Termoquím_es

QQumica P.A.U. TERMOQUMICA 1

TERMOQUMICA

PROBLEMAS

TERMOQUMICA

1. El nafaleno (CH) es un compuesto aromtico slido que se vende para combatir la polilla. La com-bustin completa de este compuesto para producir CO(g) y HO(l) a 25 y 1 atm (101,3 kPa) des-prende 5154 kJmol.a) Escribe las reacciones de formacin del nafaleno y la reaccin de combustin.b) Calcula la entalpQua estndar de formacin del nafaleno e interprete su signo.Datos: H (CO(g)) = -393,5 kJmol; H(HO(l)) = -285,8 kJmol (P.A.U. Jun. 14)Rta.: b) H(CH) = 75,8 kJ/mol CH

Datos Cifras signifficativas: 4CH(s) + 12 O(g) 10 CO(g) + 4 HO(l) H(CH) = -5154 kJ/mol

C(s) + O(g) CO(g) H(CO) = -393,5 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(HO) = -285,8 kJ/mol

InficgnitasEntalpa de formacin del nafaleno H(CH)

EficuaficionesLey de Hess H = H(prod.) H(react.)

Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del nafaleno:

CH(s) + 12 O(g) 10 CO(g) + 4 HO(l)H = -5154 kJ/mol

La ecuacin de combustin del carbono slido (grafto) coincide con la ecuacin de formacin del CO(g).Ecuaciones de formacin:10 C(s) + 4 H(g) CH(s) H(CH)C(s) + O(g) CO(g) H(CO) = -393,5 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H(HO) = -285,5 kJ/mol

b) Por la ley de Hess,

H(CH) = 10 H(CO) + 4 H(HO) (H(CH) + 12 H(O))

-5154 [kJ] = (10 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO] + 4 [mol HO] (-285,8 [kJ/mol HO])) (H(CH))

H(CH) = 75,8 kJ/mol CH

El signo positivo indica que la reaccin de formacin es endotrmica.

2. La entalpQua de formacin del tolueno gas (CH) es de 49,95 kJ/mol y las entalpQuas de formacin del CO(g) y del HO(l) son, respectivamente, 393,14 y 285,56 kJ/mol.a) Calcula la entalpQua de combustin del tolueno, gas.b) Cuntos kJ se desprenden en la combustin completa de 23 g de tolueno?

(P.A.U. Set. 07)Rta.: a) H = -3944,17 kJ/mol b) Q = 985 kJ

Datos Cifras signifficativas: 57 C(grafto) + 4 H(g) CH(g) H(CH) = +49,95 kJ/mol


Datos Cifras signifficativas: 5C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 393,14 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(HO) = 285,56 kJ/mol

Masa de tolueno m = 23 g CH

Masa molar del tolueno M(CH) = 92,1 g/mol

InficgnitasEntalpa de combustin del tolueno H(CH)

Cuntos kJ se desprenden en la combustin completa de 23 g de tolueno Q

Otros smbolosCantidad de sustancia (nmero de moles) n


Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del tolueno:

CH(g) + 9 O(g) 7 CO(g) + 4 HO(g)H

Ecuaciones de formacin:7 C(grafto) +4 H(g) CH(g) H(CH) = +49,95 kJ/molC(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 393,14 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H(HO) = 285,56 kJ/mol

Por la ley de Hess,

H(CH) = 7 H(CO) + 4 H(HO) (H(CH) + 9 H(O))

H(CH) = (7 [mol CO] (393,14 [kJ/mol CO] + 4 [mol HO] (285,56 [kJ/mol HO])) (49,95 [kJ])

H(CH) = 3 944,17 kJ/mol CH

b) En la combustin de 23 g de tolueno se desprenden

Q=23 g C7 H81 mol C7 H892,1 g C7 H8

3944,17 kJ1 mol C7 H 8

=985 kJ

3. Para el proceso FeO(s) + 2 Al(s) AlO(s) + 2 Fe(s), calcula:a) La entalpQua de la reaccin en condiciones estndar y el calor desprendido al reaccionar 16,0 g de

FeO con la cantidad suficiente de Al.b) La masa de xido de aluminio que se obtiene en el apartado anterior.Datos: H(AlO) = -1 662 kJmol; H(FeO) = -836 kJmol (P.A.U. Set. 12)Rta.: a) H = 826 kJ; Q = 82,8 kJ; b) m = 10,2 g AlO

Datos Cifras signifficativas: 42 Al(s) + 3/2 O(g) AlO(s) H(AlO) = -1662 kJ/mol

2 Fe(s) + 3/2 O(g) FeO(s) H(FeO) = -836 kJ/mol

Masa de xido de hierro(III) m(FeO) = 16,00 g

Masa molar: xido de hierro(III) M(FeO) = 159,7 g/mol

xido de aluminio M(AlO) = 102,0 g/mol

Inficgnitas


Entalpa de la reaccin H

Calor desprendido al reaccionar 16 g de xido de hierro(III) Q

Masa de xido de aluminio obtenida m(AlO)



Soluficin:

a) Ecuacin:

FeO(s) + 2 Al(s) AlO(s) + 2 Fe(s)H

La entalpa de formacin de los elementos en estado normal es nula, por defnicin.Por la ley de Hess,

H = H(AlO) + 2 H(Fe) (H(FeO) + 2 H(Al))

H = ( 1 662 [kJ]) (- 836 [kJ])

H = 826 kJ

Q=16,00 g Fe2 O31 mol Fe2 O3

159,7 g Fe2 O3

826 kJ1 mol Fe2 O3

=82,8kJ

b)

m (Al2 O3)=16,00 g Fe2 O31 mol Fe2 O3159,7 g Fe2O3

1 mol Al2 O31 mol Fe2 O3

102,0 g Al2 O31 mol Al2 O3

=10,2 g Al2 O3

4. La combustin del acetileno [CH(g)] produce dixido de carbono y agua.a) Escribe la ecuacin quQumica correspondiente al proceso.b) Calcula el calor molar de combustin del acetileno y el calor producido al quemar 1,00 kg de

acetileno.Datos: H(CH(g))= 223,75 kJ/mol; H(CO(g)) = 393,5 kJ/mol; H(HO(g)) = -241,8 kJ/mol

(P.A.U. Jun. 06)Rta.: b) H(CH) = -1253 kJ/mol CH; Q = 4,8107 J/kg CH

Datos Cifras signifficativas: 42 C(grafto) + H(g) CH(g) H(CH) = +223,8 kJ/mol

C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 393,5 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(g) H(HO) = 241,8 kJ/mol

Masa de acetileno m = 1,000 kg CH

Masa molar: CH M(CH) = 26,04 g/mol

InficgnitasCalor molar de combustin del acetileno H(CH)

Calor producido al quemar 1,00 kg de acetileno Q




Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del acetileno:

CH(g) + 5/2 O(g) 2 CO(g) + HO(g)H

b) Ecuaciones de formacin:2 C(grafto) + H(g) CH(g) H(CH) = +223,8 kJ/molC(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 393,5 kJ/molH(g) + O(g) HO(g) H(HO) = 241,8 kJ/mol


H(CH) = 2 H(CO) + H(HO) (H(CH) + 5/2 H(O))

H(CH) = (2 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO] 241,8 [kJ])) (223,8 [kJ])

H(CH) = -1 253,0 kJ/mol CH

Q=1,000 kg C2 H2103 g1 kg

1 mol C2 H226,04 g C2 H 2

1253 kJ1 mol C2 H2

=4,812 104 kJ=4,812107 J=48,12 MJ

5. a) A partir de los datos de las entalpQuas de formacin calcula la entalpQua estndar de combustin del metano.b) Sabiendo que la combustin de 1,0 g de TNT libera 4 600 kJ calcula el volumen de metano, medido a 25 y 1 atm (101,3 kPa) de presin, que es necesario quemar para producir la misma energQua que 1,0 g de TNT.Datos: H(CH (g))= -75 kJmol; H(CO(g))= -394 kJmol; H(HO(g))= -242 kJmolR = 0,082 atmdmKmol = 8,31 JKmol (P.A.U. Jun. 12)Rta.: a) H(CH) = 803 kJ/mol CH; b) V = 140 dm CH

Datos Cifras signifficativas: 3C(grafto) + 2 H(g) CH(g) H(CH) = -75,0 kJ/mol

C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 394 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(g) H(HO) = 242 kJ/mol

Energa desprendida E = 4600 kJ

Gas metano: Temperatura T = 25 = 298 K

Presin p = 101,3 kPa = 1,01310 Pa

Constante de los gases ideales R = 8,31 JKmol

Masa molar del metano M(CH) = 16,0 g/mol

InficgnitasCalor molar de combustin del metano H(CH)

Volumen de CH(g) en las condiciones dadas que desprende esa energa V



Ecuacin de estado de los gases ideales p V = n R T


Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del metano:

CH(g) + 2 O(g) CO(g) + 2 HO(g)H

Ecuaciones de formacin:C(grafto) + 2 H(g) CH(g) H(CH) = -75,0 kJ/molC(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 394 kJ/molH(g) + O(g) HO(g) H(HO) = 242 kJ/mol

Por la ley de Hess,

H(CH) = H(CO) + 2 H(HO) (H(CH) + 2 H(O))

H(CH) = (394 [kJ] + 2 [mol HO] (242 [kJ/mol HO])) (75,0 [kJ] + 2 [mol O] (0 [kJ/mol O]))

H(CH) = 803 kJ/mol CH

b) Cantidad de metano que habra que quemar para producir 4 600 kJ

n(CH4)=4600 kJ1 mol CH4

803 kJ=5,73 mol CH4

Volumen que ocupar a 25 y 101,3 kPa, suponiendo comportamiento ideal

V (CH4)=n R T

p=

5,73 mol CH4 8,31 JK1 mol1 298 K

1,013 105 Pa=0,140 m 3=140 dm3 CH4

6. Las entalpQuas estndar de combustin del C(s) y CH(l) son -393,5 kJ/mol y -3 301 kJ/mol, respectiva-mente; y el de formacin del HO(l) vale -285,5 kJ/mol. Calcula:a) La entalpQua estndar de formacin del benceno(l)b) El calor, expresado en kJ, necesario para la obtencin de 1,0 kg de benceno(l).

