3.- Problemas de selectividad. Termoquímica

TERMOQUÍMICA
1.- Los calores de combustión del metano y butano son 890 kJ/mol y 2876 kJ/mol respectivamente, a)
Cuando se utilizan como combustibles, ¿cuál generaría más calor para la misma masa de gas, el metano o
el butano? ¿Cuál generaría más calor para el mismo volumen de gas? b) Calcule la diferencia de calor
desprendido al quemar 10 g de cada uno de estos gases, así como la diferencia al quemar 10 litros de cada
uno (medidos a 0° C y 1 atm). Masas atómicas: C = 12; H = 1. Entalpía estándar de formación del H2O (l)
= -286 kJ/mol
Solución:
 En el CH4 = 890/22,4 = 39,732 kJ/L
 En el C4H10 = 2876/22,4 = 128,393 kJ/L
Es mayor en el butano
b) 60,39 kJ a favor de CH4 ; 886,61 kJ a favor del butano
2.- Explique razonadamente las siguientes cuestiones:
a) Se sabe que la reacción: A (s) -->B (s) + C (g), es espontánea. Si en esta reacción ΔS(variación de
entropía) es positivo, ¿podemos deducir que ΔH(variación de entalpía) debe ser negativo?
b) ¿Puede ser espontánea una reacción endotérmica? ¿Qué condiciones deben cumplirse?
c) Una determinada reacción de hidrogenación es exotérmica y espontánea pero muy lenta si se realiza a
25 °C y presión atmosférica. ¿Qué puede decir (magnitud o signo) acerca de los valores de ΔH, ΔG
(variación de energía libre) y Energía de activación? Si se añade un catalizador a la reacción ¿qué valores
de los anteriores se modificarán?
3.- Una bombona de gas contiene 27,5 % de propano y 72,5 % de butano en masa. Calcule los litros de
dióxido de carbono, medidos a 25 °C y 1,2 atmósferas, que se obtendrán cuando se quemen
completamente 4,0 g del gas de la bombona anterior.
Masas atómicas: Carbono = 12; hidrógeno = 1.
R= 0,082 atm.l.mol-1K-1.
Solución: 5,56 l
4.- Explique razonadamente las siguientes cuestiones:
a) Cómo variará con la temperatura la espontaneidad de una reacción en la
que ΔH< O y ΔS< O, siendo estas dos magnitudes constantes con la temperatura.
b) La entalpia de formación del agua a 298 K es -286 kJ/mol. Sin embargo, cuando se mezclan a 298 K el
hidrógeno y el oxígeno, no se observa reacción apreciable.
c) La Ley de Hess es una consecuencia directa de que la entalpia es una función de estado.
5.- Razone sobre la veracidad de las siguientes afirmaciones:
a) Las reacciones endotérmicas tienen energías de activación mayores que las reacciones exotérmicas.
b) En una reacción, A  B, se determina que, a una cierta presión y temperatura, la reacción es
espontánea y endotérmica, por lo que B tiene una estructura más ordenada que A.
c) En un proceso espontáneo la variación de entropía del sistema puede ser nula.
6.- a) Calcule la entalpía estándar de la reacción que tiene lugar en la etapa final de la producción de ácido
nítrico: NO2 (g) + H2O (l)  HNO3 (ac) + NO (g), en la que el dióxido de nitrógeno (gas) se
disuelve en agua (líquida) dando ácido nitroso (acuoso) y monóxido de nitrógeno (gas).
Datos: fº (dióxido de nitrógeno, gas) = + 33,2 kJ.mol-1
fº (monóxido de nitrógeno, gas) = + 90,25 kJ.mol-1
fº (ácido nítrico, acuoso) = - 207, 4 kJ.mol-1
fº (agua, líquida) = -241,8 kJ.mol-1
b)Calcule la molaridad de la disolución de ácido nítrico que se obtendrá si se parte de 10 litros de dióxido
de nitrógeno, medidos a 25 º C y 3 atmósferas y se hace reaccionar con 4 litros de agua (Suponga que
el volumen de líquido, 4 litros, no cambia al disolver el gas)
R = 0,082 atm.l.mol-1.K-1
Solución: a) –182,35 kj; b) 0,2046M
7.- Para una reacción química
A (g) +
B (g)  C (g),
donde
H = - 80 kJ y
S = - 190 J.K-1, calcule cuál es el límite de temperatura a la que se puede trabajar para que la reacción
sea espontánea. ¿Qué significan los signos negativos de H y de S?.
Solución: Para T<421 K la reacción es espontánea.
8.- a) Escribir las ecuaciones termoquímicas correspondientes a los procesos de formación estándar, a
partir de sus elementos, del dióxido de carbono, agua y ácido metanóico o fórmico, y la reacción de
combustión de este último. b) Determinar la entalpía estándar de combustión del ácido metanóico.
Datos: Punto de fusión del ácido metanóico = 8,4 ºC; punto de ebullición = 100,7 ºC.
Entalpías de formación estándar: Agua = -285,8 kJ.mol-1;
Dióxido de carbono = -393,5 kJ.mol-1;
Ácido metanóico = -409 kJ.mol-1;
Solución: b) –270,3 kJ/mol
9.- Razone sobre la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:
a. No basta que una reacción química sea exotérmica para que sea espontánea
b. La variación de entropía de una reacción espontánea puede ser negativa
c. Muchas reacciones endotérmicas transcurren espontáneamente a bajas temperaturas
10.-Determinar la entalpía de reacción para el proceso
C3H4 (g) + 2H2 (g)  C3H8 (g)
A partir de los siguientes datos:
 Entalpía estándar de combustión del C3H4 (g) = -1937 KJ/mol
 Entalpía estándar de combustión del C3H8 (g) = -2219 KJ/mol
 Entalpía estándar de formación del H2O(l) = - 286 KJ/mol
Solución: -290 kJ
11.- Las entalpías de combustión del propano y el butano, a 25ºC y 1 atm, son -2220 kJ/mol y -2876
kJ/mol, respectivamente
a) Calcula la diferencia de calor desprendido al quemar 10 gramos de cada uno de estos gases.
b) Calcula la diferencia de calor desprendido al quemar 10 litros de cada uno de estos gases, medidos a
25ºC y 1 atm.
