TEMA 4

TEMA 4
CUESTIONES Y PROBLEMAS
1.
A gasolina pode ser considerada como unha mestura de octanos (C 8H18).
Sabendo que as calores de formación de H2O(g)= -242kJ/mol; CO2(g)=
-394kJ/mol e C8H18(l)= -250kJ/mol, (a) escriba a ecuación (axustada) de
combustión da gasolina (os productos son CO2(g) e H2O(g)) e calcule a calor de
reacción ∆H (en kJ). (b) Calcule a enerxía (en kJ) liberada na combustión de 5
litros de gasolina (densidade=800kg/m3).(c) ¿Que volume de gas carbónico
medido a 30ºC e presión atmosférica hase xerar en tal combustión?. Datos:
R=0,082atm.L.K-1.mol-1. ( XUÑO - 2001)
2.
Para unha reacción química entre gases, ¿que relación existe entre a
calor de reacción a volume constante e a variación de entalpía na reacción?
¿poden ser iguais? Razóeo. (b) ¿Podería dicirse que unha reacción da que a
variación de entalpía é negativa é espontánea?. Xustifíqueo. (XUÑO - 2002).
3.
De acordo coa ecuación que relaciona a variación de enerxía libre coa
variación de entalpía e a variación de entropía, razoar:
a)
Cando un proceso químico é espontáneo.
b)
Cando un proceso químico é non espontáneo.
c)
Cando está en equilibrio. ( Xuño - 2003)
4.
Na reacción: 4Ag(s) + O2(g) → 2Ag2O(s), a variación de entalpía e a
variación de entropía a 25°C e 1 atm valen -61,1 kJ y -132,1 J/K
respectivamente. Supoñendo que estes valores son independentes da
temperatura, determinar, previo cálculo: (a) O sentido en que é espontánea a
reacción nesas condicións. (b) O sentido en que é espontánea a reacción a
500°C. (c) A temperatura á que se alcanza o equilibrio químico. (SETEMBRO
-2003)
5.
O ácido etanoico(líquido) (ácido acético) fórmase ao reaccionar
carbono(sólido), hidróxeno molecular(gas) e osíxeno molecular(gas). Os calores
de combustión do ácido etanoico(l); hidróxeno(g) e carbono(s) son
respectivamente -870,7; -285,8 e -393,13 kJ/mol. (a) Escribir adecuadamente
as ecuacións químicas dos distintos procesos de combustión e a
correspondente á formación do ácido etanoico. (b) Calcular o calor de
formación, a presión constante, de dito ácido etanoico (c) ¿Cántas kilocalorías
se desprenden na formación de 1 kg de ácido etanoico?. Dato: 1 J= 0,24cal.
(XUÑO – 2004)
6.
A combustión do acetileno (C2H2(g)) produce dióxido de carbono e auga.
(a) Escriba a ecuación química correspondente ó proceso. (b) Calcule a calor
molar de combustión do acetileno e a calor producida ó queimar 1,00Kg de
acetileno.
Datos:
∆Hfº(C2H2(g))=+223,75kJ/mol;
∆Hfº(CO2(g))=-393,5kJ/mol;
∆Hfº(H2O(g))= -241,8kJ/mol. (XUÑO 2006)
7.
Calcule a calor de formación do acetileno (C2H2(g)) a partir das calores
de formación do H2O(l) e do CO2(g) e da calor de combustión do C2H2(g)
¿Que volume de dióxido de carbono medido a 30º C e presión atmosférica (1
atm) se xerará
na combustión de 200 g de acetileno? Datos:
R=0,082atm.L/K.mol. Datos: ∆Hºf (H2O(l)) = -285,8 kJ/mol; ∆Hºf (CO2(g)) =
-393,31kJ/mol; ∆Hºc (C2H2(g)) = -1300 kJ/mol. (XUÑO 2007).
8.
A entalpía de formación do tolueno gas (C7H8) é de 49,95kJ/mol e as
entalpías de formación do CO2(g) e do H2O(l) son, respectivamente, -393,14 e
-285,56 kJ/mol
a)
Calcule a entalpía de combustión do tolueno gas.
b)
¿Cantos kJ se desprenden na combustión completa de 23 g de tolueno?
(SETEMBRO 2007)
9.
As entalpías estándar de combustión do C(s) e C6H6(l) son -393,5 kJ/mol
e -3301 kJ/mol, respectivamente; e a de formación da H2O(l) vale -285,5
kJ/mol. Calcule: (a) a entalpía estándar de formación do benceno(l); (b) a calor,
expresada en kJ, necesaria para a obtención de 1,0 kg de benceno (l). (XUÑO
2009)
10.
