Ejercicios Termoquímica

EJERCICIOS: TERMOQUIMICA
1. 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.
2. a) Para que una reacción química sea espontánea,¿es suficiente con que sea
exotérmica? Razone la respuesta. b) enuncie la ley de Hess y comente alguna de
sus aplicaciones.
3. De acuerdo con la ecuación que relaciona la variación de energía libre con la
variación de entalpía y la variación de entropía, razonar: a) Cuándo un proceso
químico es espontáneo; b) Cuándo un proceso químico en no espontáneo. c)
Cuándo está en equilibrio.
4. Responder a las siguientes cuestiones: a) explicar razonadamente cómo variará
con la temperatura la espontaneidad de una reacción en la que ∆H o < 0 y ∆So > 0,
suponiendo que ambas magnitudes novarían con la temperatura. b) Explica en qué
consiste el efecto invernadero.
5. Discuta la espontaneidad de la reacción CaCO 3 CaO + CO2 a las siguientes
temperaturas: 417,4 o C, 834,8 o C y 1252,2 o C. Justifique, además, cuál de ellas
sería la más adecuada para obtener óxido de calcio. Datos: ∆Ho=+177802 J,
∆So=+160,5 J/K.
6. El proceso de fotosíntesis se puede representar por la ecuación: 6 CO2 (g) + 6
H2O (l)  C6H12O6 (s) + 6 O2 (g); ∆Ho=3402,8 kJ. Calcule: a) La entalpía de
formación estándar de la glucosa, C6H12O6. b) La energía necesaria para la
formación de 500 g de glucosa mediante fotosíntesis. Datos: ∆H of [H2O(l)]= -285,5
kJ/mol, ∆Hfo [CO2 (g)]= -393,5 kJ/mol.
7. En la combustión completa en condiciones estándar de 6 litros de eteno (C 2H4),
medidos a 27 ºC Y 740 mm de Hg, se desprenden 314,16 kJ, quedando el agua en
estado gaseoso. Calcula: a) La entalpía de combustión estándar del eteno. b) La
entalpía de formación a 298 K del eteno. c) La variación de entropía a 298 K para
el proceso de combustión considerado (6 L de eteno).Datos: ∆Gº para la
combustión del eteno = -1314,15 kJ/mol, ∆Hºf [CO2 (g)]= -393,5 kJ/mol, ∆Hºf [H2O
(g)]=-241,8 kJ/mol.
8. Considere la reacción: H2 (g) + Cl (g)  2 HCl (g); ∆H= -184,6 kJ. Si reaccionan,
en un recipiente 3 moles de H2 (g) y 5 moles de Cl 2 (g), manteniendo la presión
constante de 1 atm y a la temperatura de 25 ºC. a) Calcular el trabajo realizado y
dar el resultado en julios. b) Calcular la variación de energía interna del sistema.
9. Determina la variación de entalpía estándar de la reacción de hidrogenación del
eteno: a) A partir de las entalpías de formación estándar. b) Utilizando las entalpías
de enlace estándar. c) Con las entalpías de combustión estándar del etano, del
eteno y el calor de formación del agua. Datos: ∆Hºf (eteno)= 52,30 kJ/mol, ∆Hºf
(etano)= -84,6 kJ/mol, ∆Hºc (etano)= -1560,95 kJ/mol; ∆Hºf (agua)= -285,5 kJ/mol,
∆Hºc (eteno)= -1411,93 kJ/mol. E(C=C) = 610 kJ/mol, E (C-C) = 347 Kj/mol, E(HH)=436 kJ/mol,E(C-H)=415 kJ/mol.
10. Sabiendo que los calores de formación a 298 K de butano (C4H10), dióxido de
carbono y agua, son -125 kJ/mol, -393 kJ/mol, -242 kJ/mol, respectivamente,
calcular: a) La entalpía de combustión del butano haciendo uso de la ley de Hess.
b) La variación de energía interna que acompaña al proceso.
11. El calor de la combustión del butano gaseoso a presión cte y 25 ºC es -2879 kJ.
Sabiendo que los calores de formación de CO 2 (g) y H2O (g) son -393 y -285,5 kJ,
1
respectivamente. Calcular: a) El calor de formación del butano a presión cte. b) El
calor de combustión a volumen cte. Datos: R= 8,31 J. mol -1. K-1.
