la entropa aumenta y viceversa. Por ejemplo:

S (slido) < S (lquido) < S (gas)

ya que las partculas del gas siempre estarn ms desordenadas que las del slido.

S (disolucin) > S (soluto) + S (disolvente)

S (mezcla de gases) > S (gas 1) + S (gas 2) + ...

S (sustancia a T alta) > S (sustancia a T ms baja)

A (g) + B (g) 2 C(g) + D (g)vemos que dos moles totales de reactivos (1 de A y 1 de B) se transforman en tres moles totales (2 de C y 1 de D), por lo que

Cambios de estado: Para una misma sustancia siempre se cumplir que:

a.

Disolucin de un slido en un lquido: como al disolverse el slido se rompe su estructura cristalina, el desorden aumenta y por tanto, la entropa de la disolucin ser mayor que la suma de las entropas de sus componentes:

b.

Mezcla de gases: La entropa de la mezcla es mayor que la suma de las entropas de los gases por separado:

c.

Aumento de la temperatura: Al aumentar la temperatura, aumenta la energa cintica de sus partculas por lo que aumentar el desorden, es decir:

d.

Reacciones qumicas en las que aumenta el nmero de moles: Si, dados los coeficientes estequiomtricos de una reaccin qumica, se observa que el nmero de moles de los productos aumenta con respecto al de los reactivos, la entropa aumentar, por ejemplo, en la reaccin genrica:

e.

S (productos) > S (reactivos)

5.8.3.- Enunciado del Segundo Principio de la Termodinmica

El segundo principio de la termodinmica afirma que la entropa, o sea, el desorden, de un sistema aislado nunca puede decrecer. Por tanto, cuando un sistema aislado alcanza una configuracin de mxima entropa, ya no puede experimentar cambios: ha alcanzado el equilibrio.

Ssistema aislado 0

Conviene destacar que el segundo principio de la termodinmica no se opone a que la entropa de un sistema disminuya, para ello, basta con disminuir la temperatura de dicho sistema (lo que por ejemplo ocurre en la congelacin del agua), pero entonces, el entorno aumentar de entropa. Lo que exige el segundo principio de la Termodinmica es que la variacin total de entropa sea positiva.

5.9.- La Funcin de Gibbs

Ni la entalpa (H) ni la entropa (S) nos dicen directamente si un proceso es espontneo o no lo es. La funcin de Gibbs, (o energa libre), s que nos da la medida de la espontaneidad del proceso. La funcin de Gibbs es una funcin de estado, es decir, slo depende del estado final e inicial del sistema y no del camino seguido para pasar de uno a otro, y se define como:

G = H T.S

La funcin de Gibbs tambin tiene unidades de energa y como en casos anteriores, no podemos determinar su valor absoluto y nos tenemos que conformar con calcular sus variaciones. En un proceso determinado a presin y temperatura constantes (condiciones habituales de trabajo en qumica), se cumplir que:

Vamos a estudiar las distintas posibilidades de G:Si G < 0 proceso espontneo.a.

Si G = 0 alcanza el equilibrio.b.

Si G > 0 proceso no espontneo; espontneo el inverso.

c.

Todo sistema va a tender a evolucionar hacia el equilibrio. Teniendo en cuenta que la temperatura debe estar en la escala absoluta (Kelvin) y que por lo tanto no puede ser negativa, se pueden distinguir 4 casos diferentes:

G = H T. SCaso H S Tipo de reaccin G Situacin

1 < 0 > 0 exotrmica - espontnea a cualquier temperatura2 < 0 < 0 exotrmica + / - espontnea a temperaturas bajas3 > 0 > 0 endotrmica + / - espontnea a temperaturas altas4 > 0 < 0 endotrmica + nunca ser espontnea

( Explicar a partir de la grfica G T)Vamos a estudiar el paso del agua lquida a agua vapor a presin una

atmsfera:

Para dicho proceso a T constante:

H = 9710 cal S = 26 cal/KVamos a calcular G a tres temperaturas:

T = 500 K (227 C) G = 9710 500.26 = - 3290 cala 227 C el agua lquida pasar a vapor de agua en un proceso que ser espontneo.

a.

T = 300 K (27C) G = 9710 300.26 = 1910 cal el proceso espontneo es el inverso, es decir, a 27 C, el vapor de agua pasara a agua lquida de forma espontnea.

b.

El proceso de clculo de G es el mismo que para calcular la entalpa H. Hay que definir de igual manera un estado estndar para poder comparar las funciones de Gibbs para distintas reacciones.

