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A + B C + D

2012

QUÍMICA MENCIÓNQM-15

GUÍA DE EJERCICIOSTERMOQUÍMICA YTERMODINÁMICA

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Indique si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones. Justifique las falsas

La variación de entalpía (∆H) de un sistema nos informa del calor (absorbido oliberado) medido a presión constante.

La fusión del agua sólida es un proceso exotérmico.

En un proceso endotérmico, la entalpía de los productos es mayor que la entalpía de losreactantes.

El volumen, la masa y el calor son ejemplos de propiedades intensivas.

La cantidad total de calor intercambiado entre un sistema que sufre un proceso químicoy su entorno es independiente de los estados intermedios por los que pase dichosistema (inicial-final).

La entalpía, la entropía y la energía libre de Gibbs, son ejemplos de funciones deestado.

Si la variación de la energía libre de Gibbs (∆G) es mayor que cero, cada sustanciapresente reaccionará espontáneamente para generar productos.

En un sistema aislado, se intercambia energía y materia con los alrededores.

El calor es la energía que se intercambia entre un sistema y sus alrededores comoresultado de una diferencia de temperaturas.

La entropía del Universo aumenta en un proceso espontáneo y se mantiene constantecuando el proceso está en equilibrio.

La capacidad calorífica es el calor necesario para aumentar en un 1ºC la temperatura de1 g de sustancia.

La energía libre de Gibbs nos informa de la espontaneidad de un proceso químico.

Aunque la entropía de un sistema aumenta o disminuya, la entropía del Universosiempre va en aumento.

La entalpía de fusión del hielo (H2O(s)) tiene valor positivo.

Si los valores para ΔG y ΔH en un cambio químico son menores que cero, entonces lareacción será espontánea y endotérmica.

Para licuar un gas se debe suministrar energía al sistema por lo tanto, el proceso tieneque ser endotérmico.

El agua puede cambiar a cualquiera de sus tres estados de agregación (líquido, sólido ygas) sin cambio en la entropía.

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II. De acuerdo al siguiente diagrama de energía para la reacción en equilibrio

A + B C + D

Nota: La línea continua representa la misma reacción, pero catalizada.

Discuta la validez de las siguientes afirmaciones:

1) X es la energía de activación del proceso inverso catalizado (←).

2) Y representa la energía del complejo activado o del estado de transición.

3) Z es la energía de activación del proceso directo no catalizado (→).

4) W representa la variación de energía para la reacción A + B ↔ C + D.

5) El diagrama en su conjunto corresponde a una reacción endergónica.

6) Conceptualmente la suma W + Z corresponde a la energía de activación del procesoinverso no catalizado.

7) Los productos C y D presentan menos energía que los reactantes A y B.

8) La entalpía para la reacción directa es menor que cero.

9) La suma X + Y corresponde al estado de transición para la reacción directa (→).

10)La entalpía para la reacción inversa es mayor que cero.

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II. De acuerdo al siguiente diagrama de energía para la reacción en equilibrio

A + B C + D

Nota: La línea continua representa la misma reacción, pero catalizada.

Discuta la validez de las siguientes afirmaciones:

1) X es la energía de activación del proceso inverso catalizado (←).

2) Y representa la energía del complejo activado o del estado de transición.

3) Z es la energía de activación del proceso directo no catalizado (→).

4) W representa la variación de energía para la reacción A + B ↔ C + D.

5) El diagrama en su conjunto corresponde a una reacción endergónica.

6) Conceptualmente la suma W + Z corresponde a la energía de activación del procesoinverso no catalizado.

7) Los productos C y D presentan menos energía que los reactantes A y B.

8) La entalpía para la reacción directa es menor que cero.

9) La suma X + Y corresponde al estado de transición para la reacción directa (→).

10)La entalpía para la reacción inversa es mayor que cero.

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II. De acuerdo al siguiente diagrama de energía para la reacción en equilibrio

A + B C + D

Nota: La línea continua representa la misma reacción, pero catalizada.

Discuta la validez de las siguientes afirmaciones:

1) X es la energía de activación del proceso inverso catalizado (←).

2) Y representa la energía del complejo activado o del estado de transición.

3) Z es la energía de activación del proceso directo no catalizado (→).

4) W representa la variación de energía para la reacción A + B ↔ C + D.

5) El diagrama en su conjunto corresponde a una reacción endergónica.

6) Conceptualmente la suma W + Z corresponde a la energía de activación del procesoinverso no catalizado.