12. La entalpía de combustión del butano es ∆H c = -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 27 ºC. Datos: C e (calor
específico del agua) = 4,18 kJ/ K . Kg. Densidad del agua = 1 Kg/l. Energías
medias de enlaces: E(C-C)= 346 kJ/mol, E(C=O) = 730 kJ/mol, E(O=O) =487
kJ/mol, E(C-H) =413 kJ/mol.
13. En algunos países se utiliza el etanol como alternativa a la gasolina en los motores
de los automóviles. Suponiendo que la gasolina es octano puro: a) Escribe
ajustadas, las reacciones de combustión de ambas sustancias. b) Determina qué
combustible tiene mayor poder calorífico( calor producido por cada kilogramo
quemado). Datos:
dióxido
de
Etanol
octano
carbono
agua
∆Hºf
(kJ/mol)
-278
-270
-394
386
14. El butano (C4H10) es un compuesto gaseoso que puede experimentar una reacción
de combustión. a) Formule la reacción y ajústela estequiométricamente. b) Calcule
el valor (en Kcal) que puede suministrar una bombona que contiene 4 Kg de
butano. c) Calcule el volumen de oxígeno, medido en condiciones normales, que
será necesario para la combustión de todo el butano contenido en la bombona.
Datos: ∆Hºf C4H10 (g)= -1125 kJ/mol; ∆Hºf H2O (l)= -286kJ/mol; ∆Hºf CO2 (g)= 394kJ/mol; 1 Kcal= 4,18 Kj
15. Uno de los alimentos más consumidos es la sacarosa C 12H22O11. Cuando
reacciones con el oxígeno desprende 348,9 kJ/mol a la presión de 1 atm. El
torrente sanguíneo absorbe, por término medio, 26 moles de O 2 en 24 horas. Con
esta cantidad de O2: a) gramos de sacarosa que se pueden quemar al día (742,1
g); b) ¿Cuántos kJ se producirán en la combustión? (757,1kJ)
16. Las plantas verdes sintetizan glucosa mediante la reacción de fotosíntesis 6 CO 2(g)
0
+ 6 H2O(l) == C6H12O6(s) + 6 O2(g)
= 2813 kJ/mol. Calcule: a) la entalpía de
formación de la glucosa, justificando si la reacción es endo o exotérmica (-1261
kJ/mol); b) Hallar la energía necesaria para obtener 5 g de glucosa (78,1 kJ)
0
0
17.
(sublimación C
f (CH4(g))=75kJ/mol; Energía media enlace H-H = 436 kJ/mol. a) Obtener el valor de la
variación de entalpía de la reacción C(g) + 2H 2(g)
CH4(g) y justificar si es
endotérmica o exotérmica (-792 kJ); b) Estimar el valor de la energía media de
enlace C-H(416kJ/mol).
18. Cuando se quema un mol de naftaleno (C 10H8) sólido en oxígeno gaseosa a
volumen constante y 25 ºC se obtiene que el calor desprendido es –4715 kJ.
para esta reacción. Dato: R = 8,31 J/mol.K (-4710 kJ)
19. El sulfuro de hidrógeno, presente en ciertos casos en el gas natural, puede
transformarse en azufre según una serie de transformación que pueden expresarse
0
en la siguiente reacción: H2S(g) + ½ O2(g)
S(s) + H2
f del sulfuro
de hidrógeno gas y del agua líquida son respectivamente –5,3 y 68,4 kcal/mol.
Calcula: a) la entalpía de la reacción anterior (-63,1kcal); b) El calor desprendido
por tonelada de azufre producido (1,97.10 6 kcal). Pat (S) = 32.
20. La gasolina puede ser considerada como una mezcla de octanos (C8H18). Sabiendo
0
que las
f del agua(g) es –242 kJ/mol; del CO2 (g) es –394 kJ/mol y del C8H18 (l)
= -250 kJ/mol. a) Escriba la ecuación ajustada de la combustión de la gasolina y
calcule la entalpía de la reacción (5080 kJ); b) Calcule la energía liberada en la
combustión de 5 litros de gasolina (de densidad = 800 kg/m3)(1,78.105 kJ); c) ¿Qué
2
volumen de gas carbónico medido a 30ºC y presión atmosférica se generará en la
combustión?(6982 L)
21. 5,0 g de una mezcla de carbonato de calcio e hidrogenocarbonato de calcio se
calienta fuertemente hasta la descomposición total de ambos compuestos, según
las siguientes reacciones: Ca(HCO3)2 === CaO + 2 CO 2 + H2O y CaCO3=== CaO
+ CO2. Si se producen 0,44 g de agua: a) Indica cuál es la composición en % de
en masa de la mezcla; b) Calcula el calor que se ha de suministrar para
0
f (CaCO3)= -1206
0
0
(CaO)
=
(CO
)
=
-393
kJ/mol.