5.10.- Ejercicios y cuestiones

276.- Determinar la entalpa de formacin del cido actico a partir de las siguientes datos:

Solucin

277.- Hallar el calor de formacin del nbutano (C4H10) sabiendo que su calor de combustin es de 687'98 Kcal/mol, que el calor de formacin del CO2 es de 94'05 Kcal/mol y que el calor de formacin del agua es de 68'32 Kcal/mol.

Solucin

278.- Calcular la entalpa de la reaccin de disociacin del PCl5 en PCl3 y Cl2 sabiendo que:

Hf (PCl5) = 95'35 Kcal/mol; y Hf(PCl3) = 73'22 Kcal/molSolucin

T = 373 K (100C) G = 9710 373.26 0 cal el proceso est en equilibrio.

c.

C(s) + O2 (g) CO2 (g) H = 91'1 Kcal/mola.H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) H = 68'3 Kcal/molb.CH3COOH (l) + 2 O2 (g) 2 CO2 (g) + 2 H2O(l) H = 208 Kcal/mol c.

279.- Determinar el calor de formacin del monxido de carbono conociendo las entalpas a 25C de los siguientes procesos:

Solucin

280.- El calor de formacin del NO2 (g) a 25C es H = 8'O9 Kcal/mol. Por otra parte, el calor de formacin del N2O4 (g) a 25C, es H = 2'31 Kcal/mol. Calcular la entalpa de reaccin para la disociacin del N2O4 en NO2

Solucin

281.- La entalpa de formacin del metanol (CH3OH) en estado lquido es de 57'02 Kcal/mol. Si el metanol queda en estado vapor, la entalpa de formacin es entonces 48'08 Kcal/mol. Con estos datos, calcular la entalpa de vaporizacin del metanol.

Solucin

282.- El etanol (CH3CH2OH) puede ser oxidado en atmsfera de oxgeno para dar cido actico (CH3COOH) y agua. Calcular la entalpa de dicha reaccin sabiendo que en la combustin de 10 gr de etanol se desprenden 71'3 Kcal, mientras que en la combustin de 10 gr de cido actico se desprenden 34'7 Kcal.

Solucin

283.- Determinar la entalpa de reaccin del siguiente proceso:

2 NO (g) + O2 (g) 2 NO (g)Datos: - Entalpa de formacin del NO (g) = 21'6 Kcal/mol

- Entalpa de formacin del NO2 (g) = 8'03 Kcal/mol

Solucin

284.- Calcular la entalpa de formacin molar del Ca(OH)

C(s) + O2 (g) CO2 (g) H = 9405 Kcal/mola.CO (g) +1/2 O2 (g) CO (g) H = 67'63 Kcal/molb.

2 a partir de los siguientes datos:

Solucin

285.- Calcular la entalpa de formacin del AlCl3 slido a partir de los siguientes datos:

Solucin

286.- Hallar el calor de vaporizacin del amoniaco sabiendo que su calor de formacin es de 11'0 Kcal/mol cuando queda en estado gaseoso y de 16'07 Kcal/mol cuando queda en estado lquido.

Solucin

287.- En una serie de experiencias se determina que el noctano posee un calor de formacin de 60'3 Kcal/mol, que este parmetro para el CO2 vale 94'0 Kcal/mol y para el vapor de agua 57'8 Kcal/mol.Determinar la entalpa de combustin de un mol de dicho hidrocarburo y el volumen de O2 necesario para dicha combustin medido en condiciones normales.

Solucin

288.- En una aluminotermia, se trata el xido frrico con aluminio para obtener hierro metlico puro y el xido de aluminio correspondiente. Calcular el calor desprendido en dicha reaccin a partir de los siguientes datos:

Solucin

H2(g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) H = 68'3 Kcal/mol H2Oa.CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (s) H = 15'3 Kcal/mol Ca(OH)2b.Ca (s) +1/2 O2(g) CaO (s) H = 151'8 Kcal/mol CaOc.

Al (s) + 3 HCl (ac) AlCl3 (ac) + 3/2 H2 (g) H = 127'0 Kcal/mola.H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) H = 44'0 Kcal/molb.HCl (g) + agua HCl (ac) H = 17'5 Kcal/molc.AlCl3 (s) + agua AlCl3 (ac) H = 77'9 Kcal/mold.