7) Los productos C y D presentan menos energía que los reactantes A y B.

8) La entalpía para la reacción directa es menor que cero.

9) La suma X + Y corresponde al estado de transición para la reacción directa (→).

10)La entalpía para la reacción inversa es mayor que cero.

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2. Ag + NO

III. Señale si el cambio de entropía y entalpía es positivo o negativo en lassiguientes reacciones

1. NH4Cl(s) NH3(g) + HCl(g)

+(ac)

-3 (ac)

AgNO3(s)

3. H2(g) + Br2(g) 2HBr(g)

4. H2(g) + ½ O2(g) H2O(g)

5. C(diamante) + O2(g) CO2(g)

IV.Mencione el cambio de entropía (positivo o negativo) en las siguientestransiciones de fase

1. FUSIÓN DE UNA BARRA DE HIERRO

2. SUBLIMACIÓN DE HIELO SECO CO2(s)

3. EVAPORACIÓN DE ACETONA

4. SOLIDIFICACIÓN DE LA PARAFINA LÍQUIDA.

5. SUBLIMACIÓN DE YODO SÓLIDO

6. CONDENSACIÓN DE VAPOR DE AGUA

7. CONGELACIÓN DE AGUA

V. Asocie a cada término de la columna izquierda una definición de la columnaderecha.

1. Entalpía

2. Entropía

3. Energía libre

4. Capacidad calorífica

calor necesario para elevar la temperatura de una sustancia

indica la espontaneidad de una reacción

describe los cambios térmicos de una reacción (P=cte.)

indica el grado de desorden de un sistema

VI.Dada la reacción

A(gas) + B(gas)

C(gas) + D(sólido)

Si los valores de entalpía y entropía para la reacción son: ΔH= -85 kJ/mol y ΔS= -85 J/K·mol,calcule el cambio en la energía libre de Gibbs (ΔG) a 25ºC e indique si la reacción es o noespontánea. Calcule además la temperatura a la cual la reacción se encuentra en equilibrio.

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∆Hf (

∆Hf (Ca(OH)2)

∆S (H2O)

VII. Ejercicios

1. ¿Cuántas calorías se necesitan para calentar una masa de 200 gramos de cobre desde10ºC hasta 55ºC? Dato: el calor específico del cobre es 0,093 cal/g·ºC

2. Una cantidad idéntica de calor se suministra a 2 muestras de 50 gramos cada una dealuminio (Al) y cobre (Cu). ¿Cuál se calentará más?, ¿por qué?

3. Dadas las siguientes reacciones

H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (g) ∆H = -0,080 kcal

H2 (g) + I2 (s) → 2 HI (g) ∆H = 12,00 kcal

H2 (g) + I2 (g) → 2 HI (ac) ∆H = -26,80 kcal

Encontrar

a) La entalpía del sistema cuando el I2(S) se transforma en I2(g) (sublimación).

b) La entalpía molar de disolución del yoduro de hidrógeno HI(g) HI(ac)

4. Dada la siguiente reacción de descomposición:

Ca(OH)2(s) CaO(s) + H2O(g)

Determine la temperatura a partir de la cual esta reacción ocurre de forma espontánea

Datos:

º(Ca(OH)2) = -986,6 kJ/mol ∆Hf

ºCaO) = -635,6 kJ/mol

º(H2O) = -241,8 kJ/mol ∆Sº = 83,4 J/Kmol

º(CaO) = 39,8 J/Kmol ∆Sº = 188,7 J/Kmol

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5. A partir de las energías de enlace, calcular a 25ºC el calor de hidrogenación del acetileno aetileno.

H2 + H-CΞC-H H2C=CH2

Datos: EC=C = 145,8 Kcal/mol; ECΞC = 199,6 Kcal/molEC-H = 98,7 Kcal/mol; EH-H = 104,1 Kcal/mol

6. Determinar la entalpía de formación del ácido acético, a partir de las ecuacionestermoquímicas siguientes:

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = -94,1 Kcal/mol

H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) ΔH = -68,3 Kcal/mol

CH3COOH(l) + 2 O2(g) 2 CO2(g) + 2 H2O(l) ΔH = -208 Kcal/mol

Ecuación de formación para el ácido acético:

2 C(s) + O2(g) +2 H2(g) CH3COOH

7. Hallar el calor de formación del n-butano (C4H10), sabiendo que su calor de combustión esde -687,98 Kcal/mol, que el calor de formación del CO2 es de -94,05 Kcal/mol y que elcalor de formación del agua es de -68,32 Kcal/mol