(P.A.U. Jun. 09)Rta.: a) H = 83,5 kJ/mol b) Q = 1,0710 kJ

Datos Cifras signifficativas: 4CH(l) + 15/2 O(g) 6 CO(g) + 3 HO(l) H(CH) = -3 301 kJ/mol

C(s) + O(g) CO(g) H(C) = -393,5 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(HO) = -285,5 kJ/mol

Masa de benceno m = 1,000 kg = 1 000 g CH

Masa molar del benceno M(CH) = 78,1 g/mol

InficgnitasEntalpa de formacin del benceno H(CH)

Calor necesario para obtener 1,0 kg de benceno Q



Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del benceno:

CH(l) + 15/2 O(g) 6 CO(g) + 3 HO(l)H = -3 301 kJ/mol


La ecuacin de combustin del carbono slido (grafto) coincide con la ecuacin de formacin del CO(g).Ecuaciones de formacin:6 C(s) +3 H(g) CH(l) H(CH)C(s) + O(g) CO(g) H(CO) = -393,5 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H(HO) = -285,5 kJ/mol

Por la ley de Hess,

H(CH) = 6 H(CO) + 3 H(HO) (H(CH) + 15/2 H(O))

-3 301 [kJ] = (6 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO] + 3 [mol HO] (-285,5 [kJ/mol HO])) (H(CH))

H(CH) = +83,5 kJ/mol CH

b) Para obtener 1 000 g de CH se necesitan

Q=1000 g C6 H61 mol C6 H678,1 g C6 H6

83,5 kJ1 mol C6 H6

=1,07103 kJ=1,07 MJ

7. a) Teniendo en cuenta la ley de Hess, calcula la entalpQua en condiciones estndar de la siguiente reac-cin, indicando si la reaccin es exotrmica o endotrmica: CH(g) + HO(l) CHOH(l)b) Calcula la cantidad de energQua, en forma de calor, que es absorbida o cedida en la obtencin de 75 gde etanol segn la reaccin anterior, a partir de las cantidades adecuadas de eteno y agua.Datos: H(combustin)CH(g) = -1411 kJmol; H(combustin)CHOH(l) = -764 kJmol

(P.A.U. Jun. 16)Rta.: a) H = -647 kJ/mol; b) Q = 1,0510 kJ

Datos Cifras signifficativas: 3CH(g) + 3 O(g) 2 CO(g) + 2 HO(l) H(CH) = -1411 kJ/mol

CHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l) H(CHOH) = -764 kJ/mol

Masa de etanol m = 75,0 g CHOH

Masa molar: CHOH M(CHOH) = 46,1 g/mol

InficgnitasEntalpa de la reaccin: CH(g) + HO(I) CHOH(I) H

Energa en la obtencin de 75 g de etanol Q



Soluficin:

a) Como la entalpa es una funcin de estado, es independiente del camino.La ecuacin de la reaccin se puede obtener por combinacin lineal de las ecuaciones de combustin

CH(g) + 3 O(g) 2 CO(g) + 2 HO(l) H = - 1411 kJ/molCHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l) H = - 764 kJ/mol

Dejando la primera ecuacin como est y multiplicando la segunda por -1 y sumando queda:CH(g) + 3 O(g) = 2 CO(g) + 2 HO(l) H = -1411 kJ/mol2 CO(g) + 3 HO(l) = CHOH(l) + 3 O(g) -H = +764 kJ/molCH(g) + HO(l) = CHOH(l) H = -647 kJ/mol

La reaccin es exotrmica, desprende energa.


b) Al obtener 75 g de CHOH se desprenden

Q=75,0 g C2 H 5OH1 mol C2 H 5OH

46,1 g C2 H5 OH647 kJ

1 mol C6 H6=1,05103 kJ=1,05 MJ

8. Dada la siguiente reaccin: C(grafito) + 2 S(s) CS(l)a) Calcula la entalpQua estndar de la reaccin a partir de los siguientes datos:

C(grafito) + O(g) CO(g)H = -393,5 kJmolS(s) + O(g) SO(g)H = -296,1 kJmolCS(l) + 3 O(g) CO(g) + 2 SO(g)H = -1072 kJmol

b) Calcula la energQua necesaria, en forma de calor, para la transformacin de 5 g de C(grafito) en CS(l), en condiciones estndar.

(P.A.U. Set. 11)Rta.: a) H(CS) = 86 kJ/mol CS; b) Q = 36 kJ


S(s) + O(g) SO(g) H(SO) = 296,1 kJ/mol

CS(l) + 3 O(g) CO(g) + 2 SO(g) H = -1072 kJ/mol

Masa de grafto m = 5,00 g C

Masa molar del carbono M(C) = 12,0 g/mol

InficgnitasEntalpa estndar de reaccin (de formacin del CS) H(CS)

Calor necesario para convertir 5 g de grafto en CS Q



Soluficin:

a) EcuacionesDe formacinC(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = -393,5 kJmolS(s) + O(g) SO(g) H(SO) = -296,1 kJmolC(grafto) + 2 S(s) CS(l) H(CS)De combustinCS(l) + 3 O(g) CO(g) + 2 SO(g) H(CS) = -1072 kJmol

Por la ley de Hess,

H(CS) = H(CO) + 2 H(SO) (H(CS) + 3 H(O))

-1072 [kJ] = (1 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO]) 2 [mol SO] (-296,1 [kJ/mol SO])) (H (CS) + 3 0)

H (CS) = 86 kJ/mol CS

Q=5,00 g C 1 mol C12,0 g C

86 kJ1 mol C

=36 kJ

9. En la fermentacin alcohlica de la glucosa se obtiene etanol y dixido de carbono. La ecuacin quQu-mica correspondiente es: CHO(s) 2 CO(g) + 2 CH-CHOH(l)


a) Calcula la H de esta reaccin.b) Cuntos decQumetros cbicos de dixido de carbono, medidos a 25 y 0,98 atm, se podrQuan

obtener en la fermentacin de 1 kg de glucosa?Datos: EntalpQuas estndar de combustin: CHO(s) = -2 813 kJ/mol;CH-CHOH(l) = -1 371 kJ/mol; R = 0,082 atmdmKmol (P.A.U. Set. 09)Rta.: a) H = -71 kJ/mol b) V = 277 dm

Datos Cifras signifficativas: 4CHO(s) + 6 O(g) 6 CO(g) + 6 HO(l) H(CHO) = -2 813 kJ/mol

CH-CHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l) H(CH-CHOH) = -1 371 kJ/mol

Masa de glucosa m = 1,000 kg = 1 000 g CHO

Temperatura de la reaccin t = 25 = 298 K

Presin exterior p = 0,98000 atm

Constante de los gases ideales R = 0,082000 atmdmKmol

Masa molar: CHO M(CHO) = 180,2 g/mol

InficgnitasEntalpa de fermentacin de la glucosa H

Volumen de CO que se podra obtener en la fermentacin V




Soluficin:

a) Como la entalpa es una funcin de estado, es independiente del camino.La ecuacin de fermentacin de la glucosa se puede obtener por combinacin lineal de las ecuaciones de combustin

CHO(s) + 6 O(g) 6 CO(g) + 6 HO(l) H = -2 813 kJ/molCH-CHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l) H = -1 371 kJ/mol

Dejando la primera ecuacin como est y multiplicando la segunda por -2 y sumando queda:CHO(s) + 6 O(g) = 6 CO(g) + 6 HO(l) H = -2 813 kJ/mol-2 CH-CHOH(l) - 6 O(g) = -4 CO(g) -6 HO(l) -2H = 2 742 kJ/molCHO(s) = 2 CO(g) + 2 CH-CHOH(l) H = -71 kJ/mol

b) De la reaccin de fermentacin ajustada se puede calcular la cantidad de CO producido

n(CO2)=1 000 g C6 H12 O61 mol C6 H12 O6

180,2 g C6 H12 O6

2 mol CO21 mol C6 H12 O6

=11,10 mol CO2

Suponiendo comportamiento ideal para el CO:

V (CO2)=n R T

p=

11,10 mol CO2 0,082000 atmdm3 K1 mol1 298 K

0,9800 0atm=276,8 dm3 CO2

10. El calor que se desprende en el proceso de obtencin de un mol de benceno lQuquido a partir de etino gas mediante la reaccin: 3 CH(g) CH(l) es de -631 kJ. Calcula:a) La entalpQua estndar de combustin del CH(l) sabiendo que la entalpQua estndar de combustin


del CH(g) es -1302 kJmol.b) El volumen de etino, medido a 25 y 15 atm (1519,5 kPa), necesario para obtener 0,25 dm de

benceno.Datos: R = 0,082 atmdmKmol = 8,31 JKmol; densidad benceno 950 g/dm

(P.A.U. Jun. 13)Rta.: a) H = -3 275 kJ/mol; b) V = 14,88 dm CH

Datos Cifras signifficativas: 43 CH(g) CH(l) H = -631,0 kJ/mol

CH(g) + 5/2 O(g) 2 CO(g) + HO(g) H(CH) = -1 302 kJ/mol

Volumen de benceno lquido V(CH) = 0,25000 dm

Densidad del benceno lquido (CH) = 950,0 g/dm

Condiciones gas etino: Temperatura T = 25,00 = 298,2 K

Presin p = 15,00 atm = 1520 kPa



InficgnitasEntalpa de combustin del benceno H

Volumen de etino necesario para obtener 0,25 dm de benceno V(CH)




Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del benceno:

CH(l) + 15/2 O(g) 6 CO(g) + 3 HO(g)H

Como la entalpa es una funcin de estado, es independiente del camino.La ecuacin de combustin del benceno se puede obtener por combinacin lineal de las ecuaciones:

CH(g) + 5/2 O(g) 2 CO(g) + HO(g) H = -1 302 kJ/mol3 CH(g) CH(l) H = -631,0 kJ/mol

Multiplicando la primera ecuacin por 3 y multiplicando la segunda por -1 y sumando queda:3 CH(g) + 15/2 O(g) = 6 CO(g) + 3 HO(g) 3H = -3 906 kJ/mol-3 CH(g) = -CH(l) -H = 631,0 kJ/molCH(l) + 15/2 O(g) = 6 CO(g) + 3 HO(g) H = -3 275 kJ/mol

b)

n(C6 H6)=0,2500 0dm3 C6 H6

950,0 g C6 H61 dm3 C6 H6

1 mol C6 H678,11 g C6 H6

=3,040 mol C6 H6

n(C2 H2)=3,040 mol C6 H6 3 mol C2 H21 mol C6 H6

=9,121 mol C2 H2

Volumen que ocupar a 25 y 1520 kPa, suponiendo comportamiento ideal para el CH

V (C2 H2)=n R T

p=

9,121 mol C2 H2 8,31 JK1 mol1 298,2 K

1,520106 Pa=0,0140 9m3=14,9 dm3 C2 H2


11. a) Calcula el calor de formacin del acetileno (CH(g)) a partir de los calores de formacin del HO(l) y del CO(g) y del calor de combustin del CH(g).b) Q volumen de dixido de carbono medido a 30 y presin atmosfrica (1 atm) se generar en lacombustin de 200 g de acetileno?Datos: H(HO(l)) = 285,8 kJ/mol; H(CO(g)) = 393,3 kJ/mol; H(CH(g)) = -1300 kJ/molR = 0,082 atmdm/(Kmol) (P.A.U. Jun. 07)Rta.: a) H(CH) = 228 kJ/mol CH ; b) V = 382 dm CO

Datos Cifras signifficativas: 4CH(g) + 5/2 O(g) 2 CO(g) + HO(l) H(CH) = -1 300 kJ/mol


H(g) + O(g) HO(l) H(HO(l)) = 285,8 kJ/mol

Masa de acetileno m = 200,0 g CH

Presin a la que se mide el volumen de CO p = 1,000 atm

Temperatura a la que se mide el volumen de CO T = 30 = 303 K


InficgnitasCalor molar de formacin del acetileno H(CH)

Volumen de CO a 30 y 1 atm generado al quemar 200 g de acetileno V



Soluficin:

a) Ecuacin de combustin del acetileno:

CH(g) + 5/2 O(g) 2 CO(g) + HO(g)H = -1300 kJ/mol

Ecuaciones de formacin:2 C(grafto) + H(g) CH(g) H(CH)C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 393,31 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H(HO) = 285,8 kJ/mol

Por la ley de Hess,

H(CH) = 2 H(CO) + H(HO) (H(CH) + 5/2 H(O))

-1 300 kJ = (2 [mol CO] (393,3 [kJ/mol CO] 285,8 [kJ])) (H(CH))

H(CH) = 228 kJ/mol CH

b) De la estequiometra de la reaccin:

n(CO2)=200 g C2 H21 mol C2 H 226,0 g C2 H2

2 mol CO21 mol C2 H2

=15,4 mol CO2

Suponiendo comportamiento ideal para el CO:

p V = n R T V=n R Tp

=15,4 mol CO2 0,082 atmdm

3 K1 mol1 303 K

1,00 atm=382 dm3 CO2

12. Considera que la gasolina est compuesta principalmente por octano (CH) y que en el bioetanol el compuesto principal es el etanol (CHCHOH). Con los siguientes datos: H(CO(g)) = -393,5 kJ/mol;


H(HO(l)) = -285,8 kJ/mol; H(CH(l)) = -5445,3 kJ/mol; H(CHCHOH(l)) = -1369,0 kJ/mol; densidad a 298 K del etanol = 0,79 g/cm y del octano = 0,70 g/cm.a) Escribe la ecuacin de la reaccin de combustin del etanol y calcula la entalpQua estndar de

formacin del etanol a 25 .b) Cuntos litros de bioetanol se necesitan para producir la misma energQua que produce 1 dm de

gasolina?(P.A.U. Set. 14)

Rta.: a) H(CHO) = -275,4 kJ/mol; b) V = 1,43 dm CHCHOH



CH(l) + 25/2 O(g) 8 CO(g) + 9 HO(g) H(CH) = 5445,3 kJ/mol

CHCHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l) H(CHO) = -1369,0 kJ/mol

Densidad del etanol CH = 0,790 g/cm

Densidad del octano CH = 0,700 g/cm

Volumen de gasolina V = 1,00 dm

Temperatura T = 25 = 298 K

Masa molar: Octano M(CH) = 114 g/mol

Etanol M(CHO) = 46,1 g/mol

Incgnitas

Entalpa de formacin del etanol H(CHO)

Volumen de bioetanol que libera la misma energa que 1 dm de gasolina V



Soluficin:

a) La ecuacin de combustin del etanol es

CHCHOH(l) + 3 O(g) 2 CO(g) + 3 HO(l)

Por la ley de Hess,

H(CHO) = 2 H(CO) + 3 H(HO) (H(CH) + H(O))

-1369,0 kJ/mol CHO = (2 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO] + 3 [mol HO] (285,8 [kJ/mol HO])) (1 [mol CHO] H(CHO) + 3 [mol O] 0)

H(CHO(l)) = -275,4 kJ/mol

b) Un (1,00) litro de gasolina son

n(C8 H18)=1,00 dm3 gasolina

103 cm3

1 dm30,700 g gasolina

1 cm3 gasolina

1 mol C8 H 18114 g gasolina

=6,13 mol C8 H18

y al quemarse produce una energa de

Q=6,13 mol C8 H185445,3 kJ

1 mol C8 H18=3,34 104 kJ

La cantidad de bioetanol que producira esa energa sera


n(C2 H5OH )=3,34 104 kJ

1 mol C2 H5 OH

1369,0 kJ=24,4 mol C2 H5 OH

que ocuparan un volumen de

V (C2 H5OH )=24,4 mol C2 H5 OH46,1 g C2 H5 OH

1 mol C2 H5 OH

1 cm 3 C2 H5 OH

0,790 g C2 H5 OH=1,43103 cm3=1,43 dm3 C2 H5 OH

13. A partir de las entalpQuas de combustin y aplicando la Ley de Hess, calcula:a) La entalpQua de la siguiente reaccin: 3 C(grafito)(s) + 4 H(g) CH(g).b) La energQua liberada cuando se quema 1 dm de propano medido en condiciones normales.Calores de combustin: H(C(grafito)(s)) = -393,5 kJmol; H(CH(g)) = -2219,9 kJmol; H(H(g)) = -285,8 kJ/mol; R = 0,082 atmLKmol = 8,31 JKmol (P.A.U. Set. 16)Rta.: a) H = 104 kJ; Q = -99,1 kJ

Datos Cifras signifficativas: 4CH(g) + 5 O(g) 3 CO(g) + 4 HO(l) H(CH) = 2219,9 kJ/mol

C(grafto)(s) + O(g) CO(g) H(C) = -393,5 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(H) = -285,8 kJ/mol