2 Al (s) + 3/2 O2 (g) Al2O3 (s) H = 399 Kcala.2 Fe (s) + 3/2 O2 (g) Fe2O3 (s) H = 192 Kcalb.

289.- Cuando un mol de HCN (ac) se neutraliza segn la reaccin:

HCN (ac) + OH (ac) H2O (l) + CN (ac) H= 2'9 Kcal/molcalcular la entalpa de disociacin del cido cianhdrico sabiendo que:

H+ (ac) + OH (ac) H2O (l) H = 13'7 Kcal/molSolucin

290.- Sabiendo que la variacin de entalpa de formacin del sulfito de bario es de 282'6 Kcal/mol y que para el sulfato de bario es de 350'2 Kcal/mol, calcular la variacin de entalpa de la reaccin:

BaSO3 (s) + 1/2 O2 (g) BaSO4 (s)Solucin

291.- La Hf del acetileno (C2H2) es de 53'9 Kcal/mol y la del benceno (C6H6) en estado gaseoso 19'1 Kcal/mol. Calcula la entalpa de la polimerizacin del acetileno en benceno:

3 C2H2 (g) C6H6 (g)Solucin

292.- Calcular la entalpa de la reaccin:ZnO (s) + CO (g) Zn (s) + CO2 (g)

sabiendo que:

Solucin

293.- Dados los siguientes datos:

variacin de entalpa de formacin del xido de cinc slido = 83 Kcal/mola.

variacin de entalpa de sublimacin del Zn = 32 Kcal/molb.

variacin de entalpa de combustin del CO = 68 Kcal/molc.

variacin de entalpa de combustin del C2H6 gaseoso = 378'8 Kcal/mol

1.

variacin de entalpa de combustin del hidrgeno = 68'3 Kcal/mol2.

variacin de entalpa de formacin del C3.

calcular:

Solucin

294.- Qu cantidad de calor hay que suministrar a una Tn de piedra caliza de una riqueza del 80% en carbonato clcico para descomponerlo totalmente en cal (CaO) y dixido de carbono?. El rendimiento de la reaccin es del 75% en cuanto al aprovechamiento de la energa.

DATOS:

Solucin

295.- Dadas las siguientes reacciones:

calcular:

Solucin

2H6 gaseoso = 20'2 Kcal/mol

variacin de entalpa de formacin del C2H4 gaseoso = + 12'4 Kcal/mol

4.

variacin de la entalpa de la reaccin de hidrogenacin del eteno para dar etano.

a.

variacin de la entalpa de combustin del eteno gaseoso.b.

H de formacin del CaCO3 (s) = 289 Kcal/mola.H de formacin del CaO (s) = 152 Kcal/molb.H de formacin del CO2 (g) = 94 Kcal/molc.

I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) H = 0'8 Kcal1.I2 (s) + H2 (g) 2 HI (g) H = + 12'0 Kcal2.I2 (g) + H2 (g) 2 HI (ac) H = 26'8 Kcal3.

El calor de sublimacin del I2.a.

El calor de disolucin del HI.b.

Las caloras que habr que aportar para disociar en sus componentes el HI contenido, a 25 C, en un matraz de 750 cc. a la presin de 800 mmHg.

c.

296.- Hallar la entalpa de la reaccin:

CaC2 (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (s) + C2H2 (g)DATOS:

Solucin

297.- Determinar la entalpa de formacin del cido nitroso disuelto en agua HNO2 (ac), a partir de los siguientes datos:

Solucin

298.- Cuando se prepara cido ntrico a partir de nitrato potsico tienen lugar simultneamente las siguientes reacciones:

KNO3 (s) + H2SO4 (l) KHSO4 (s) + HNO3 (g)2 KNO3 (s) + H2SO4 (l) K2SO4 (s) + 2 HNO3 (g)

Calcular el calor necesario para la produccin de 1 Kg de cido ntrico, sabiendo que el 80% del cido se produce segn la primera reaccin.

DATOS:

H de formacin del CO2 (g) = 393'505 KJ/mola.H de formacin del H2O (l) = 285'851 KJ/molb.H de formacin del CaC2 (s) = 58'994 KJ/molc.H de formacin del Ca(OH)2 (s) = 986'587 KJ/mold.H de combustin del C2H2 (g) = 1299'590 KJ/mole.

NH4NO2 (ac) N2 (g) + H2O (l) H = 76'5 Kcal/mola.NH3 (ac) + HNO2 (ac) NH4NO2 (ac) H = 9'0 Kcal/molb.2 NH3 (ac) N2 (g) + 3 H2 (g) H = 40'6 Kcal/mol

c.

variacin de entalpa de formacin del H2O (l) = 68'3 Kcal/mold.

