Problemas individuales sobre termodinámica

TERMOQUIMICA Y CALORIMETRÍA
PROBLEMA T1
Calcule la entalpía estándar de formación del sulfuro de carbono (CS2)
teniendo en cuenta que:
C(grafito) + O2(gas) → CO2(gas) ΔHo = -393.5 kJ
S(rómbico) + O2(gas) → SO2(gas) ΔHo = -296.1 kJ
CS2(liq.) + 3 O2(gas) → CO2(gas) + 2 SO2(gas) ΔHo = -1072 kJ
PROBLEMA T2
Calcular el calor de formación del benceno, C6H6(l), si se conoce su calor de
combustión (-780 kcal/mol) y los calores de formación del H2O(l) (-68 kcal/mol) y
del CO2(g) (-94 kcal/mol).
PROBLEMA T3
a) Calcular el ∆H de combustión del acetileno gaseoso (C2H2) sabiendo que el
∆Hf de CO2(g) es –94,1 kcal/mol, el de H2O(l) es –68,3 kcal/mol y el de C2H2(g) es
54,8 kcal/mol.
b) Calcular el cambio de entalpía que se produce cuando 10 g de agua se
calientan desde –10 hasta 120 ºC a presión constante. Datos: ∆Hvap = 539
cal/g; ∆Hfus = 80 cal/g; c(H2O(g)) = c(H2O(s)) = 0,52 cal/ºCg; c(H2O(l)) = 1 cal/ºCg
PROBLEMA T4
En una experiencia realizada en el TP de determinación del calor de
neutralización se colocan en un calorímetro de E= 40,0 cal/oC;150,0 ml de agua
destilada y 20,0 ml de solución de NaOH 1,2255 M (a 25.00 oC); luego se
agregan 10,00 ml de un ácido fuerte de concentración 0,7220 M. Sabiendo que
la temperatura final del sistema es 25,90 oC y que el hidróxido está en exceso ,
indique, justificando su respuesta, si el ácido agregado es monoprótico o
diprótico (desprecie el calor de dilución). ΔHneutr. = -13.7 Kcal/eq.
PROBLEMA T5
En un calorímetro de E = 49,0 cal/ºC se hacen reaccionar 30,0 ml de NaOH
1,2732 M con 10,00 ml de una solución 0,7402 M de un ácido fuerte
desconocido. Además en el calorímetro se agregan 80,0 ml de agua. El ∆T
obtenido es de 1,31 ºC. Al repetir la experiencia pero arrojando los 10,00 ml de
ácido ahora sobre 110,0 ml de agua el ∆T obtenido es de 0,11 ºC. Sabiendo
que el ∆H de neutralización es –13700 cal/equivalente determinar si el ácido
era mono o diprótico.
PROBLEMA T6
Calcule la cantidad de calor que hay que proporcionarle a 125 grs de hielo a
una temperatura de –10 oC para llevarlo a vapor a 150 oC. Los calores
específicos del hielo y del vapor son iguales a 0,50 cal/g oC. Los calores
latentes de fusión y de vaporización son 1440 cal/mol y 10500 cal/mol.
PROBLEMA T7
Un calorímetro adiabático de 40 cal/oC de capacidad calorífica se llena con 100
ml de agua caliente, equilibrándose la temperatura del sistema en 85 oC. Se le
agregan al mismo 20 g de hielo a –5 oC. Calcular la temperatura final del
sistema.
Calor especifico del agua liquida: 1 cal/g oC
Calor específico del hielo: 0,5 cal/g oC
Calor de fusión del agua: 80 cal/g.