f
f
2
22. En una carrera contrarreloj, un ciclista gasta 0,8 kJ de energía cada segundo por
encima de sus necesidades normales. Para conseguir este rendimiento, consume
azúcar (sacarosa C12H22O11). a) Escribe la reacción ajustada de la combustión de
la sacarosa y calcula su entalpía de combustión (-5656kJ)Datos: entalpías
entandar de formacion; b) Calcula la masa de sacarosa que deberá consumir si
emplea uno hora en realizar la carrera (174g); c) calcula el volumen de oxígeno en
CN necesario para quemar la sacarosa (137L).
23. 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.
24. Concepto de entropía. Variación de la entropía. El proceso de descomposición
0
térmica del carbonato de calcio CaCO3 = CO2 + CaO es endotérmico ya que
=
0
= 161 J/mol, explica a qué temperaturas
se producirá espontáneamente la descomposición térmica del CaCO 3 (1112 K)
25. La entalpía estándar de combustión del butano, según la reacción: C 4H10(g) + 13/2
O2(g)
4CO2(g) + 5H2O(l) es –2877 kJ a) calcular el calor intercambiado al
quemar una bombona de 12 kg de butano en condiciones estándar (5,95,10 5 kJ);
b) ¿Cómo afecta a la reacción el aumento de la presión o la disminución de la
temperatura? Justifique la respuesta; c)¿Puede decirse que la combustión es
espontánea a cualquier temperatura?. Razónese.
26. Los calores de combustión del 1,3-butadieno (C4H6 (g)); hidrógeno (H2(g)) y
butano (C4H10(g)) son –2539,4 kJ/mol, -286,1 kJ/mol y –2879 kJ/mol,
respectivamente. En todos los casos, el agua formada queda en estado líquido. A)
escribe las ecuaciones de esas reacciones de combustión; b) Calcula el calor de
la reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno dada por:
C4H6 (g) + 2 H2(g)
C4H10(g) (-232,5 kJ/mol)
27. Si en la combustión de 1 mol de gas propano a 298 K y 1,01.10 5 Pa de presión, se
desprenden 2220 kJ de energía en forma de calor, calcule la masa de agua que
se puede calentar desde 15ºC a 85ºC de temperatura, si se queman 55 g de
propano, suponiendo que se aprovecha todo el calor desprendido. Datos: Masas
atómicas: C=12; H=1; O=16; ce(agua) = 4,18kJ/kg.K (92775 kJ, 9,48 kg).
28. En la combustión en condiciones estándar de 1g de etanol (CH 3CH2OH), se
desprenden 29,8 kJ. Por otra parte, en la combustión de 1 g de ácido acético
(CH3COOH), se desprenden 14,5 kJ. Calcule la entalpía estándar de la reacción
siguiente: CH3CH2OH + O2 ==== CH3COOH + H2O (-500,8 kJ/mol)
29. Calcule la entalpía de reacción de la hidrogenación del 1,3 butadieno + H 2 =
butano a partir de los datos sabiendo que las energías de los enlaces C=C; C-C,
H-H y C-H son, respectivamente, 612,9; 348,2; 436,4 y 415,3 kJ/mol. Clasifique
razonadamente la reacción como una oxidación, reducción o neutralización (259kJ)
30. Asigne razonadamente los valores de entalpía siguientes (expresados en kJ/mol,
a 1atm y 25ºC): -286 y –242 kJ a las reacciones siguientes: a) H2(g) + ½ O2(g)
3
=== H2O(l); b) H2(g) + ½ O2(g) === H2O(g). (a) con –286kJ). Calcule el calor
necesario para pasar de líquido a gas 1 g de agua (2,44kJ).
31. Sabiendo que las entalpías estándar de combustión del hexano líquido, carbono
sólido e hidrógeno gas son de –4192,0; -393,1 y –285,8 kJ/mol, respectivamente,
calcule: a) La entalpía de formación del hexano líquido a 25ºC (-167,2 kJ); b) El
número de moles de hidrógeno consumidos en la formación del hexano líquido
cuando se han liberado 30 kJ (1,256 moles)
32. Justifique razonadamente si en los siguientes procesos se produce un aumento o
una disminución en la entropía del sistema: Ca(s) + ½ O2 == CaO (s); CaCO3 (s)
== CaO (s) + CO2(g); N2(g) + O2(g) == 2 NO2 (g); H2O(s) == H2O (l).