H de formacin del KNO3 (s) = 119'50 Kcal/mola.H de formacin del H2SO4 (l) = 192'19 Kcal/molb.H de formacin del HNO3 (g) = 34'40 Kcal/molc.

Solucin

299.- Explica cules de los siguientes procesos sern exotrmicos y cules endotrmicos:

Qu tipo de enlace se rompe o se forma (total o parcialmente) en cada caso?

Solucin

.

300.- Sabiendo que:

NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) H = -13,5 Kcal.Calcula:

Solucin

301.- Cuando se forma 1 mol de HI (g) a partir de H2 (g) y I2 (g), estando reactivos y producto a 25 C y 1 atm, se desprenden 26,3 kJ. Deduce el valor de H para las siguientes reacciones:

H de formacin del KHSO4 (s) = 274'00 Kcal/mold.H de formacin del K2SO4 (s) = 340'60 Kcal/mole.

NaCl (s) NaCl (l);1.H2O(l) H2O (g);2.H2O (l) H2O (s)3.C (graf) C (g); 4.Pb (l) Pb (s);5.He (l) He (g); 6.

el calor desprendido cuando reaccionan 100 ml de NaOH 0,5 M con 100 ml de HCl 0,5 M;

a.

el incremento de temperatura que experimentar la disolucin resultante, suponiendo que absorbe todo el calor desprendido en la reaccin y que su calor especfico y densidad son igual que los del agua pura (1 cal/g.C y 1 g/mL)

b.

a) H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g) b) 2 HI(g) H2 (g) + I2 (g)Solucin

302.- Calcula H para la reaccin C(grafito) C (diamante) a partir de los siguientes datos:

Solucin

303.- Determina la variacin de entalpa H para la reaccin de formacin del etano (C2H6) gas a partir de sus elementos (H2 gas y C grafito) con los siguientes datos:

Solucin

304.- Con los siguientes datos:

Calcula H para la reaccin de formacin del diborano (B2H6) gas a partir de los elementos que lo forman (B slido y H2 gas).

Solucin

305.-

C(graf) + O2 (g) CO2 (g) H = -393 kJa.C(diam) + O2 (g) CO2 (g) H = -395 kJb.

C (grafito) + O2 (g) CO2 (g) H = -395 kJ

a.

H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O(g) H = -242 kJ

b.

C2H6 (g) + 7/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (g) H = -1425 kJ

c.

B2H6 (g) + 3 O2 (g) B2O3 (s) + 3 H2O (g) H = -1939 kJa.4 B(s) + 3 O2 (g) 2 B2O3 (s) H = -1182 kJb.H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) H = -286 kJc.H2O (l) H2O (g) H = +41 kJd.

Calcula la entalpa estndar de formacin del ozono (O3) gas, sabiendo: 3 O2 (g) 2 O3 (g) H = +68 kcal

a.

Solucin

306.- Calcula la entalpa de combustin del amonaco en cada uno de los siguientes casos:

Datos:

Solucin

307.- Cuando un mol de metanol se quema segn la ecuacin:

CH3OH(l) + 3/2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) se desprenden 726 kJ. Calcula:

Datos: Entalpas estndar de formacin: CO2(g)= -393.13 kJ/mol; H2O(l)= -286 kJ/mol

Solucin

308.- Calcula la entalpa de hidrogenacin del etileno (C2H4) a partir de los siguientes datos:

Alguno de los siguientes H es la entalpa estndar de formacin del agua lquida?:

b.

H+ (aq) + OH- (aq) H2O (l) H = -13,6 kcal

2.

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) H = -136,6 kcal

3.

los productos de la reaccin son N2 (g) y H2O (g) a.

los productos de la reaccin son NO (g) y H2O (g)b.

H de formacin del NH3 (g) = - 46,14 kJ/mol;H de formacin del NO (g) = 90,29 kJ/mol; H de formacin del H2O (g) = -223,67 kJ/mol

La entalpa estndar de formacin del metanol (l); a.

La entalpa estndar de formacin del metanol (g) sabiendo que la entalpa de vaporizacin es 35 kJ/mol.

b.

C2H6 (g) + 7/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) H = -1559 kJa.

Solucin

309.- La hidracina (N2H4) y el perxido de hidrgeno (H2O2) arden por contacto. La reaccin que tiene lugar es:

N2H4 (l) + 2 H2O2 (l) N2 (g) + 4 H2O (g) Cul es el calor de reaccin?.