Na fermentación alcohólica da glicosa obtense etanol e dióxido de
carbono. A ecuación química correspondente é: C6H12O6 (s)→ 2CO2 (g) +2CH3CH2OH(l).
a)
Calcule a ∆Hº desta reacción.
b)
¿Canto litros de dióxido de carbono, medidos a 25ºC e 0,98 atm, se
poderían obter na fermentación de 1 kg de glicosa?
Datos: Entalpías estándar de combustión: C6H12O6(s)= -2813 kJ/mol e CH3CH2OH(l) = -1371 kJ/mol. R= 0,082 atm.L.K-1mol-1 (SETEMBRO 2009)
11.
Se supoñemos que a gasolina é unha mestura de octanos de fórmula xeral
C8H18: a) Calcule o volume de aire medido a 25ºC e 1 atm (101,3 kPa) que se
necesita para queimar 100 L de gasolina. b) Calcule a calor desprendida cando
se queiman 100 L de gasolina. Datos: R=0,082 atm·L·K -1·mol-1 ó R=8,31 J·K-1·mol-1
∆Hfº(CO2(g))=-393,5 kJ·mol-1; ∆Hfº(H2O(l))=-285,8 kJ·mol-1; ∆Hfº(C8H18(l))=
249,8 kJ·mol-1; osíxeno no aire= 21 % en volume; densidade do octano= 800 g·L-1
(XUÑO 2010)
12.
Las variaciones de entalpías estándar de formación del CH4 (g) , CO2 (g)
y H2O (l) son, respectivamente, -74,9 kJ/mol; -393,5 kJ/mol; -285,8 kJ/mol.
Calcula:
a)
La variación de la entalpía de combustión del metano.
b)
El calor producido en la combustión completa de 1 m3 de metano medido
en condiciones normales. Dato: R = 0,082 atm·L·K-1·mol –1
13.
Los calores de combustión del metano y el 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 0ºC y 1 atm). Masas
atómicas: C = 12; H = 1.
14.
Explica brevemente: a) Por qué algunas reacciones endotérmicas, no
espontáneas a baja temperatura, son espontáneas a altas temperaturas. b) Por
qué muchos procesos de disolución son endotérmicos y, sin embargo, son
espontáneos a temperatura ambiente o baja.
15.
El octano, C8H18, es uno de los componentes de las gasolinas comerciales.
Su densidad es de 0,70 g / ml.
a)
Calcula 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)
Calcula el calor desprendido en la combustión de 10 ml. de octano. Datos:
Masas atómicas: carbono = 12; hidrógeno = 1
16.
Explique y justifique si las siguientes proposiciones son ciertas o falsas:
a)
Sabiendo que las ∆H disolución de CaCl2 (s) y NH4NO3 (s) son –82,8
KJ/mol y 26,6 KJ/mol respectivamente, las disoluciones en agua de CaCl2 (s) se
pueden utilizar para calentar, y las de NH4NO3 (s) para enfriar.
b)
El primer principio de la termodinámica se enuncia como ∆U = + Q
c)
El calor de reacción a volumen constante es siempre mayor que el calor
de reacción a presión constante.
d)
Se sabe que la siguiente reacción, A (s)
B(s) + C (g), es espontánea a
cualquier temperatura. Por lo tanto si ∆S es positivo, podemos deducir que ∆H
debe ser negativo.
17.
La entalpía estándar de formación del tolueno (C6H5 – CH3) es 11,95
kcal /mol, y las entalpías estándar de formación del dióxido de carbono (g) y
del agua (l) son respectivamente –94,05 y –68,32 kcal / mol. Calcule
a)
La entalpía de combustión del tolueno.
b)
¿Cuántas calorías se desprenden en la combustión completa de 23,00
gramos de tolueno?
18.
La reacción de una mezcla de aluminio en polvo con oxido de hierro (III)
genera hierro y óxido de aluminio. La reacción es tan exotérmica que el calor
liberado es suficiente para fundir el hierro que se produce.
a)
Calcular el cambio de entalpía que tiene lugar cuando reaccionan
completamente 53,96 gramos de aluminio con un exceso de óxido de hierro
(III) a temperatura ambiente.
b)
¿Cuántos gramos de hierro se obtienen si el rendimiento de la reacción
es del 85 %?
Datos: ∆Hºf (Fe2O3) = - 822,2 kJ; ∆Hºf (AI2O3) = - 1676 kJ.
19.
Utilizando los valores que aparecen en la tabla, todos obtenidos a la
temperatura de 25ºC, y considerando la reacción CO (g) + Cl2 (g) . COCl2 (g)
Compuesto
Sº (J · mol-1 · K-1)
∆Hº (KJ · mol-1)
CO (g)
197,7
- 110,4
Cl2 (g)
222,8
0,0
CO Cl2 (g)
288,8
- 222,8
a) Calcule ∆Sº de la reacción.
b) Calcule ∆Hº de la reacción.
c) Calcule ∆Gº de la reacción.
d) Razone si la reacción es o no espontánea.