Volumen de propano que se quema V = 1,00 dm

Condiciones normales: Temperatura T = 273,2 K

Presin p = 1,000 atm

Constante de los gases ideales R = 0,082000 atmLKmol

InficgnitasEntalpa de formacin del propano H(CH)

Energa liberada al quemar 1 dm de propano en condiciones normales. Q



Soluficin:

a) Como la entalpa es una funcin de estado, es independiente del camino.La ecuacin de formacin del propano se puede obtener por combinacin lineal de las ecuaciones de com-bustin:

C(grafto)(s) + O(g) CO(g) H = -393,5 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H = -285,8 kJ/molCH(g) + 5 O(g) 3 CO(g) + 4 HO(l) H = -2219,9 kJ/mol

Multiplicando la primera ecuacin por 3, la segunda por 4 y la tercera por -1 y sumando queda:3 C(grafto)(s) + 3 O(g) = 3 CO(g) 3 H = -1181 kJ4 H(g) + 2 O(g) = 4 HO(l) 4 H = -1143 kJ3 CO(g) + 4 HO(l) = CH(g) + 5 O(g) -H = 2220 kJ3 C(grafto)(s) + 4 H(g) CH(g) H = -104 kJ

b) La cantidad de propano que hay en 1 dm en condiciones normales, suponiendo comportamiento ideal, es:

p V = n R T n=p VR T

= 1,000 atm 1,000 dm3

0,082000 atmdm 3 K1 mol1 273,2 K=0,0440 6mol C3 H8

La energa producida por la combustin es:


Q = 0,04406 mol CH 2219,9 kJ/mol CH = 99,10 kJ

14. La entalpQua de combustin del propano(gas) es 526,3 kcal. Las H de formacin del dixido de car-bono(gas) y del agua(lQuquida) son respectivamente 94,03 y 68,30 kcal/mol. Calcula:a) La entalpQua de formacin del propano.b) Los kilogramos de carbn que habrQua que quemar (con un rendimiento del 80 %), para producir la

misma cantidad de energQua que la obtenida en la combustin de 1 kg de propano.Dato: La entalpQua de combustin del carbn es de 5 kcal/g (P.A.U. Jun. 04)Rta.: a) H(CH) = 29,0 kcal/mol CH ; b) 3 kg carbn

Datos Cifras signifficativas: 4CH(g) + 5 O(g) 3 CO(g) + 4 HO(l) H(CH) = 526,3 kcal/mol

C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO) = 94,03 kcal/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(HO) = 68,30 kcal/mol

Entalpa de combustin del carbn Q = 5,000 kcal/g carbn

Rendimiento de la combustin del carbn r = 80,00 %

Masa de propano que se quema m(CH) = 1,000 kg

Masa molar del propano M(CH) = 44,10 g/mol

InficgnitasEntalpa de formacin del propano H(CH)

Masa de carbn que produzca la misma energa que 1 kg CH m(carbn)


Soluficin:

a) Por la ley de Hess:

H(CH) = 3 H(CO) + 4 H(HO) (5 H(O) + H(CH))

1 [mol CH] (526,3 [kcal/mol CH]) =

= 3 [mol CO] (-94,03 [kcal/mol CO]) + 4 [mol HO] (-68,30 [kcal/mol HO]) 5 [mol O] 0 H(CH)

H(CH) = 28,99 kcal/mol CH

b) La energa producida por 1 kg de propano es:

Q1=1000 g C3 H81 mol C3 H8

44,10 g C3 H8

526,3 kcal1 mol C3 H8

=1,194 104 kcal

La energa producida por 1 kg de carbn es:

Q 2=1000 g carbn5,000 kcal1 g carbn

=5,000 103 kcal

Si el rendimiento es del 80 %, la energa producida realmente es:

Q = 80,00 % 5,000 10 kcal/kg carbn = 4,000 10 kcal/kg carbn

Por lo que la masa que se necesita de carbn es:

m (carbn)=1,000 kg propano 1,194104 kcal

1,000 kg propano1,000 kg carbn

4,000103 kcal=2,984 kg carbn

Anlisis: Si se tuvieran en cuenta las cifras signifcativas de los datos para este apartado, (5 kcal/g), el resulta-do solo tendra una cifra signifcativa y sera: 3 kg de carbn.


Tambin se podra haber usado el valor de H (CO) ya que equivale a la entalpa de combustin del grafto. En ese caso el resultado hubiese sido: m(carbn) =1,91 kg grafto. La diferencia entre ambos resultados se debe a que el carbn (que no especifca si es hulla, antracita, etc.) contiene un porcentaje considerable de impurezas.

15. El cido etanoico(lQuquido) [cido actico] se forma al reaccionar carbono(slido), hidrgeno molecu-lar(gas) y oxQugeno molecular(gas). Los calores de combustin del cido etanoico(l); hidrgeno(g) y car-bono(s) son respectivamente 870,7; 285,8 y 393,13 kJ/mol.a) Escribe adecuadamente las ecuaciones quQumicas de los distintos procesos de combustin y la

correspondiente a la formacin del cido etanoico.b) Calcula el calor de formacin, a presin constante, de dicho cido etanoico.c) Cuntas kilocalorQuas se desprenden en la formacin de 1 kg de cido etanoico?Dato: 1 J = 0,24 cal (P.A.U. Set. 04)Rta.: b) H = 487,1 kJ/mol; b) Q = 1,9410 kcal.

Datos Cifras signifficativas: 4CHCOOH(l) + O(g) 2 CO(g) + 2 HO(l) H(CHO) = -870,7 kJ/mol

C(grafto) + O(g) CO(g) H(C) = 393,1 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(l) H(H) = 285,8 kJ/mol

Masa de cido etanoico m = 1,000 kg CHCOOH

Masa molar del cido etanoico M(CHO) = 60,05 g/mol

Equivalencia de unidades1 J = 0,24000 cal1 kJ = 0,24000 kcal

InficgnitasEntalpa de formacin del cido etanoico H(CHO)

Energa liberada en la combustin Q



Soluficin:

a) Ecuaciones de combustinCHCOOH(l) + O(g) 2 CO(g) + 2 HO(l) H(CHO) = 870,7 kJ/molC(grafto) + O(g) CO(g) H(C) = 393,13 kJ/molH(g) + O(g) HO(l) H(H) = 285,8 kJ/mol

Ecuacin de formacin del cido etanoico2 C(grafto) + 2 H(g) + O(g) CHCOOH(l) H


H(CHO) = 2 H(C) + 2 H(H) (H(CHO) + H(O))

870,7 [kJ] = (2 [mol C] (393,1 [kJ/mol C] + 2 [mol H] (285,8 [kJ/mol H])) (1 [mol CHO] H)

H(CHO) = 487,1 kJ/mol

c)

Q=1,000 kg C2 H4 O2103 g1 kg

1 mol C2 H4 O260,05 g C2 H4 O2

487,1 kJ1 mol C2 H4 O2

0,2400 0kcal1 kJ

=1,940 103 kcal


16. Las entalpQuas de formacin del butano(g), dixido de carbono(g) y agua(l) a 1 atm (101,3 kPa) y 25 son -125,35 kJmol, -393,51 kJmol y -285,83 kJmol, respectivamente. Formula la reaccin de combustin del butano y calcula:a) El calor que puede suministrar una bombona que contiene 6 kg de butano.b) El volumen de oxQugeno, medido en condiciones normales, que se consumir en la combustin del

butano contenido en la bombona.Dato: R = 0,082 atmdmKmol = 8,31 JKmol (P.A.U. Set. 13)Rta.: a) Q = 2,9700710 J; b) V = 15 m O

Datos Cifras signifficativas: 5C(s) + H(g) CH(g) H(CH) = -125,35 kJ



Masa de butano m(CH) = 6,0000010 g

Constante de los gases ideales R = 0,082 atmdmKmol

Masa molar del butano M(CH) = 58,124 g/mol

InficgnitasCalor desprendido en la combustin de 6 kg de butano Q

Volumen de oxgeno necesario V(O)




Soluficin:

a) La ecuacin de combustin es

CH(g) + 13/2 O(g) 4 CO(g) + 5 HO(l)

Por la ley de Hess,

H(CH) = 4 H(CO) + 5 H(HO) (H(CH) + 13/2 H(O))

H(CH) = (4 [mol CO] ( 393,51 [kJ/mol CO] + 5 [mol HO] ( 285,53 [kJ/mol HO])) (1 [mol CH] (-125,35 [kJ/mol CH]) + 13/2 [mol O] 0) = 2 877,84 kJ

La ecuacin termoqumica queda:

CH(g) + 13/2 O(g) 4 CO(g) + 5 HO(l)H = 2,87708410 kJ/mol CH

La cantidad de butano que hay en una bombona de 6 kg es:

n(C4 H10)=6,0000 0103 g C4 H10

1 mol C4 H1058,124 g C4 H10

=103,23 mol C4 H 10

El calor desprendido por el butano que hay en una bombona de 6 kg es:

Q = 103,23 [mol CH] 2,87708410 [kJ/mol CH] = 2,9700710 kJ

b) De la estequiometra de la reaccin:

n(O2)=103,23 mol C4 H1013/2 mol O21 mol C4 H10

=670,98 mol O2

Suponiendo comportamiento ideal para el O,


V (O2)=n (O2)R T

p=

670,98 mol O20,082 atmdm3 K1 mol1273 K

1,0 atm=15 103 dm3 O2

Este resultado tiene solo dos cifras signifcativas, porque son las del dato que menos tiene (la constante R)

17. Si suponemos que la gasolina es una mezcla de octanos de frmula general CH:a) Calcula el volumen de aire medido a 25 y 1 atm (101,3 kPa) que se necesita para quemar

100 dm de gasolina.b) Calcula el calor desprendido cuando se queman 100 dm de gasolina.Datos: R = 0,082 atmdmKmol = 8,31 JKmolH(CO(g)) = -393,5 kJmol; H(HO(l)) = -285,8 kJmol; H(CH(l)) = 249,8 kJmol;oxQugeno en el aire = 21 % en volumen; densidad del octano = 800 gdm (P.A.U. Jun. 10)Rta.: a) V = 1,0210 m aire b) Q = 4,1810 J

Datos Cifras signifficativas: 3Volumen de gasolina V = 100 dm = 0,100 m

Densidad de la gasolina = 800 g/dm = 800 kg/m

Aire(gas): Temperatura T = 25 = 298 K

Presin p = 101,3 kPa = 1,01310 Pa

Contenido de oxgeno en el aire (% V) r = 21,0 % en volumen

Entalpas estndar de formacin: Cifras signifficativas: 4C(grafto) + O(g) CO(g) H(CO(g)) = -393,5 kJ/mol

H(g) + O(g) HO(g) H(HO(l)) = -285,8 kJ/mol

C(grafto) + H(g) CH(l) H(CH(l)) = 249,8 kJ/mol

Constante de los gases ideales R = 8,31 molK

Masa molar del octano: M(CH) =114,2 g/mol

InficgnitasVolumen de aire necesario V

Calor desprendido Q




Soluficin:

La ecuacin de combustin es

CH(l) + 25/2 O(g) 8 CO(g) + 9 HO(g)

La cantidad de gasolina que hay en 100 dm es:

n(C8 H18)=100 dm3 gasolina

1 m3

103 dm3800 kg gasolina

1 m3 gasolina

103 g1 kg

1 mol C8 H18114,2 g gasolina

=700 mol C8 H 18

La cantidad de oxgeno que se necesita para la combustin es:

n(O2)=700 mol C8 H1825 /2 mol O21 mol C8 H18

=8,75103 mol O2


Qe, suponiendo comportamiento ideal, ocuparn:

V=n (O2) R T

p=

8,75103 mol O2 8,31 JK1 mol1298 K

1,013105 Pa=214 m3 O2

Como el aire contiene un 21 % en volumen de oxgeno, el volumen de aire que contendr ese volumen ser:

V=214 m3 O2100 m3 aire

21,0 m3 O2=1,02 103 m 3 aire

Por la ley de Hess,

H(CH) = 8 H(CO) + 9 H(HO) (H(CH) + 25/2 H(O))

H(CH) = (8 [mol CO] (393,5 [kJ/mol CO] + 9 [mol HO] (285,8 [kJ/mol HO])) (1 [mol CH] 249,8 [kJ/mol CH] + 25/2 [mol O] 0) = 5 970 kJ

La ecuacin termoqumica queda:

CH(l) + 25/2 O(g) 8 CO(g) + 9 HO(l)H = 5,9710 kJ/mol CH

Q = 700 [mol CH] 5,9710 [kJ/mol CH] = 4,18106 kJ = 4,1810 J = 4,18 GJ

18. a) A partir de los datos de la tabla, calcula la entalpQua estndar de combustin del metano.Enlace C H O H O = O C = O

EntalpQua de enlace en condiciones estndar (kJ/mol) 413 482 498 715b) Calcula el volumen de dixido de carbono medido a 25 y 1 atm (101,3 kPa) que se generar en la combustin completa de 100 g de metano.Dato: R = 0,082 atmLKmol = 8,31 JKmol (P.A.U. Set. 15)Rta.: a) H(CH) = -710 kJ/mol; b) V = 153 dm

Datos Cifras signifficativas: 3Entalpa de enlace: C H H(C-H) = 413 kJ/mol

O H H(O-H) = 482 kJ/mol

O = O H(O=O) = 498 kJ/mol

C = O H(C=O) = 715 kJ/mol

Presin p = 101,3 kPa = 1,01310 Pa

Temperatura T = 25 = 298 K

Masa de metano m(CH) = 100 g CH

Masa molar del metano M(CH) = 16,0 g/mol


InficgnitasEntalpa estndar de combustin del metano H(CH)

Volumen de dixido de carbono V

Otros smbolosCantidad de sustancia n



Concentracin de la sustancia X [X] = n(X) / V


Soluficin:

a) La entalpa es una funcin de estado. La variacin de entalpa de un proceso es independiente del ca-mino seguido. La combustin del metano

CH(g) + 2 O(g) CO(g) + 2 HO(g)

puede imaginarse por un hipottico camino de rotura y formacin de enlaces:

C + 4 H H = 4 H(C-H)

2 O = O 4 O H = 2 H(O=O)

C + 2 O O=C=O H = -2 H(C=O)

4 H + 2 O 2 HOH H = -4 H(O-H)

La entalpa de combustin del metano puede expresarse:

H(CH) = 4 H(C-H) + 2 H(O=O) 2 H(C=O) 4 H(O-H) =4 413 [kJ/mol] + 2 498 [kJ/mol] 2 715 [kJ/mol] 4 482 [kJ/mol] = -710 kJ/mol

b) Se calcula la cantidad de CH

n(CH4)=100 g CH4 1 mol CH416,0 g CH4

=6,25 mol CH4

Se calcula la cantidad de CO de la ecuacin de combustin ajustada:

n(CO) = n(CH) = 6,13 mol CO

Se calcula el volumen de CO de la ecuacin de estado de los gases ideales, suponiendo comportamiento ideal:

p V = n R T V=n R T

p=6,25 mol8,31 Jmol

1 K1298 K

101,3 103 Pa=0,153 m3=153 dm3

CUESTIONES

ESPONTANEIDAD.

1. Explica brevemente por qu muchas reacciones endotrmicas transcurren espontneamente a altas temperaturas.

(P.A.U. Jun. 07)

Soluficin:

El criterio de espontaneidad de una reaccin qumica viene dado por el signo de la entalpa libre o energa libre de Gibbs G:

G = H T S

donde H es la variacin de entalpa del proceso y S la variacin de entropa.Un proceso es espontneo si G < 0.Si la reaccin es endotrmica,

H > 0

por lo que si la temperatura es muy baja, el segundo trmino apenas infuye y

G > 0

H CH

HH


que indica que el proceso no ser espontneo.Pero si la variacin de entropa del proceso es positiva, y la temperatura lo sufcientemente alta para que

T S > H

sera

G < 0

y el proceso sera espontneo.

LABORATORIO

1. Para calcular en el laboratorio la entalpQua de disolucin del NaOH(s) se disuelven 2,0 g de NaOH en 500 cm de agua en un calorQumetro que tiene un equivalente en agua de 15 g, producindose un au-mento de temperatura de 1,0 .a) Explica detalladamente el material y procedimiento empleados.b) Cul es la entalpQua de disolucin del NaOH?Datos: Calor especQufico(agua) Calor especQufico(disolucin) = 4,18 J/(g) y densidad del agua = 1 gcm (P.A.U. Jun. 13)Rta.: a) H = 44 kJ / mol NaOH

Soluficin:

En una probeta de 500 cm, se miden 500 cm de agua y se vierten en un calormetro. Se espera unos minu-tos y se mide la temperatura con un termmetro.Se pesa un vidrio de reloj en una balanza y se echan lentejas de NaOH con una varilla hasta que su masa aumente 2,0 g.Rpidamente (para evitar la hidratacin y carbonatacin del NaOH) se echa el hidrxido de sodio en el ca-lormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo y se resta del valor inicial de la del agua.

Clculos: (Supondr que los datos tienen al menos dos cifras signifcativas)Al ser el calormetro un sistema aislado, el proceso es adiabtico, no se intercambia calor con el entorno.

Q(cedido en la disolucin) + Q(ganado por la disolucin) + Q(ganado por el calormetro) = 0

La masa de agua es:

m(agua) = 500 cm 1,00 g/cm = 500 g agua

El calor ganado por la disolucin es aproximadamente igual al calor ganado por el agua:

Q = m(agua) c(agua) t = 500 g 4,18 J/(g) 1,0 = 2,110 J

El calor ganado por el calormetro se calcula de forma anloga, usando el equivalente en agua del calorme-tro.