Ecuaciones:

13/2 O2(g) + C4H10(g) 4 CO2(g) + 5H2O(l) ΔH = -687,98 Kcal/mol

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = -94,05 Kcal/mol

H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) ΔH = -68,32 Kcal/mol

8. Calcular la entalpía de reacción para la disociación de PCl5 en PCl3 y Cl2

ΔHf(PCl5) = -95,35 Kcal/mol ΔHf(PCl3) = -73,22 Kcal/mol

9. Determinar el calor de formación del monóxido de carbono, a partir de sus elementos.

Datos:C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = -94,05 Kcal/mol

CO(g) + ½ O2(g) CO2(g) ΔH = -67,63 Kcal/mol

C(s) + ½ O2(g) CO

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10.El calor de formación del NO2(g), a partir de sus elementos, a 25ºC, es ΔH = 8,09 Kcal/mol.Por otra parte el calor de formación del N2O4(g) a partir de sus elementos a 25ºC detemperatura es ΔH = 2,31 Kcal/mol. Calcule la entalpía para la descomposición del N2O4 enNO2

Ecuación: N2O4 2 NO2

11.La entalpía de formación del metanol, en estado líquido, es -57,02 Kcal/mol. Si el metanolpasa al estado vapor, la entalpía de formación es -48,08 Kcal/mol. Con estos datos, calculela entalpía de vaporización del metanol

CH3OH(l) CH3OH(g)

12.Hallar el calor de vaporización del agua a 25ºC sabiendo que a esa temperatura su calor deformación en estado vapor es de -57,8 Kcal/mol, mientras que si se encuentra en estadolíquido, su calor de formación es de -68,3 Kcal/mol

H2O(l) H2O(g)

13. Determine la entalpía para el siguiente proceso:

2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)

Conociendo los calores de formación del NO (ΔH=-21,6 Kcal/mol) y del NO2 (ΔH=-8,03Kcal/mol)

14.Calcular la entalpía de formación del Ca(OH)2, a partir de los siguientes datostermoquímicos:

H2(g) + ½ O2(g)

CaO(s) + H2O(l)

Ca(s) + ½ O2(g)

H2O(l) ΔH = -68,3 Kcal/mol

Ca(OH)2(s) ΔH = -15,3 Kcal/mol

CaO(s) ΔH = -151,8 Kcal/mol

15.Hallar el calor de vaporización del amoníaco, sabiendo que su calor de formación es de11,0 Kcal/mol en estado vapor y -16,07 Kcal/mol en estado líquido

NH3(l) NH3(g)

16.En una aluminotermia, se trata el Fe2O3 con aluminio, para obtener Hierro metálico y elóxido de aluminio correspondiente. Conociendo los siguientes valores, calcular el calordesprendido en la reacción

2 Al(s) + 3/2 O2(g) Al2O3 ΔH = -399 Kcal/mol

2 Fe(s) + 3/2 O2(g) Fe2O3 ΔH = -192 Kcal/mol

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17.La molécula de nitrógeno N2 es particularmente estable. Conociendo las energías de enlaceen Kcal/mol de: NΞN (225), N-H (93), H-H (104) y N-N (38), calcular la entalpía de lareacción:

N2 + H2 NH2-NH2

18.Calcule la entalpía de formación elemental del acetileno (C2H2)

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = -393,5 KJ/mol

H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) ΔH = -285,8 KJ/mol

C2H2(g) + 5 O2(g) 4 CO2(g) + 2 H2O(l) ΔH = -2598,8 KJ/mol

19.A partir de los siguientes datos:

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = -393,5 KJ/mol

H2(s) + ½ O2(g) H2O(l) ΔH = -285,8 KJ/mol

2 C2H6(g) + 7 O2(g) 4 CO2(g) + 6H2O(l) ΔH = -3119,6 KJ/mol

Calcule el cambio de entalpía para la reacción:

2 C(s) + 3 H2(g) C2H6(g)

20.Se cuenta con los siguientes datos:

H2(g) 2 H(g) ∆H = 436 kJ

Br2(g) 2 Br(g) ∆H = 192,5 kJ

H2 (g) + Br2 (g) 2 HBr(g) ∆H = -72,4 kJ

Calcule el ∆H para la reacción:

H(g) + Br(g) HBr(g)

DMDO-QM15

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