20.
La descomposición del tetraóxido de dinitrógeno, N2O4
2 NO2
ocurre espontáneamente a temperaturas altas. Los datos termodinámicos, a
298 K se incluyen en la tabla adjunta. Determine para dicha reacción:
a)
∆Hº y ∆Sº a 298 K.
b)
La variación de energía interna a 298 K.
c)
Si la reacción es espontánea a 298 K en condiciones estandar.
d)
La temperatura a partir de la cual el proceso es espontáneo. (considere
que ∆Hº y ∆Sº son independientes de la temperatura).
Compuesto
∆Hº f (kJ / mol)
N 2O 4
9,2
33,2
NO2
Datos: R = 8,31 J / mol · K
∆Sº (J / mol · K)
304
240
21.
La Entalpía de combustión del butano es ∆Hc = - 2642 KJ /mol, si todo
el proceso tiene lugar en fase gaseosa.
a)
Calcule la energía media del enlace O – H.
b)
Determine el número de bombonas de butano (6 Kg de butano /bombona)
que hacen falta para calentar una piscina de 50 m3 de 14 a 27ºC.
Datos: R = 0,082 (atm · L) / ( mol · K) Masas atómicas: C = 12 ; O = 16; H = 1;
Ce (calor específico del agua) = 4,18 KJ / K · Kg ; q (densidad del agua) = 1 Kg /
L . Energías medias de enlace: E (C-C) = 346 KJ / mol; E(C = O) = 730 KJ / mol;
E(O = O) = 487 KJ / mo ; E (C-H) = 413 KJ / mol
22.
Sustancia
DH0F (kJ/mol)
C4H8 (g)
C4H10 (g)
CO (g)
CO2 (g)
H2O (g)
28,4
- 124,7
- 110,5
- 393,5
- 241,8
Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcule:
a) La cantidad de calor desprendido en la combustión de 14,5 kg de n-butano.
b) La variación de la energía interna del sistema, considerando 25ºC de
temperatura.
Datos: R = 8,30 J/mol·K, masas atómicas: C = 12,0; H = 1,0.
23.
El clorato de potasio se descompone en cloruro de potasio y oxígeno. Las
entalpías estándar de formación del cloruro de potasio y el clorato de potasio a
25 °C son, respectivamente, - 437 kJ · mol-1 y - 398 kJ · mol-1.
a)
Escribir la reacción correspondiente a la descomposición.
b)
Calcular la variación de entalpía de la reacción e indicar si es exotérmica
o endotérmica.
c)
Razonar cuál será el signo de la variación de entropía estándar de la
reacción.
d)
Justificar si la reacción será o no espontánea en condiciones estándar.
24.
Calcule la entalpía de formación estándar del monóxido de nitrógeno a
presión constante, expresándola en kJ/mol, a partir de las siguientes
ecuaciones termoquímicas:
N2 (g) + 2 O2 (g)
2 NO2 (g) ∆H1 = 67,78 kJ
2 NO (g) + O2 (g)
2 NO2 (g) ∆H2 = -112,92 kJ
25.
El ácido acético (CH3COOH) se obtiene industrialmente por la reacción
entre metanol (CH3OH) y monóxido de carbono.
a) Razonar si la reacción es exo o endotérmica.
b) Calcular la cantidad de energía intercambiada al hacer reaccionar 50 Kg de
metanol con 30 Kg de monóxido de carbono, si el rendimiento de la reacción es
del 80 %.
Datos: Entalpías de formación: (metanol) = -238 KJ / mol (ácido acético) =
-485 KJ / mol (monóxido de carbono) = - 110 KJ / mol
Masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16.
26.
Sabiendo que el calor de combustión del propano,
C3H8 (g) + 5 O2 (g)
3 CO2 (g) + 4 H2O (l)
A presión constante y temperatura de 25ºC es – 2218,8 kJ/mol, calcule:
a) La variación de energía interna, en kJ/mol.
b) La entalpía de formación estándar del agua líquida
Datos: ∆H0f (CO2 g) = - 393,5 kJ/mol; ∆H0f (C3H8 g) = - 103,8 kJ/mol;
R = 8,31 J/molK
27.
las entalpías de combustión en condiciones estándar, ∆Hº, del eteno,
C2H4 (g) y del etanol, C2H5OH(l) valen - 1411 KJ / mol y - 764 KJ / mol,
respectivamente. Calcular:
a) La entalpía en condiciones estándar de la reacción:
C2H5OH(l)
C2H4 (g) + H2O (l)
b) Indicar si la reacción es exo o endotérmica.
c) La cantidad de energía absorbida o cedida al sintetizar 75 g de etanol a
partir de eteno y agua.