PROBLEMA T8
Sabiendo que a 25 ºC y 1 atm la entalpía de formación del NH4NO3 (s) es –
87,93 kcal/mol y que las entalpías normales de formación del N2O (g) y del H2O
(l) son +19,49 kcal/mol y –68,37 kcal/mol, respectivamente, calcule el ∆H para
la reacción: NH4NO3 (s) → N2O (g) + 2 H2O (l)
PROBLEMA T9
A un calorímetro de E=45 cal/oc que contiene 100 ml de agua y 20,0 ml de
NaOH 0,456 M se le agregan 10,0 ml de H2SO4 0,354 M. Si durante una
experiencia similar donde la solución de NaOH fue sustituida por 20,0 ml de
agua se produjo una variación de temperatura de 0,02 oC, y el calor de
neutralización es 13700 cal/eq, calcule: i) el calor de dilución por equivalente de
ácido; ii) la variación de la temperatura total que se habrá medido en la
experiencia de neutralización.
PROBLEMA T10
Establezca si las siguientes premisas son verdaderas o falsas, justificando su
respuesta:
1. Todos los calorímetros tienen el mismo equivalente en agua E.
2. El calor liberado en la neutralización de HNO3 con KOH es –13.7 kcal/equiv.
3. El calor liberado en la neutralización de ácido acético (ácido débil) con
hidróxido de amonio (base débil) es –13.7 kcal/equiv.
PROBLEMA T11
(a) Para determinar el E (equivalente en agua) de un calorímetro se le agregan
20 ml de agua destilada estabilizándose la temperatura en 25,0 oC. Luego se le
agregan 150 g de cobre a 200 oC siendo la temperatura final del sistema igual a
63,0 oC (suponga que el calorímetro es adiabático). ¿Cuál es el valor de E?
Calor específico del Cu = 0,092 cal/g oC; Calor especifico del H2O liquida = 1
cal/g oC
(b) Al calorímetro anterior se le agregan 180 ml de agua destilada, 20,00 ml de
HNO3 0,850 M y 40,00 ml de NaOH 0,720 M. ¿Cuál será la variación de
temperatura que sufrirá el sistema? (suponga que las soluciones, el agua y el
calorímetro estaban inicialmente a igual temperatura, realice las mismas
suposiciones que en el trabajo práctico).
∆H(neutralización) = -13700 cal/equ; ∆H(dilución del ácido) = -1000 cal/equ.
PROBLEMA T12
Para determinar el equivalente en agua (E) de un calorímetro se le agrega 10 g
de hielo estabilizándose la temperatura en –5 ºC. Luego se agrega 120 g de
cobre a 200 ºC siendo la temperatura final del sistema igual a 26,0 ºC (suponer
que el calorímetro es adiabático). ¿Cuál es el valor de E?
Datos: ce del Cu = 0,092 cal/gºC; ch del H2O sólida = 0,51 cal/gºC; ce del H2O
líquida = 1 cal/gºC; ∆Hfus del agua = 80 cal/g.
PROBLEMA T13
Se usa un calorímetro cuyo E es 30 cal/gºC en un experimento de calor de
neutralización, agregando 40,0 ml de agua destilada, 40,0 ml de solución de
NaOH 1,510 M y por último 10,00 ml de solución de H2SO4 0,930 M. ¿Cuál
será la variación de temperatura que sufrirá el sistema? Considere
despreciable el calor de dilución del NaOH.
Datos: ∆H neutralización = –13700 cal/eq; ∆H dilución del ácido = –1000 cal/eq
PAR: C = 12; H = 1; O = 16; Mn = 55; S = 32; K = 39; Na = 23; Cl = 35,5; N =
14.
PROBLEMA T14
a) Calcule el calor liberado cuando se mezclan a 25 ºC 10 ml de solución de
ácido sulfúrico 0,15 M, 20 ml de solución de ácido clorhídrico 0,10 M y 10 ml de
solución de hidróxido de sodio 0,40 M (∆Hn = –13,7 kcal/eq, desprecie el calor
de dilución).
b) Si la mezcla anterior se realiza en un termo que contiene 50 ml de agua a 25
ºC y cuyo equivalente en agua es 27 cal/ºC, ¿cuál será la temperatura final del
sistema?
PROBLEMA T15
(a) Calcular el calor de formación del pentano C5H12(l), si su calor de
combustión es –838,78 kcal/mol y los calores de formación del H2O(l) y del
CO2(g) son –68.3 kcal/mol y –94.0 kcal/mol, respectivamente.