Datos: entalpas estndar de formacin en kcal/mol: N2H4(l)= 12; H2O2 (l)= -45 y H2O (g): -57,8.

Solucin

310.- Un mtodo que permite utilizar la energa solar para la calefaccin es el siguiente: sulfato sdico decahidratado (Na2SO4.10H2O) se sita en un depsito cerrado en el tejado de la casa. Durante el da (cuando la temperatura es alta) se produce la reaccin:

Na2SO4.10H2O (s) Na2SO4 (s) + 10 H2O (l)Durante la noche (cuando la temperatura baja) se produce la reaccin opuesta y se vuelve a formar el sulfato decahidratado. El calor liberado durante la noche se introduce en la casa mediante un sistema de ventiladores. Qu cantidad de calor introducira en la casa una carga de 322 kg de Na2SO4.10H2O.

Datos: entalpas de formacin estandar en kcal/mol: Na2SO4.10H2O (s): -1033,5; Na2SO4 (s): -331; H2O (l): -68,3.

Solucin

311.- El metanol es un combustible potencial del futuro. Se obtiene industrialmente a presiones elevadas, a unos 298 K en presencia de un catalizador. Calcular la entalpa correspondiente a la obtencin de 1 g de metanol segn la reaccin:

2 H2 (g) + CO(g) CH3OH(l).Datos:

C2H4 (g) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 2 H2O (l) H = -1410 kJb.Entalpas estndar de formacin (kJ/mol): CO2 (g) = -393.13 ; H2O (l) = -286

c.

Combustin del metanol a dixido de carbono y agua lquida a.

Solucin

312.- A partir de los datos siguientes a 25 C, calcular la entalpa de combustin del etano y el calor desprendido en la combustin de 1 m3 de etano en condiciones normales:

Solucin

313.- La entalpa de combustin del n-butano (g) para dar dixido de carbono (g) y agua (lquida) a 25 C es de -688 kcal/mol. Las entalpas de formacin de estas dos ltimas sustancias, en las mismas condiciones, es de -94 y -68,3 kcal/mol, respectivamente. Calcule la entalpa de formacin del n-butano (g).

Solucin

314.- Describa una experiencia para determinar el calor de neutralizacin del HCl por el NaOH. Si en esta experiencia, en vez de utilizar una disolucin de HCl se utilizase una disolucin de HNO3 de concentracin anloga, hubiera obtenido un valor muy semejante o muy diferente para el calor de neutralizacin? Razone su respuesta.

Solucin

315.- Se dan los siguientes datos de combustin a 298 K y 1 atm.:

H =-726,6 kJ/mol. Formacin de dixido de carbono H = -393,5 kJ/mol; b.Formacin de monxido de carbono H = -110,5 kJ/mol;c.Formacin de agua lquida H = -285,5 kJ/mol. d.

Hidrogenacin del eteno H = -137,10 kJ/mol a.Combustin del eteno H = -1411 kJ/mol. b.Formacin de agua H = -285,5 kJ/mol. c.

C(graf) + O2 (g) CO2 (g) H = -94 kcal a.H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (g) H = -68 kcalb.Cc.

Calcular el calor de formacin del benceno:

6 C(graf) + 3 H2(g) C6H6 (l)Solucin

316.- Las entalpas de formacin del H2O (g) y del CO(g) son, respectivamente, (en condiciones estndar) -57,8 y -28,6 kcal/mol. Hallar la entalpa de reaccin del carbono con el vapor de agua para formar CO y H2 y determinar si dicha reaccin es endotrmica o exotrmica.

Solucin

317.- Calcular el calor de reaccin del etanol (lquido) con oxgeno, con formacin de cido actico (lquido) y agua lquida, sabiendo que en la combustin de 1g de alcohol y 1 g de cido actico en las condiciones estndar se desprenden 7.130 cal y 3.466 cal, quedando el agua formada en estado lquido.

Solucin

318.- El calor de formacin del gas butano (C4H10) a partir de sus elementos es -29,8 kcal/mol, mientras que los calores de formacin del dixido de carbono y vapor de agua son, respectivamente, -94 y -57,8 kcal/mol. Escribir y ajustar la reaccin de combustin del butano y calcular las kcal que podr suministrar una bombona de butano con 4 kg de butano.