Datos: masas atómicas: H = 1; C = 12; O = 16
28.
a)Calcule la entalpía de combustión del benceno líquido, sabiendo que las
Hfº de CO2(g); H2O (l); C6H6 (l) son respectivamente –393,51 kJ/mol,
-285,83kJ/mol, 49,0kJ/mol.
b) Indique y justifique si el proceso anterior se produce con aumento o
disminución de entropía.
29.
Al quemar 1 gramo de etanol y 1 gramo de ácido acético, se desprenden,
respectivamente, 29,7 kJ y 14,5 kJ.
Determina:
a) Cuál de las dos sustancias tiene mayor entalpía de combustión
b) Cuál de las dos sustancias tiene mayor entalpía de formación
Masas atómicas: H = 1 C = 12 O = 16
∆Hf(CO2) = -394 kJ/mol ∆Hf(H2O) = -259 kJ/mol
30.
Disponemos de un coche que gasta siete litros de gasolina (C 8H18) por
cada 100 Km.
a) Escribe ajustada la reacción de combustión de la gasolina.
b) Determina el valor de la entalpía de combustión de la gasolina.
c) Calcula la energía consumida por el coche al recorrer 100 Km.
d) Calcula el volumen de oxígeno, medido en condiciones normales, que se
necesita para la combustión completa de los siete litros de gasolina.
Datos: masas atómicas: H = 1, C = 12, O = 16. Entalpías de formación (∆Hºf) en
KJ / mol: C8H18 = - 270; CO2 = -394; H2O = -286
31.
Dadas las entalpías normales de formación siguientes:
∆Hf C4H10 (butano) = -126 kJ/mol; ∆Hf CO2 = -394 kJ/mol; ∆Hf H2O (l) =
-286 kJ/mol, calcular el calor desprendido en la combustión de 1,5 kg de
butano. Datos: Masas atómicas: C = 12,0; H = 1,0.
32.
Cuando se añade HCl al CH2 = CH - CH3 (propeno) se obtiene CH3 -CHCl
-CH3 (cloruro de isopropilo). Calcular la entalpía de la reacción a partir de las
energías de enlace siguiente: C-C: 348 KJ/ mol; C=C : 619 KJ/ mol ; H-Cl : 432
KJ/ mol; C-H : 413 KJ /mol; C-Cl : 326 KJ/ mol
33.
Las entalpías de combustión, en condiciones estándar, del etano, eteno e
hidrógeno son, respectivamente: -1553,3 kJ/mol, -1405,4 kJ/mol y –284,5
kJ/mol. Calcula la entalpía de reacción de la hidrogenación del eteno a etano.
34.
El calor de combustión del butano gaseoso a presión constante y 25 °C
es - 2879 KJ. Sabiendo que los calores de formación de CO2 (g) y H2O (l) son
-393,5 y - 285,8 KJ, respectivamente. Calcular:
a) el calor de formación del butano a presión constante.
b) el calor de combustión a volumen constante.
(R = 8,31 J /mol · K)
35.
En la combustión en condiciones estándar de 1 g de etanol, CH 3 – CH2 –
OH, se desprenden 29,8 kJ. Por otra parte, en la combustión de 1 g de ácido
acético, CH3 – COOH, se desprenden 14,5 kJ. Con estos datos, calcule la
entalpía estándar de la reacción siguiente:
CH3 – COOH + H2O
CH3 – CH2 – OH + O2
36.
a)
Calcule la variación de entalpía estándar correspondiente a la disolución
del carbonato de calcio sólido en óxido de calcio sólido y dióxido de carbono
gaseoso. ¿Es un proceso exotérmico o endotérmico?. Razone la respuesta.
Datos: DHfº CaCO3 = - 1206,9 KJ /mol; ∆Hºf CO2 = - 393,13 KJ /mol; ∆Hºf
CaO = - 635,1 KJ /mol. Nota: escriba todas las reacciones implicadas.
b)
¿Qué volumen de CO2 en condiciones normales, se produce al
descomponerse 750 g de CaCO3?
37.
Conteste razonadamente:
a) ¿Puede ser espontánea una reacción endotérmica?. En caso afirmativo, ¿en
qué condiciones?
b) Ordene según su entropía, de forma razonada: 1 g de hielo, 1 g de vapor de
agua, 1 g de agua líquida.
38.
Se considera la reacción:
PbO (s) ∆H = - 219 kJ
Pb (s) + ½ O2 (g)
a) Calcular el calor absorbido o desprendido al formarse 15 gramos de óxido
de plomo (II).
b) ¿ Puede decirse que la reacción es espontánea a cualquier temperatura?
Razónese.
DATOS: Masas atómicas : O = 16, Pb = 207.