Q = m(equivalente en agua) c(agua) t = 15 g 4,18 J/(g) 1,0 = 63 J

Q(cedido en la disolucin) = -(2,110 J + 63 J) = -2,210 J

H do= 2,210

3 J2,0 g NaOH

1 kJ

103 J

40 g NaOH1 mol NaOH

=44 kJ /mol NaOH

2. Se desea calcular en el laboratorio la entalpQua de disolucin del NaOH(s) y para eso se disuelven 4,0 g de NaOH en 500 cm de agua en un calorQumetro que tiene un equivalente en agua de 15 g, producin-dose un aumento de la temperatura de 2,0 .a) Explica detalladamente el material y procedimiento empleados.b) Cul es la entalpQua molar de disolucin del NaOH?


Datos: Calor especQufico(agua) Calor especQufico(disolucin) = 4,18 J/g y densidad(agua) = 1 g/mL(P.A.U. Set. 15)

Soluficin:

En una probeta de 500 cm, se miden 500 cm de agua y se vierten en un calormetro. Se espera unos minu-tos y se mide la temperatura con un termmetro.Se pesa un vidrio de reloj en una balanza y se echan lentejas de NaOH con una varilla hasta que su masa aumente 4,0 g.Rpidamente (para evitar la hidratacin y carbonatacin del NaOH) se echa el hidrxido de sodio en el ca-lormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo y se resta del valor inicial de la del agua.



La masa de agua es:

m(agua) = 500 cm 1,0 g/cm = 500 g agua

La masa de disolucin es:

m(disolucin) = 500 g agua + 4,0 g NaOH = 504 g disolucin

El calor ganado por la disolucin es:

Q = m(disolucin) c(disolucin) t = 504 g 4,18 J/(g) 2,0 = 4,210 J


Q = m(equivalente en agua) c(agua) t = 15 g 4,18 J/(g) 2,0 = 1,310 J

Q(cedido en la disolucin) = -(4,210 J + 1,310 J) = -4,310 J

H do= 4,310

3 J4,0 g NaOH

1 kJ

103 J

40 g NaOH1 mol NaOH

=43 kJ /mol NaOH

3. Explica detalladamente como se puede determinar en el laboratorio el calor de disolucin de KOH(s) en agua. Efecta el clculo (a la presin y temperatura de laboratorio) suponiendo una masa de hidr-xido de potasio de 4,5 g que se disuelven en 450 cm en un calorQumetro que tiene un equivalente en agua de 15 g. El incremento de la temperatura es de 2,5 .Datos: Calor especQufico del agua: 4,18 J/(g) y densidad del agua: 1 g/cm. (P.A.U. Set. 05)Rta.: H(KOH) = 61 kJ/mol.

Soluficin:

Procedimiento:En una probeta de 500 cm, se miden 450 cm de agua y se vierten en un calormetro. Se espera unos minu-tos y se mide la temperatura con un termmetro.Se pesa un vidrio de reloj en una balanza y se echa el KOH con una varilla hasta que su masa aumente 4,5 g.Rpidamente (para evitar la hidratacin y carbonatacin del KOH) se echa el hidrxido de potasio en el ca-lormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo y se resta del valor inicial de la temperatura del agua.

Clculos: (Supondr que los datos tienen al menos dos cifras signifcativas)

masa de agua = 450 dm 1,0 g/cm = 450 g agua

Al ser el calormetro un sistema aislado, el proceso es adiabtico, no se intercambia calor con el entorno.



El calor ganado por la disolucin es aproximadamente igual al calor ganado por el agua.



Q = m(equivalente en agua) c(agua) t = 15 g 4,18 J/(g) 2,5 = 1,610 J

Q(cedido en la disolucin) = (4,710 + 1,610) J = 4,910 J

H do=4,910

3 J4,5 g KOH

1 kJ

103 J

56 g KOH1 mol KOH

=61 kJ /mol KOH

4. a) Indica el procedimiento que se debe seguir y el material utilizado para determinar la entalpQua de di-solucin del NaCl, si al disolver 0,2 moles de dicha substancia en 500 cm de agua se produce un in-cremento de temperatura de 2 .b) Cul ser el valor de la entalpQua de disolucin del compuesto expresado en J/mol?Datos: Calor especQufico(agua) Calor especQufico(disolucin) = 4,18 J/(g); densidad(agua) = 1 g/cm

(P.A.U. Jun. 11)Rta.: b) H = -210 J/mol

Soluficin:

Material:Calormetro de 1 000 cm: recipiente aislado (cmo uno termo)Probeta de 500 cm. Tubo cilndrico graduado en cm con base de apoyo.Termmetro.Balanza.Vidrio de relojAgitador. Varilla de vidrio.

Procedimiento:En una probeta de 500 cm, se miden 500 cm de agua y se vierten en un calormetro. Se mide la temperatu-ra con un termmetro.

En una balanza se pesan: 0,20 mol NaCl58,5 g NaCl1 mol NaCl

=12 g NaCl sobre un vidrio de reloj.

Se echa el cloruro de sodio en el calormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo.Se vaca el calormetro y se lava.


Calor ganado por la disolucin y el calormetro + calor desprendido en el proceso de disolucin = 0

Suponiendo que el calor absorbido por el soluto y el calormetro son despreciables frente al calor ganado por el agua

Q = - m(agua) c(agua) t = 500 g 4,18 J/(g ) 2,0 = 4,210 J

H do=4,2 10

3 J0,20 mol

=2,1104 J /mol

Anlisis: Si al echar 12 g de sal en agua la temperatura subiera 2 habra que sospechar que la substancia no era NaCl o habra que tirar el termmetro, porque la disolucin de sal en agua no desprende calor.

5. Se quiere determinar la H del proceso de disolucin de un compuesto inico AB. Indica el procedi-miento a seguir y el material a utilizar. Si al disolver 0,2 moles de dicha sustancia en 500 cm de agua


se produce un incremento de temperatura de 2 . Cul ser el valor de H, en J/mol, para dicho pro-ceso de disolucin?Datos: c(disolucin) = c(agua) = 4,18 J/(g) densidad del agua = 1 g/cm y masa de disolucin = masa del agua. (P.A.U. Set. 07)Rta.: H = 210 J/mol

Soluficin:

En una probeta de 500 cm, se miden 500 cm de agua y se vierten en un calormetro. Se espera unos minu-tos y se mide la temperatura con un termmetro.Se pesa un vidrio de reloj en una balanza y se aade la masa del compuesto inico AB que corresponde a los 0,2 moles con una varilla.Se echa el slido inico en el calormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo y se resta del valor inicial de la del agua.



El calor ganado por la disolucin es aproximadamente igual al calor ganado por el agua:


El calor ganado por el calormetro se supone despreciable

Q(cedido en la disolucin) = 4,210 J

H do=4,2 10

3 J0,20 mol

=2,1104 J /mol AB

6. Indica con un ejemplo cmo determinarQuas en el laboratorio el calor de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte, haciendo referencia al principio, material, procedimiento y clculos.

(P.A.U. Jun. 05)

Soluficin:

Principio:Conservacin de la energaAl ser el calormetro un sistema aislado, el proceso es adiabtico, no se intercambia calor con el entorno.

Q(cedido en la neutralizacin) + Q(ganado por la disolucin) + Q(ganado por el calormetro) = 0

Material:Calormetro de 250 cmProbeta de 100 cmTermmetroAgitador

Reactivos:HCl 1,0 mol/dmNaOH 1,0 mol/dm

Procedimiento:En una probeta de 100 cm, se miden 100 cm de disolucin de HCl de concentracin 1,0 mol/dm y se vier-ten en un calormetro. Se mide la temperatura con un termmetro. t =16,8 .Se lava la probeta y se miden 100 cm de disolucin de NaOH de concentracin 1,0 mol/dm. Se mide su temperatura que debera ser la misma que la de la disolucin de HCl ya que estn ambas a la temperatura del laboratorio.Se echa la disolucin de hidrxido de sodio en el calormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo. t = 23,3


Se vaca el calormetro y se lava.

Clculos: (Supondr que los datos tienen al menos dos cifras signifcativas)Haciendo las aproximaciones:Los calores especfcos de todas las disoluciones son iguales al calor especfco del agua. c = 4,18 Jg()Las densidades de las disoluciones son iguales a la densidad del agua. = 1,0 g/cmEl calor ganado por el calormetro es despreciable. Q = 0La masa de cada disolucin se calcula:

m(disolucin) = V(disolucin) = 200 cm 1,0 g/cm = 200 g


Q = m(disolucin) c(disolucin) t = 200 g 4,18 Jg() (23,3 16,8) = 5,410 J


Q(cedido en la neutralizacin) = 5,410 J

En la reaccin:

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + HO(l)

que se puede escribir en forma inica:

H+(aq) + OH(aq) HO(l)

reacciona:

n(HCl) = 0,100 dm 1,0 mol HCl / dm = 0,10 mol HCl

con

n(NaOH) = 0,100 dm 1,0 mol HCl / dm = 0,10 mol NaOH

Por lo que la entalpa de reaccin es:

H no=5,4 10

3 J0,10 mol

=54 J /mol

Anlisis: El resultado es aproximado al tabulado de -57,9 kJ/mol, debido a las aproximaciones realizadas.

