EJERCICIOS SELECTIVIDAD TERMODINMICA

1 El benceno, C6H6, se puede obtener a partir de acetileno, C2H2, segn la reaccin

3 C2H2 (g) C6H6 (g). Las entalpas de combustin, a 25 C y 1 atm, para el acetileno y el benceno son,

respectivamente, 1300 kJ mol 1 y 3267 kJ mol 1.

a) Calcula Ho de la reaccin de formacin del benceno a partir de acetileno y deduce si es un proceso

endotrmico o exotrmico.

b) Determina la energa (expresada en kJ) que se libera al quemar 1 g de benceno.

DATOS: Ar (C) = 12 u; Ar (H) = 1 u.

Resultado: a) Ho

f = 2600 kJ mol 1; b) Q = 16,67 kJ.

2 La descomposicin del tetraxido de dinitrgeno, N2O4 2 NO2, ocurre espontneamente a temperaturas altas. Los datos termodinmicos son: Hfo(N2O4) = 9,2 kJ mol 1; Hf

o(NO2) = 33,2 kJ mol 1; So(N2O4) = 304 J (K mol) 1; So(NO2) = 240 J (K mol) 1. Determina para

dicha reaccin:

a) Ho e So a 298 K.

b) Si la reaccin es espontnea a 298 K en condiciones estndar.

c) La temperatura a partir de la cul el proceso es espontneo (considera que Ho e So son

Independientes de la temperatura).

Resultado: a) H = 57,2 kJ mol 1; S = 176 J K 1 mol 1; b) No; c) 325 K.

3Para la reaccin de combustin del etanol, C2H5OH, que es un lquido a 25 C, contesta

A las siguientes preguntas con ayuda de los datos de la tabla que se adjunta:

a) Escribe la reaccin y calcula su G a 25 C.

b) Calcula la variacin de energa interna a 25 C.

c) Explica si la reaccin ser o no espontnea a 727 C, suponiendo que Hf y S son

independientes de la temperatura.

Compuesto C2H5OH (l) O2 (g) CO2 (g) H2O (g)

Hf (kjmol-1) 277,3 0 393.5 -285.8

So(J K1 mol1)

160,5 205 213.6 69.9

.

4 La tabla adjunta suministra datos termodinmicos, a 298 K y 1 atm, para el agua en

Estado lquido y gaseoso:

Compuesto Hf (kjmol-1) So(J K1 mol1)

H2O (l) -286 70

H2O (g) -242 188

a) Calcula Ho, S0 y G0 para el proceso de vaporizacin del agua.

b) Determina la temperatura a la que la fase lquida y gaseosa se encuentran en equilibrio Ho, y S0 no cambian con la temperatura). Resultado: a) Ho, = 44 kJ mol-1 , S0, = 118 J (K mol)-1 G0 = 8,836 kJ mol

b) 372,88 K.

5 Utilizando los datos que precise de la tabla adjunta, calcula:

a) La cantidad de calor desprendido en la combustin de 14,5 kg de n-butano.

b) La variacin de energa interna del sistema, considerando 25 C de temperatura.

Compuesto C4H8(g) C4H10(g) CO (g) CO2 (g) H2O (g)

Hf (kjmol-1) 28,4 124,7 110,5 393,5 241,8

Resultado: a) 664575 kJ; b) 2662,019 kJ 6 Razona si son correctas o incorrectas las siguientes afirmaciones:

a) En una reaccin qumica no puede ser nunca G = 0. b) G es independiente de la temperatura. c) La reaccin no es espontnea si G > 0. d) La reaccin es muy rpida si G < 0.

7 La entalpa de combustin del butano es Hc= 2642 kJ /mol, si todo el proceso tiene lugar en fase gaseosa:

a) Calcula la energa media del enlace O H. b) Determina el nmero de bombonas de butano (6 kg de butano/bombona) que hacen falta para

calentar una piscina de 50 m3 desde 14 a 27 C.

DATOS: R = 0,082 atm L / mol.K

Calor especfico del agua = 4,18 kJ / K kg

; E C C = 346 kJ / mol E C = O 730 kJ / mol E O = O 487 kJ /mol E C H = 413 kJ /mol ; densidad agua = 1 kg /L

8 En una reaccin de combustin de etano en fase gaseosa se consume todo el etano:

a) Escribe y ajusta la reaccin de combustin.

b) Escribe la expresin para el clculo de la entalpa de reaccin a partir de las entalpas de

formacin

c) Escribe la expresin para el clculo de entropa de reaccin a partir de las entropas de

formacin

d) Justifica el signo de las magnitudes Hr y Gr

9 La entalpa para la reaccin de obtencin del benceno lquido a partir de etino segn la

Reaccin: 3 C2H2 (g) C6H6 (l) es 631 kJ/mol . En todo el proceso la temperatura es 25 C y la presin 15 atm. Calcula:

a) Volumen de etino necesario para obtener 0,25 L de benceno lquido.

b) Cantidad de calor que se desprende en el proceso.

c) Densidad del etino en dichas condiciones.

