Problemas. Termodinámica química

HOJA 9 DE CUESTIONES Y PROBLEMAS
FUNDAMENTOS DE QUÍMICA, 1º DE CIENCIAS DEL MAR
1. Se comunica a un sistema una cantidad de calor de 800 calorías y el sistema
realiza un trabajo de 2 kJ. ¿Cuál es la variación que experimenta su energía
interna?
Solución: Hay que expresar el calor y el trabajo en julios (unidad del SI), por tanto:
q = 800 cal · 4,1855 J / 1 cal = 3348,4 J
W = -2000 J
Como ΔU = q + W = 3348,4 + (-2000) = 1348,4 J
2. Hallar la variación de energía interna de un gas que:
a) absorbe 150 J de calor y hace un trabajo de 100 J
b) desprende 300 J y hace un trabajo de 0,15 kJ
Solución:
a) q = 150 J ; W = -100 J  ΔU = q + W = 150 J + (-100 J) = 50 J
b) q = -300 J ; W = -150 J  ΔU = q + W = -300 J + (-150 J) = -450 J
3. Al quemar 2,35 gramos de benceno (C6H6) en una bomba calorimétrica a
volumen constante se desprenden, a 25ºC, 23540 calorías. Calcular el calor de
combustión del benceno a presión constante y a esta misma temperatura
Solución: El calor de combustión del benceno a volumen constante es:
qv = (23540 cal / 2,35 g C6H6) · (78 g C6H6 / 1 mol C6H6) · (4,1855 J / 1 cal) = 3,27·106
J/mol
como es calor desprendido, se considera negativo.
La ecuación representativa de la combustión del benceno es:
C6H6(l) + 15/2 O2(g)  6CO2(g) + 3 H2O (l)
Con lo que Δn = (6 – 15/2) moles = -1,5 moles
Por lo que: qp = qv + Δn RT = -3,27·106 J/mol + (-1,5 moles) · 8,3144 J K-1 mol-1 · 298K
= -3,274 · 106 J/mol
4. Al vaporizarse un mol de agua líquida, a la temperatura de ebullición y a la
presión constante de 1 atm, se absorben 9,7 kcal. El sistema realiza trabajo sobre
la atmósfera que le rodea, a causa de la variación de volumen que tiene lugar
cuando el agua pasa de líquido a vapor. Calcular:
a) el trabajo realizado por 1 mol de agua líquida, sabiendo que su volumen
a 373 K es 0,019 litros y considerando que el vapor se comporta como un
gas ideal
b) ΔH y ΔU para este proceso
Solución:
a) el volumen que ocupa un mol vapor de agua a 373 K es:
V = 22,414 litros · 373K/272K = 30,624 litros
Por lo que el aumento de volumen que sufre un mol de agua líquida al
vaporizarse es: ΔV = 30,624 – 0,019 = 30,605 litros
Y el trabajo realizado: W = P · ΔV = 1 atm · (1,013 · 105 Pa / 1 atm) · 30,605
litros · (1 m3 / 1000 litros) = 3100 J  3,1 kJ
b) ΔH = qv = 9,7 kcal · (4,1855 kJ / 1 kcal) = 40,6 kJ
ΔU = ΔH – P · ΔV = 40,6 kJ – 3,1 kJ = 37,5 kJ