7. a) Indica el material a utilizar y el procedimiento a seguir para determinar la entalpQua de neutraliza-cin de 100 cm de una disolucin de HCl de concentracin 2,0 mol/dm con 100 cm de una disolu-cin de NaOH de concentracin 2,0 mol/dm.b) Calcula el valor de la entalpQua de neutralizacin expresado en kJ/mol si el incremento de tempera-tura que se produce es de 12 .Datos: Calor especifico(mezcla) = Calor especifico(agua) = 4,18 J/(g); densidades de las disolucionesdel cido y de la base = 1,0 g/cm. Considera despreciable la capacidad calorQufica del calorQumetro.

(P.A.U. Jun. 15)Rta.: H = 50 kJ/mol

Soluficin:

Material:Calormetro de 250 cm: recipiente aislado (como un termo)Probeta de 100 cm. Tubo cilndrico graduado con base de apoyo.TermmetroAgitador. Varilla de vidrio.

Procedimiento:En una probeta de 100 cm, se miden 100 cm de disolucin de HCl de concentracin 2,0 mol/dm y se vier-ten en un calormetro. Se mide la temperatura con un termmetro.


Se lava la probeta y se miden 100 cm de disolucin de NaOH de concentracin 2,0 mol/dm. Se mide su temperatura que debera ser la misma que la de la disolucin de HCl ya que estn ambas a la temperatura del laboratorio.Se echa la disolucin de hidrxido de sodio en el calormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo.Se vaca el calormetro y se lava.

Clculos: (Supondr que los datos tienen al menos dos cifras signifcativas)El calor especfco de la mezcla es igual al calor especfco del agua. c = 4,18 JgLas densidades de las disoluciones del cido y de la base son iguales a la densidad del agua. = 1,0 g/cmEl calor ganado por el calormetro es despreciable. Q = 0La masa de la disolucin del cido es:

m(disolucin cido) = V(disolucin cido) = 100 cm 1,0 g/cm = 100 g

La masa de la disolucin de la base da el mismo resultado que la del cido:

m(disolucin base) = V(disolucin base) = 100 cm 1,0 g/cm = 100 g

La masa de la disolucin fnal es la suma de las masas de las disoluciones del cido y de la base:

m(disolucin) = m(disolucin cido) + m(disolucin base) = 100 g + 100 g = 200 g


Q = m(disolucin) c(disolucin) t = 200 g 4,18 Jg 12 = 1,010 J


Q(cedido en la neutralizacin) = 1,010 J

En la reaccin:



H(aq) + OH(aq) HO(l)

reacciona:


con


No hay reactivo limitante, por lo que la entalpa de la reaccin es:

H no=1,0 10

4 J0,20 mol

1 kJ

103 J=50 kJ /mol

Anlisis: Este resultado difere bastante del tabulado, -57,9 kJ/mol, aunque dentro del orden de magnitud.

8. Se dispone en el laboratorio de las siguientes disoluciones acuosas: 100 cm, de HCl de concentracin 0,10 mol/dm y 100 cm de NaOH de concentracin 0,10 mol/dm.a) Describe el procedimiento y material que emplearQua para medir el calor de neutralizacin al

mezclar las dos disoluciones.b) Calcula el calor molar de neutralizacin si en la reaccin se liberan 550 J.

(P.A.U. Jun. 10, Jun. 09)Rta.: H = -55 kJ/mol

Soluficin:

Material:Calormetro de 250 cm: recipiente aislado (como un termo)


Probeta de 100 cm. Tubo cilndrico graduado con base de apoyo.TermmetroAgitador. Varilla de vidrio.

Procedimiento:En una probeta de 100 cm, se miden 100 cm de disolucin de HCl de concentracin 0,10 mol/dm y se vierten en un calormetro. Se mide la temperatura con un termmetro.Se lava la probeta y se miden 100 cm de disolucin de NaOH de concentracin 0,10 mol/dm. Se mide su temperatura que debera ser la misma que la de la disolucin de HCl ya que estn ambas a la temperatura del laboratorio.Se echa la disolucin de hidrxido de sodio en el calormetro y se agita con una varilla, comprobando la temperatura. Se anota el valor mximo.Se vaca el calormetro y se lava.

Clculos: (Supondr que los datos tienen al menos dos cifras signifcativas)Usando el dato:

Q(cedido en la neutralizacin) = 550 J

En la reaccin:



H+(aq) + OH(aq) HO(l)

reacciona:


con


No hay reactivo limitante, por lo que la entalpa de la reaccin es:

H no= 550 J

0,010 mol1 kJ

103 J=55 kJ /mol

ACLARACIONES

Los datos de los enunciados de los problemas no suelen tener un nmero adecuado de cifras signifcativas.Por eso he supuesto que los datos tienen un nmero de cifras signifcativas razonables, casi siempre tres ci-fras signifcativas. Menos cifras daran resultados, en ciertos casos, con amplio margen de incertidumbre. As que cuando tomo un dato como V = 1 dm y lo reescribo como:Cifras signifcativas: 3V = 1,00 dmlo que quiero indicar es que supongo que el dato original tiene tres cifras signifcativas (no que las tenga enrealidad) para poder realizar los clculos con un margen de incertidumbre ms pequeo que el que tendra si lo tomara tal como lo dan. (1 dm tiene una sola cifra signifcativa, y una incertidumbre relativa del 100 %! Como las incertidumbres se acumulan a lo largo del clculo, la incertidumbre fnal sera inadmisi-ble. Entonces, para qu realizar los clculos? Con una estimacin sera sufciente).

Cuestiones y problemas de las Pruebas de Acceso a la Universidad (P.A.U.) en Galicia.Respuestas y composicin de Alfonso J. Barbadillo Marn.Algunos clculos se hicieron con una hoja de clculo OpenOfce (o LibreOfce) del mismo autor.Algunas ecuaciones y las frmulas orgnicas se construyeron con la extensin CLC09 de Charles Lalanne-Cassou.La traduccin al/desde el gallego se realiz con la ayuda de traducindote, de scar Hermida Lpez.Se procur seguir las recomendaciones del Centro Espaol de Metrologa (CEM)

http://www.cem.es/content/recomendaciones-sobre-unidades-de-medidahttp://www.traducindote.com/index.phphttp://extensions.services.openoffice.org/project/quick_formulehttp://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/CalculoPAU.htmlmailto:[email protected]://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/ELVINAF2B8fb2/document/Quimica2Es.htmlhttp://ciug.gal/exames.php


SumarioTERMOQUMICA.............................................................................................................................................. 1

PROBLEMAS .............................................................................................................................................................................1TERMOQUMICA.................................................................................................................................................................1

CUESTIONES ..........................................................................................................................................................................18ESPONTANEIDAD.............................................................................................................................................................18

LABORATORIO ......................................................................................................................................................................19

ndice de exmenes P.A.U.2004................................................................................................................................................................................................

Jun. 04.................................................................................................................................................................................13Set. 04..................................................................................................................................................................................14

2005................................................................................................................................................................................................Jun. 05.................................................................................................................................................................................22Set. 05..................................................................................................................................................................................20

2006................................................................................................................................................................................................Jun. 06...................................................................................................................................................................................3

2007................................................................................................................................................................................................Jun. 07...........................................................................................................................................................................10, 18Set. 07..............................................................................................................................................................................1, 22

2009................................................................................................................................................................................................Jun. 09.............................................................................................................................................................................5, 24Set. 09....................................................................................................................................................................................8

2010................................................................................................................................................................................................Jun. 10...........................................................................................................................................................................16, 24

2011................................................................................................................................................................................................Jun. 11.................................................................................................................................................................................21Set. 11....................................................................................................................................................................................7

2012................................................................................................................................................................................................Jun. 12...................................................................................................................................................................................4Set. 12....................................................................................................................................................................................2

2013................................................................................................................................................................................................Jun. 13.............................................................................................................................................................................9, 19Set. 13..................................................................................................................................................................................15

2014................................................................................................................................................................................................Jun. 14...................................................................................................................................................................................1Set. 14..................................................................................................................................................................................11

2015................................................................................................................................................................................................Jun. 15.................................................................................................................................................................................23Set. 15............................................................................................................................................................................17, 20

2016................................................................................................................................................................................................Jun. 16...................................................................................................................................................................................6Set. 16..................................................................................................................................................................................12

TERMOQUMICA PROBLEMAS TERMOQUMICA1. El naftaleno (CH) es un compuesto aromtico slido que se vende para combatir la polilla. La combustin completa de este compuesto para producir CO(g) y HO(l) a 25 y 1 atm (101,3kPa) desprende 5154 kJmol.a) Escribe las reacciones de formacin del naftaleno y la reaccin de combustin.b) Calcula la entalpa estndar de formacin del naftaleno e interprete su signo.

2. La entalpa de formacin del tolueno gas (CH) es de 49,95 kJ/mol y las entalpas de formacin del CO(g) y del HO(l) son, respectivamente, 393,14 y 285,56 kJ/mol.a) Calcula la entalpa de combustin del tolueno, gas.b) Cuntos kJ se desprenden en la combustin completa de 23 g de tolueno?

