2 VOLUNTARIOS II soluciones

SOLUCIONES VOLUNTARIOS II
1.- Un compuesto A contiene únicamente C, H y S. Por una parte se lleva a cabo la
combustión de una muestra de 0,0116 g de dicho compuesto, obteniéndose 0,0226 g de
CO2. Por otra parte se lleva a cabo una reacción en la que con 0,223 g del compuesto A
se obtienen 0,576 g de sulfato de Bario, BaSO4, en el que todo el azufre proviene del
compuesto A. Determina la fórmula empírica de A.
DATOS : Ar(C) = 12 u; Ar(O) = 16 u; Ar(S) = 32 u; Ar(Ba) = 137 u; Ar(H) = 1 u.
Masas moleculares: CO2 = 44; BaSO4 = 233
Gramos de C en 0,0116 gramos del compuesto:
0,0226 . 12/44 = 6,1636 . 10-3 gramos de C
Que corresponde a un % de C de:
6,1636 . 10-3/0,0116 . 100 = 53,1348 % de C
Gramos de S en 0,223 gramos del compuesto:
0,576 . 32/233 = 0,07911 gramos de S
Que corresponde a un % de S de:
0,07911/ 0,223 . 100 = 35,4741% de S
El % de H será el resto hasta 100:
100 - 53,1348 - 35,4741 = 11,3911% de H
Por cada 100 gramos de sustancia el número de átomos-gramo de cada elemento:
Átomos-gramo de C: 53,1348/12 = 4,4279
Átomos-gramo de S: 35,4741/32 = 1,1086
Átomos-gramo de H: 11,3911/1 = 11,3911
Dividiendo por el menor para hallar la relación del número de átomos con respecto al S:
4,4279/1,1086 = 3,9941 » 4 átomos de C por cada 1 de S
1,1086/1,1086 = 1
11,3911/1,1086 = 10,2752 » 10 de H por cada 1 de S
(aunque esta aproximación puede ser excesiva)
Considerando esta aproximación, la fórmula empírica es:
C4SH10
(Si aproximamos a 10,25 el último valor, tendríamos que multiplicar por 4 todas las cantidades relativas y
quedaría: C16S4H41)
2.- JUN 2006 Por calentamiento de una muestra de 2,00 g de magnesio en presencia
de nitrógeno puro en exceso se obtienen 2,77 g de un compuesto que solo contiene
magnesio y nitrógeno. Determina la fórmula empírica de este compuesto.
Masas moleculares: M(Mg) = 24,3 g/mol; M(N) = 14,0 g/mol
Por cada 2,77 gramos del compuesto, contiene 2 gramos de magnesio y 0,77 gramos de
nitrógeno
Hallamos cuántos átomos-gramo son en cada uno de los elementos:
Moles de átomos de N = 0,77/14 = 0,055
Moles de átomos de Mg = 2/24,3 = 0,0823
Dividimos por el menor para hallar la relación con respecto a 1:
0,055/0,055 = 1 átomos de N
0,0823/0,055 = 1,5 átomos de Mg por cada 1 de N
Multiplicamos por 2 para que resulten números enteros, con lo que la fórmula será:
Mg3N2
3.- JUN 2008 Responde, justificando brevemente la respuesta, a las siguientes
afirmaciones:
a) Para una reacción espontánea con Δ S positivo, ¿será obligatoriamente Δ H
negativo?
b) ¿Qué condiciones deben cumplirse para que una reacción endotérmica sea
espontánea?
c) ¿Qué efecto tiene sobre Δ H de una reacción la adición de un catalizador?
Recordemos que para que una reacción sea espontánea la variación de energía libre Δ G
debe ser negativa y que su valor viene dado por:
ΔG = Δ H - T. ΔS
en donde Δ H es la variación de entalpía y Δ S es la variación de entropía
a) Si Δ S es positivo, Δ H puede ser, incluso, positivo, siempre que su valor no exceda al del
producto T Δ S. Naturalmente que si Δ H es negativo la reacción siempre será espontánea.
Esto ocurre a temperaturas altas.
b) En una reacción endotérmica Δ H es positivo y, para que la reacción sea espontánea,
obligatoriamente Δ S debe ser positivo y, además, que el producto T Δ S sea mayor que el
Δ H. Sólo así Δ G será negativo. Esto ocurre a temperaturas altas.
c) El Δ H de una reacción viene dado por la diferencia de energía entre los productos y los
reactivos. Como el catalizador afecta a la velocidad de la reacción, pero no a la energía
resultante de la reacción, el catalizador no afecta al Δ H.
4. Explica razonadamente las siguientes cuestiones:
a) Cómo variará con la temperatura la espontaneidad de una reacción en la que ΔH0 < 0
y ΔS0 < 0, siendo estas dos magnitudes constantes con la temperatura.
b) La entalpía de formación del agua a 298 K es -286 kJ· mol-1. 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 entalpía es una función de
estado.
a. La espontaneidad de una reacción viene determinada por el valor de la energía libre
de Gibbs, cuyo valor se calcula a partir de ΔH - T·ΔS, en donde ΔH es la variación de
entalpía y ΔS es la variación de entropía. Si la variación de energía libre es negativa
la reacción será espontánea, si es positiva la reacción no se producirá
espontáneamente y si es igual a 0 la reacción se encontrará en equilibrio. En nuestro
caso el término ΔH es negativo (reacción exotérmica) pero el segundo término T·ΔS,
al ser ΔS negativo (disminución de desorden), como tiene el signo negativo delante
se convierte en positivo y, consecuentemente, habrá una temperatura determinada
para la cual la energía libre será nula (estará en equilibrio), para temperaturas
mayores de esa temperatura de equilibrio, la variación de energía libre será positiva,
por tanto no espontánea, y por debajo de esa temperatura de equilibrio la energía
libre será negativa y la reacción espontánea. Resumiendo, para temperaturas bajas la
reacción es espontánea y para temperaturas altas la reacción no es espontánea
b. Como en esta reacción 2H2 + O2 2H2O, se obtienen 2 moléculas a partir de 3
(además de pasar de gases a líquido), es decir, se produce una disminución de
desorden, AS es negativo y, por tanto, estamos en el caso del apartado anterior, que
para unas temperaturas relativamente elevadas la reacción no se producirá
espontáneamente, al resultar la variación de energía libre positiva.
c. Es correcto. Si en una reacción química se pasa de un estado A a uno C, por un camino
directo (camino 1) o bien, se llega desde el estado A al C por otro camino pasando por
un estado intermedio B (camino 2), al ser la variación de entalpía una función de
estado, su variación dependerá exclusivamente del estado A y del C y no del camino
directo o indirecto que hayamos seguido. Por tanto, si combinamos la variación de
entalpia asociada al paso de A a B y la asociada del paso de B a C, deberá resultar lo
mismo que la energía asociada para pasar de A a C directamente (que es lo que
afirma la ley de Hess)