Masas atómicas: Carbono: 12; Hidrógeno: 1; R = 0,082 atm.l.mol -1.K-1
Solución: =a) 504,54 kJ con propano; 495,85 kJcon butano; b) calor desprendido por el propano:
908,42 kJ; calor desprendido por el butano: 1176,86 kJ
12.- Responde, justificando brevemente la respuesta, a las siguientes afirmaciones:
a) Para una reaccion espontánea con S positivo, ¿será obligatoriamente H negativo?
b) ¿Qué condiciones deben cumplirse para que una reacción endotérmica sea espontánea?
c) ¿Qué efecto tiene sobre H de una reacción la adición de un catalizador?
13.- El octano C8H18, es uno de los componentes de las gasolinas comerciales. Su densidad es de 0,70
g/ml.
a) Calcule la entalpía de combustión estándar del octano (líquido), sabiendo que las entalpías de
formación estándar del dióxido de carbono (gas), agua (líquida) y octano (líquido) son
respectivamente, -393, -294 y -264 kJ/mol.
b) Calcule el calor desprendido en la combustión de 10 ml. de octano.
Datos: C:12; H:1.
14. Indica, justificando brevemente la respuesta, si son ciertas o falsas las siguientes afirmaciones:
a) Una reacción exotérmica siempre es espontánea
b) La presencia de catalizador permite obtener mayor cantidad de productos en una reacción química.
c) Se puede construir una pila con dos electrodos cuyos potenciales de reducción estándar sean ambos
positivos
15. Indica cómo calcularías la entalpía de formación del peróxido de hidrógeno a partir de las entalpías de
las siguientes reacciones: (1,5 puntos)
2H2(g) + O2(g)→ 2H2O(l)
H2O2(l) → H2O(l) + ½ O2(g)
Solución:Multiplicaría la primera ecuación por ½ y la segunda por -1, sumaría los resultados de
entalpía: ½ ∆H1-∆H2
16. La entalpía de reacción para el proceso:
CS2(l) + 3O2(g) CO2(g) + 2SO2(g)
vale, ∆Hr = -1072 kJ
a) Sabiendo que la entalpía de formación del CO2(g) vale -395,5 kJ/mol y la del SO2(g) vale
-296,4 kJ/mol, calcula la entalpía de formación del CS2(l). (1,25 puntos)
b) Determina el volumen de SO2(g) recogido a 25º C y 1 atm cuando el desarrollo de la reacción ha
producido 6000 kJ. (1,25 puntos)
R = 0,082 atm l / mol K
Solución (a) 83,7 kJ/mol (b) 273,5 L
17. En la combustión en condiciones estándar de 1 gramo de etanol se desprenden 29,8 kJ y en la de 1
gramo de ácido acético 14,5 kJ. A partir de estos datos, determina la variación de entalpía estándar para la
reacción:
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O (2,5 puntos)
Masas atómicas: M(C) = 12; M(O) = 16; M(H) = 1.
Solución : -500,8 kJ
18.- La síntesis de glucosa en las plantas tiene lugar según la reacción:
6CO2(g) + 6H2O(l) C6H12O6(s) +6O2(g)
para la cual, Hr = 2815 kJ/mol.
a) Determina la entalpía de formación de la glucosa. (1 punto)
b) Calcula la energía necesaria para obtener 50 gramos de glucosa mediante la reacción del
enunciado. (0,75 puntos)
c) Determina los litros de oxígeno desprendidos a 25ºC y 1 atm por cada gramo de glucosa
formado. (0,75 puntos)
Entalpía de formación del agua líquida, Hf(H2O(l)) = -285,8 kJ/mol
Entalpía de formación del dióxido de carbono gas, Hf(CO2(g)) = -393,5 kJ/mol
R = 0,082 atm l / mol K
Resultado: a) ΔHof(glucosa) = – 1.260,8 kJ · mol–1; b) 781,94 kJ; c) 0,81 L.
19.- Dada la reacción Cl2 (g) + 2 NaI (ac) → 2 NaCl (ac) + I2 (s) con un ΔH = – 223,6 kJ.
a) Calcula la entalpía estándar de formación del NaI (ac) si la entalpía estándar de formación
de NaCl (ac) es de – 407,1 kJ · mol–1.
b) Calcula la energía desprendida si 250 mL de una disolución 2 M de yoduro de sodio se
mezclan con 5 L de cloro medidos a 25 ºC y 1 atm.
DATOS: R = 0,082 atm · L · mol–1 · K–1.
Resultado: a) ΔHof = – 295,3 kJ · mol–1; b) – 44,72 kJ.
20.- Contesta razonadamente a las siguientes cuestiones:
a) Si se determina que una reacción es espontánea y endotérmica a cierta presión y
temperatura
¿qué se puede decir de la variación de entropía de dicha reacción a la misma presión y
temperatura?
b) Si se determina que la reacción A (g) + B (g) → C (g) es espontánea a una temperatura
dada ¿se puede explicar si la reacción es endotérmica o exotérmica a dicha temperatura?
21.- Contesta razonadamente a las cuestiones siguientes:
a) ¿Es cierto que a una reacción exotérmica siempre le corresponde una variación de energía
libre negativa?
b) ¿En qué casos una reacción endotérmica puede ser espontánea?