Solucin

319.- La entalpa de formacin del CO se ha de determinar indirectamente, pues durante la combustin del carbono siempre se producen mezclas de CO y CO2. Se sabe que la entalpa de formacin del CO2 es -94,05 kcal/mol y que la entalpa de reaccin del proceso:

CO(g) + 1/2 O2 (g) = CO2 (g)

vale -67,64 kcal. Calcular la entalpa de formacin del monxido de carbono y definir qu se entiende por entalpa de formacin.

Solucin

6H6 (l) + 15/2 O2 (g) 3 H2O (g) + 6 CO2(g) H = -781 kcal

320.- El calor desprendido en la reaccin de combustin del acetileno, con formacin de CO2 (g) y H2O (l) es de 317,7 kcal/mol a 25 C. La entalpa de formacin del agua lquida en condiciones estndar es de -68,32 kcal/mol, y la correspondiente al CO2 en condiciones estndar, -94,1 kcal/mol.

Solucin

321.- Si suponemos que la gasolina es octano:

Datos: contenido de oxgeno en el aire: 21% molar. Densidad del octano: 0,8 gr/ml

Solucin

322.- El metanol ha sido propuesto como un sustituto de la gasolina en los motores de los automviles. Calcular el volumen de metanol que por combustin proporciona el mismo cambio de entalpa que 1 litro de gasolina.

Datos:

Escribir la ecuacin que representa la combustin del acetileno. a.

Calcula la entalpa de formacin en condiciones estndar del acetileno y califica la reaccin de formacin del acetileno como endotrmica o exotrmica.

b.

calcular el volumen de aire medido a 25C y una atmsfera que se necesita para quemar un tanque de gasolina (75 L).

a.

Si la entalpa de combustin del C es H = -393,5 kJ/mol ;la entalpa de combustin del H2 es H = -285,8 kJ/mol ;y la entalpa de formacin del octano es H = 249,8 kJ/molCalcular el calor desprendido al quemar un tanque de gasolina.

b.

Entalpa de combustin del carbono H = -393,51 kJ/mol

a.

Entalpa de combustin del hidrgeno H = -285,83 kJ/mol

b.

Entalpa de formacin del metanol H = -238,66 kJ/mol

c.

Entalpa de combustin de un litro de gasolina H = -32.640 kJ.

d.

Densidad del metanol d = 0,79 gr/ml e.

Solucin

323.- En un experimento de laboratorio se determina el calor de reaccin entre una disolucin de HCl y una disolucin de NaOH. a) Describir brevemente el experimento. b) Definir la entalpa de neutralizacin Cmo se relaciona esta magnitud con los datos obtenidos en el laboratorio?.

Solucin

324.-

Datos:

Solucin

325.- En la combustin de 3,05 g de etanol (C2H5OH (l)) a 25oC se desprenden 90,45 kJ. En la combustin de 3,05 g de etanal (C2H4O (l)) se desprenden 80,90 kJ.

Datos:

Cuando se calienta el carbonato de calcio, se descompone dando xido de calcio y dixido de carbono. Calcular la entalpa de la reaccin.

a.

Calcule el volumen de butano lquido (densidad = 0,8 gr/ml) que hay que quemar en un horno para conseguir el calor necesario para descomponer 100 kg de roca caliza con un contenido de 82% de carbonato de calcio. (En la combustin del butano se forman dixido de carbono y vapor de agua).

b.

H de formacin del Carbonato de calcio (s) = -1206,90 kJ/mol;

H de formacin del xido de calcio (s) = -635,09 kJ/mol; H de formacin del dixido de carbono (g) = -393,91 kJ/mol; H de formacin del butano (l) = -146,14 kJ/mol, H de formacin del agua (g) = -241,82 kJ/mol

Calcular la entalpa de formacin del etanol a la misma temperatura.

a.

La oxidacin parcial del etanol con oxgeno produce etanal y agua. Calcula la entalpa de esta reaccin.

b.

Hf (dixido de carbono (g)) = -393,51 KJ/mol; Hf (agua (l)) = -285,83 KJ/mol;

Solucin

326.- A partir de los datos de energas medias de enlace, calcula la variacin de entalpa de formacin del amoniaco gaseoso y comprala con su valor real que es de -46,2 KJ/mol

Solucin

327.- A partir de las energas medias de enlace, calcula la entalpa de la reaccin de hidrogenacin del acetileno (CH2 = CH2) para formar etano (CH3 CH3).

Solucin

328.- A partir de las energas medias de enlace, haz una estimacin de la variacin de entalpa de la reaccin de combustin del etano.

Solucin

329.- Haz una estimacin de la entalpa de combustin del butano (g) empleando los datos de las energas medias de enlace.

Solucin