33. ¿Puede ser espontánea una reacción endotérmica? ¿Qué condiciones deben
cumplirse?
34. Explique y justifique si las siguientes proposiciones son ciertas o falsas: a)
disolución de CaCl 2 (s) y NH4NO3 (s) son –82 y 26,2 kJ/mol,
respectivamente, las disoluciones en agua de CaCl 2 se pueden utilizar para
calentar y las de NH4NO3 para enfriar; b) El primer principio de la termodinámica
se enunci
siempre mayor que el calor de reacción a presión constante; d) Se sabe que cierta
reacción A(s) = B(s) + C(g) es espontánea a cualquier temperatura. Por lo tanto, si
35. Para cada una de las reacciones siguientes, explicar si el calor desprendido a
presión constante es menor, mayor o igual, al calor desprendido a volumen
constante: H2 (g) + ½ O2
H2O (l)
;
C (s) + O2 (g)
CO2 (g) ;
C12H22O11 (s) + 12 O2 (g)
12 CO2 (g) +11 H2O (l)
36. Explicar el significad del término: Entalpía molar estándar de formación. ¿Qué
establece y para qué sirve la Ley de Hess?.
37. Indicar si el aumento o disminución de entropía de una sustancia que sufre cada
uno de los siguientes cambios: a) Congelación del agua. b) Evaporación de
cloroformo. C) Compresión de un gas a temperatura constante. d) Mezcla de
gases diferentes. E) Mezcla de dos líquidos diferentes.
38. Calcular el incremento de energía libre estándar para las siguientes reacciones: 1)
2 NaF (s) + Cl2
F2 (g) + 2 NaCl (s)
2) PbO (s) + 2 Zn
Pb (s) + 2 ZnO (s) A la vista de los resultados,
comentar acerca de la posibilidad de utilizar estas raciones en la obtención de flúor y
plomo respectivamente.
NaF
NaCl PbO
ZnO
Cl2
F2
Zn
Pb
-569
-411
-276
-384
0
0
0
0
Hº(KJ/mol)
Sº(j/mol.K)
58.6
72,4
76,6
3,9
223,0
202,7
41,6
64,8
39. En una cierta reacción S= -100 l/mol.K. Si la reacción ocurre espontáneamente.
¿Cuál debe ser el signo de AH?
40. Suponiendo que para una reacción dada H es 50 Kj e S es 120 j/K. ¿Será
espontanea la reacción a 25 ºC?.
41.
845J/K.mol. a) Indique razonadmente el signo de la variación de entropía; b)¿A
partir de qué temperatura será espontánea la reacción? (100 K)
42. Una de las reacciones más importantes en la industria química es la
descomposición del carbonato cálcico sólido en dióxido de carbono gas y óxido de
4
calcio sólido. Si la variación de entropía de la reacción es +159J/K y las entalpías
estandar de formación del carbonato de calcio, dióxido de carbono y óxido de
calcio son, respectivamente: -1207, -393 y –635 kJ/mol:b)escribvbe la reacción
ajustada
; c) Calcula el valor de la variación de entalpía de la reacción(+179 kJ
7mol); d) Suponiendo que la variación de entalpía y entropía son constantes con
la temperatura, calcula la temperatura a partir de la cual la reacción será
espontánea, justificando la respuesta.(1126 K )
43. ¿ Por qué se dice que en el cero absoluto de temperatura cualquier reacción
exotérmica será espontánea?
44. La entalpía estándar de combustión del butano gaseoso, para dar dióxido de
carbono y agua líquida, es -2 878,6 kJ/mol. Las entalpías de formáción de estas
dos últimas sustancias son, respectivamente, -393,5 y -285,8 kJ/mol. Calcular,
para el butano:
a)Su calor de formación a presión constante. b) Su calor de
formación a volumen constante. a) qp = -124,4 kj/mol b)) qv = -115,7kj/mol.
45. Teniendo en cuenta las entalpías estándar de formación que aparecen al final,
hallar la variación de entalpía correspondiente a la reacción: CaC0 3(s)--> CaO(s) +
CO2(g) Hf(CaCO3) = -1206.9 kJ/mol; Hf(CaO)=-635.1 kJ/mol;Hf=-93kJ/mol;¿Qué
cantidad de calor se necesita para descomponer 6 toneladas de piedra caliza del
85 % de riqueza?(Hf= 178,3 y 9,09 106 kj)
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