DATOS: R = 0,082 atm L /mol

; D benceno = 0,874 gcm3

Resultado: a) V = 13,68 L; b) Q = 1766,8 Kg; c) detino = 0,015 g mL-1

10 El clorato de potasio (s) se descompone, a altas temperaturas, para dar cloruro de

potasio (s) y oxgeno molecular (g). Para esta reaccin de descomposicin, calcula:

a) La variacin de entalpa estndar.

b) La variacin de entropa estndar.

c) La variacin de la energa de Gibbs estndar.

d) El volumen de oxgeno, a 25 C y 1 atm, que se produce a partir de 36,8 g de clorato de

potasio.

Compuesto Hf (kjmol-1) So(J K1 mol1)

KClO3 -391.2 143

KCl -435.9 82.7

O2 0 205

Resultado: a) 44,7 kJ /mol b) 247,2 J / molK c) 118,4 kJ / mol d) 10,99 L.

10 En el proceso de descomposicin trmica del carbonato de calcio se forma

xido de calcio, y dixido de carbono. Sabiendo que el horno en el que ocurre el proceso tiene

un rendimiento del 65 %, contesta a los siguientes apartados:

a) Formula la reaccin y calcula su variacin de entalpa.

b) Calcula el consumo de combustible (carbn mineral), en toneladas, que se requiere para

Obtener 500 kg de xido de calcio.

DATOS: Hfo(CaCO3) = 1206,9 kJ / mol Hf (CO2) = 393,1 kJ / mol Hf(CaO) = 635,1 kJ mol 1 kg carbn desprende 8330 kJ; Ar(Ca) = 40 u; Ar(O) = 16 u. Resultado: a) Hr = 178,7 kJ /mol b) 0,294

11 - Para la reaccin: CH3 CH2OH (l) + O2 (g) CH3 COOH (l) + H2O (l). Calcula: a) La variacin de entalpa de la reaccin a 25 C, en condiciones estndar.

b) La variacin de entropa a 25 C, en condiciones estndar.

c) La variacin de energa libre de Gibbs a 25 C, en condiciones estndar.

d) La temperatura terica para que la energa de Gibbs sea igual a cero.

DATOS: Hf(CH3CH2OH) = 227,6 kJ /mol Hf (CH3COOH) = 487 kJ / mol Hf(H2O) = 285,8 kJ /mol S(CH3CH2OH) = 160,7 J /molK S (CH3COOH) = 159,9 J/ molK S(H2O) = 70 J/ molK S (O2) = 205 J mol/K Resultado: a) 545,2 kJ / mol b) 135,8 J /molK c) 504,73 kJ /mol d) 4014,73 K

12 Considera la combustin del carbono, hidrgeno y metanol.

a) Ajusta las reacciones de combustin de cada sustancia.

b) Indica cuales de los reactivos o productos tienen entalpa de formacin nula.

c) Escribe las expresiones para calcular las entalpas de combustin a partir de las entalpas de

formacin que considere necesarias.

d) Indica cmo calcular la entalpa de formacin del metanol a partir nicamente de las

Entalpas de combustin

13 Sabiendo que la combustin de 1 g de TNT libera 4600 kJ y considerando los valores

De entalpas de formacin que se proporcionan, calcula:

a) La entalpa estndar de combustin del CH4

b) El volumen de CH4, medido a 25 C y 1 atm de presin, que es necesario quemar para

producir la misma energa que 1 g de TNT.

DATOS: Hf(CH4) = - 75 kJ /mol Hf (CO2) = - 394 kJ /mol Hf[H2O(g)] = - 242 kJ /mol Resultado a) H = 803 kJ / mol b) V = 140,02 L.

14 Sabiendo que la temperatura de ebullicin de un lquido es la temperatura a la que el lquido

puro y el gas puro se encuentran en equilibrio a 1 atm de presin, es decir, G = 0, y considerando el siguiente proceso: Br2 (l) Br2 (g) a) Calcula H a 25 C. b) Calcula S c) Calcula G e indica si el proceso es espontneo a dicha temperatura. d) Determina la temperatura de ebullicin del Br2, suponiendo que H y S no varan con la temperatura.