(b) Calcular el cambio de energía interna a 25 oC que acompaña a la reacción
del inciso (a).
PROBLEMA T16
Las entalpías de formación a 25 oC del metano (CH4) gaseoso, del CO2(g) y del
agua líquida son –19,8 kcal/mol, -93,9 kcal/mol y –68,3 kcal/mol,
respectivamente. (a) Determinar la entalpía de combustión del metano
(considere que se produce agua líquida). En otro experimento, se queman 0,50
g de metano con la cantidad estequiométrica de oxígeno en un calorímetro (E =
45 cal/oC) que contiene 2000 ml de agua inicialmente a 25 oC. (b) Calcular la
temperatura final y (c) la variación de energía interna molar de la combustión
de metano.
Calor específico del agua = 1,0 cal/g oC; densidad del agua = 1 g/cm3
R = 1,98 cal/mol K
PROBLEMA T17
a) Se mezclan 50,0 ml de una solución de HNO3 2,55 %p/v con 20,0 ml de otra
solución de H2SO4 0,283 M. Se toman 10,0 ml de la solución resultante y se
agregan a un calorímetro igual al usado en el trabajo práctico. El calorímetro
contiene 70 ml de H2O y 30 ml de una solución de NaOH 0,35 M. Sabiendo
que el equivalente en agua del calorímetro es 29,5 cal/ºC, que el calor de
neutralización es –13,7 kcal/eq, que el calor específico del H2O es 1,00 cal/gºC
y que el calor de dilución de la solución de los ácidos es despreciable, calcular
el aumento de temperatura de la experiencia.
b) Predecir para las siguientes situaciones si el cambio de temperatura será
mayor, menor o igual al obtenido en el inciso a). Justifique adecuadamente.
(i) Si el mismo experimento se realiza en otro calorímetro de mayor equivalente
de agua.
(ii) Si se agregan al calorímetro 30 ml de H2O en vez de 70 ml.
(iii) Si el calor de dilución no es despreciable.
PROBLEMA T18
Conocidas las siguientes entalpías de formación normales del gas propano
(C3H8) (–183,8 kJ/mol), del dióxido de carbono gaseoso (–393,5 kJ/mol) y del
agua líquida (–285,5 kJ/mol). Calcule el calor de combustión del propano a 298
K y 1 atm.
TERMODINÁMICA (teoría)
PROBLEMA Tt1
Se encierran 0,5 moles de un gas a una presión de 1,2 atm y una temperatura de 27
oC. Este gas se deja expandir isotérmicamente hasta una presión final de 0,6 atm.
Calcular el trabajo realizado por el sistema si (i) el proceso es irreversible en una sola
etapa; (ii) durante el proceso se realiza el máximo trabajo posible.
PROBLEMA Tt2
2,5 moles de un gas se expande reversible e isotérmicamente (30 oC) desde 1,0
atmósfera hasta 0,25 atmósferas. Luego se lo calienta isocóricamente hasta que la
presión vuelve a ser igual a 1,0 atm. Calcule la variación de energía interna y entalpia.
Dato: capacidad calorífica molar del gas = 2,98 cal/oC mol
PROBLEMA Tt3
Calcular el trabajo, el calor, las variaciones de energía interna, entropía y entalpia para
la expansión isotérmica (25 OC) de 1,5 moles de un gas ideal desde 10 atmósferas
hasta 1 atmósfera de presión:
a) contra el vacío.
b) contra una presión exterior de 1 atmósfera
c) en un proceso reversible.
PROBLEMA Tt4
(a) Calcular el trabajo y el calor puesto en juego en la expansión isotérmica reversible
de 2 moles de gas ideal inicialmente a 200 K y 5 atm, hasta que su volumen se triplica.
(b) Calcular el cambio de entropía del sistema en el caso anterior.
(c) Calcular el cambio de entropía del universo en la expansión contra el vacío de 2
moles de gas ideal inicialmente a 200 K y 5 atm, hasta que su volumen se triplica.