3. Para el proceso FeO(s) + 2 Al(s) AlO(s) + 2 Fe(s), calcula:a) La entalpa de la reaccin en condiciones estndar y el calor desprendido al reaccionar 16,0 g de FeO con la cantidad suficiente de Al.b) La masa de xido de aluminio que se obtiene en el apartado anterior.

4. La combustin del acetileno [CH(g)] produce dixido de carbono y agua.a) Escribe la ecuacin qumica correspondiente al proceso.b) Calcula el calor molar de combustin del acetileno y el calor producido al quemar 1,00 kg de acetileno.

5. a) A partir de los datos de las entalpas de formacin calcula la entalpa estndar de combustin del metano.6. Las entalpas estndar de combustin del C(s) y CH(l) son 393,5 kJ/mol y 3301 kJ/mol, respectivamente; y el de formacin del HO(l) vale 285,5 kJ/mol. Calcula:a) La entalpa estndar de formacin del benceno(l)b) El calor, expresado en kJ, necesario para la obtencin de 1,0 kg de benceno(l).

7. a) Teniendo en cuenta la ley de Hess, calcula la entalpa en condiciones estndar de la siguiente reaccin, indicando si la reaccin es exotrmica o endotrmica: CH(g) + HO(l) CHOH(l) b) Calcula la cantidad de energa, en forma de calor, que es absorbida o cedida en la obtencin de 75g de etanol segn la reaccin anterior, a partir de las cantidades adecuadas de eteno y agua.8. Dada la siguiente reaccin: C(grafito) + 2 S(s) CS(l)a) Calcula la entalpa estndar de la reaccin a partir de los siguientes datos: C(grafito) + O(g) CO(g)H = -393,5 kJmol S(s) + O(g) SO(g)H = -296,1 kJmol CS(l) + 3 O(g) CO(g) + 2 SO(g)H = -1072 kJmolb) Calcula la energa necesaria, en forma de calor, para la transformacin de 5 g de C(grafito) en CS(l), en condiciones estndar.

9. En la fermentacin alcohlica de la glucosa se obtiene etanol y dixido de carbono. La ecuacin qumica correspondiente es: CHO(s) 2 CO(g) + 2 CH-CHOH(l)a) Calcula la H de esta reaccin.b) Cuntos decmetros cbicos de dixido de carbono, medidos a 25 y 0,98 atm, se podran obtener en la fermentacin de 1 kg de glucosa?

10. El calor que se desprende en el proceso de obtencin de un mol de benceno lquido a partir de etino gas mediante la reaccin: 3 CH(g) CH(l) es de -631 kJ. Calcula:a) La entalpa estndar de combustin del CH(l) sabiendo que la entalpa estndar de combustin del CH(g) es -1302 kJmol.b) El volumen de etino, medido a 25 y 15 atm (1519,5 kPa), necesario para obtener 0,25 dm de benceno.

11. a) Calcula el calor de formacin del acetileno (CH(g)) a partir de los calores de formacin del HO(l) y del CO(g) y del calor de combustin del CH(g). b) Qu volumen de dixido de carbono medido a 30 y presin atmosfrica (1 atm) se generar en la combustin de 200 g de acetileno?12. Considera que la gasolina est compuesta principalmente por octano (CH) y que en el bioetanol el compuesto principal es el etanol (CHCHOH). Con los siguientes datos: H(CO(g))=393,5kJ/mol; H(HO(l))= -285,8 kJ/mol; H(CH(l)) = -5445,3 kJ/mol; H(CHCHOH(l))=1369,0 kJ/mol; densidad a 298 K del etanol = 0,79 g/cm y del octano =0,70 g/cm.a) Escribe la ecuacin de la reaccin de combustin del etanol y calcula la entalpa estndar de formacin del etanol a 25 .b) Cuntos litros de bioetanol se necesitan para producir la misma energa que produce 1 dm de gasolina?

13. A partir de las entalpas de combustin y aplicando la Ley de Hess, calcula:a) La entalpa de la siguiente reaccin: 3 C(grafito)(s) + 4 H(g) CH(g).b) La energa liberada cuando se quema 1 dm de propano medido en condiciones normales.

14. La entalpa de combustin del propano(gas) es 526,3 kcal. Las H de formacin del dixido de carbono(gas) y del agua(lquida) son respectivamente 94,03 y 68,30 kcal/mol. Calcula:a) La entalpa de formacin del propano.b) Los kilogramos de carbn que habra que quemar (con un rendimiento del 80 %), para producir la misma cantidad de energa que la obtenida en la combustin de 1 kg de propano.

15. El cido etanoico(lquido) [cido actico] se forma al reaccionar carbono(slido), hidrgeno molecular(gas) y oxgeno molecular(gas). Los calores de combustin del cido etanoico(l); hidrgeno(g) y carbono(s) son respectivamente 870,7; 285,8 y 393,13 kJ/mol.a) Escribe adecuadamente las ecuaciones qumicas de los distintos procesos de combustin y la correspondiente a la formacin del cido etanoico.b) Calcula el calor de formacin, a presin constante, de dicho cido etanoico.c) Cuntas kilocaloras se desprenden en la formacin de 1 kg de cido etanoico?

16. Las entalpas de formacin del butano(g), dixido de carbono(g) y agua(l) a 1 atm (101,3kPa) y 25 son -125,35 kJmol, -393,51 kJmol y -285,83 kJmol, respectivamente. Formula la reaccin de combustin del butano y calcula:a) El calor que puede suministrar una bombona que contiene 6 kg de butano.b) El volumen de oxgeno, medido en condiciones normales, que se consumir en la combustin del butano contenido en la bombona.

17. Si suponemos que la gasolina es una mezcla de octanos de frmula general CH:a) Calcula el volumen de aire medido a 25 y 1 atm (101,3 kPa) que se necesita para quemar 100dm de gasolina.b) Calcula el calor desprendido cuando se queman 100 dm de gasolina.

18. a) A partir de los datos de la tabla, calcula la entalpa estndar de combustin del metano.

CUESTIONES ESPONTANEIDAD.1. Explica brevemente por qu muchas reacciones endotrmicas transcurren espontneamente a altas temperaturas.

LABORATORIO1. Para calcular en el laboratorio la entalpa de disolucin del NaOH(s) se disuelven 2,0 g de NaOH en 500 cm de agua en un calormetro que tiene un equivalente en agua de 15 g, producindose un aumento de temperatura de 1,0 .a) Explica detalladamente el material y procedimiento empleados.b) Cul es la entalpa de disolucin del NaOH?

2. Se desea calcular en el laboratorio la entalpa de disolucin del NaOH(s) y para eso se disuelven 4,0 g de NaOH en 500 cm de agua en un calormetro que tiene un equivalente en agua de 15 g, producindose un aumento de la temperatura de 2,0 C.a) Explica detalladamente el material y procedimiento empleados.b) Cul es la entalpa molar de disolucin del NaOH?

3. Explica detalladamente como se puede determinar en el laboratorio el calor de disolucin de KOH(s) en agua. Efecta el clculo (a la presin y temperatura de laboratorio) suponiendo una masa de hidrxido de potasio de 4,5 g que se disuelven en 450 cm en un calormetro que tiene un equivalente en agua de 15 g. El incremento de la temperatura es de 2,5 .4. a) Indica el procedimiento que se debe seguir y el material utilizado para determinar la entalpa de disolucin del NaCl, si al disolver 0,2 moles de dicha substancia en 500 cm de agua se produce un incremento de temperatura de 2 .5. Se quiere determinar la H del proceso de disolucin de un compuesto inico AB. Indica el procedimiento a seguir y el material a utilizar. Si al disolver 0,2 moles de dicha sustancia en 500cm de agua se produce un incremento de temperatura de 2 . Cul ser el valor de H, en J/mol, para dicho proceso de disolucin?6. Indica con un ejemplo cmo determinaras en el laboratorio el calor de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte, haciendo referencia al principio, material, procedimiento y clculos.7. a) Indica el material a utilizar y el procedimiento a seguir para determinar la entalpa de neutralizacin de 100 cm de una disolucin de HCl de concentracin 2,0 mol/dm con 100cm de una disolucin de NaOH de concentracin 2,0 mol/dm. b) Calcula el valor de la entalpa de neutralizacin expresado en kJ/mol si el incremento de temperatura que se produce es de 12C. Datos: Calor especico(mezcla) = Calor especico(agua) = 4,18 J/(gC); densidades de las disoluciones del cido y de la base = 1,0 g/cm. Considera despreciable la capacidad calorca del calormetro.8. Se dispone en el laboratorio de las siguientes disoluciones acuosas: 100 cm, de HCl de concentracin 0,10 mol/dm y 100cm de NaOH de concentracin 0,10 mol/dm.a) Describe el procedimiento y material que empleara para medir el calor de neutralizacin al mezclar las dos disoluciones.b) Calcula el calor molar de neutralizacin si en la reaccin se liberan 550 J.

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