DATOS: H[Br2 (g)] = 30,91 kJ / mol H [Br2 (l)] = 0; S Br2 (g)] = 245,4 J /(mol K) S [Br2 (l)] = 152,2 J /(mol K)

. Resultado: a) H = 30,91 kJ / mol b) S= 93,2 J /(molK) c) G= 3,14 kJ /mol, no es espontnea; d) T = 331,65 K o 58,65 C.

15 Para la reaccin 2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) a) Calcula la entalpa de reaccin a 25 C.

b) Calcula hasta qu temperatura la reaccin ser espontnea, sabiendo que para esta reaccin

So = 146,4 J / K c) Si reaccionan 2 L de NO, medidos a 293 K y 1,2 atm, con exceso de O2 cunto calor se

desprender?

DATOS: Ho(NO g) = 90,25 kJ / mol H (NO2 g) = 33,18 kJ / mol R = 0,082 atm L / molK

Resultado: a) H = 114,14 kJ / mol b) Q = 0,57 kJ

16 Uno de los mtodos de propulsin de misiles se basa en la reaccin de la hidracina,

N2H4 (l), y el perxido de hidrgeno, H2O2 (l), para dar nitrgeno molecular y agua lquida,

siendo la variacin de entalpa del proceso 643 kJ / mol a) Formula y ajusta la reaccin que tiene lugar.

b) Cuntos L de nitrgeno a 20 C y 50 mm Hg se producirn si reaccionan 128 g de N2H4 (l).

c) Qu cantidad de calor se liberar en el proceso?

d) Calcula la entalpa de formacin de la hidracina, N2H4 (l).

DATOS: H[H2O2)] = 187,8 kJ /mol H [H2O (l)] = 241,8 kJ//mol Resultado: b) 1.460,78 L; c) Q = 2.572 kJ; d) [H(N2H4) = 51,4 kJ / mol

17 Los combustibles de automvil son mezclas complejas de hidrocarburos. Se supone

que la gasolina responde a la frmula C9H20, cuyo calor de combustin es Hc = 6160 kJ / mol mientras que el gasoil responde a la frmula C14H30, cuyo calor de combustin es Hc = 7940 kJ/mol . a) Formula las reacciones de combustin de ambos compuestos y calcula la energa liberada

al quemar 10 L de cada uno. b) Calcula la masa de dixido de carbono liberada cuando se

queman 10 L de cada uno.

DATOS: Ar(C) = 12 u; Ar(H) = 1 u; Ar(O) = 16 u; densidad: gasolina = 718 g/ L ; gasoil =763

g/ L

Resultado: a) Qgasolina = 345.632,1 kJ; Qgasoil = 306.007,6 kJ; b) 22.215,6 g y 23.740,64 g

18 El etanol se utiliza como alternativa a la gasolina en algunos motores de vehculos.

a) Escribe la reaccin ajustada de la combustin del etanol para dar dixido de carbono y agua,

y calcula la energa liberada cuando se quema una cantidad de etanol suficiente para producir

100 L de CO2, medido a 1 atm y 25 C.

b) Calcula la energa necesaria para romper todos los enlaces de una molcula de etanol,

expresando el resultado en eV.

DATOS:1 eV = 1,6 1019

J HC C = 347 kJ/mol HC O = 351 kJ/mol HC H = 414 kJ/mol HO H = 460 kJ/mol H[etanol (l)] = 277,6 kJ/molH [agua (l)] = 285,8 kJ/mol H[dixido de carbono (g)] = 393,5 kJ/mol Resultado: a) 2.740, 44 kJ; b) 3,349 109 eV

19 La entalpa de combustin de un hidrocarburo gaseoso CnH2n + 2 es de 2220 kj/mol Calcula:

a) La frmula molecular de este hidrocarburo.

b) La energa desprendida en la combustin de 50 L de este gas, medidos a 25 C y 1 atm.

c) La masa de H2O (l) que se obtendr en la combustin anterior.

DATOS: H (kJ/mol): CO2 (g) = 393; H2O (l) = 286; CnH2n + 2 (g) = 106; Resultado: a) C3H8; b) 4.542,12 kJ; c) 147,31 g

20 El acetileno o etino, se hidrogena para producir etano. Calcula a 298 K:

a) La entalpa estndar de la reaccin.

b) La energa de Gibbs estndar de reaccin.

c) La entropa estndar de reaccin.

d) La entropa molar del hidrgeno

H kJ/mol Gf kJ/mol S / J/(molK)-1

etino 227 209 200

eteno -85 -33 230

Resultado: a) 312 kJ /mol b) 242 kJ / mol c) S 0,235 kJ molK d) S (H2) = 15,12 .