TERMODINÁMICA QUÍMICA C1

PROBLEMA 1.- Se dispone de un cilindro que contiene un gas y está dotado de un pistón de 5kN de peso. Se calienta el gas y el pistón se desplaza 40 cm. Considerando que el calor absorbido por el gas es de 60 J, calcular la variación de energía interna. SOLUCIÓN

PROBLEMA 2.- Cuando 1000 kg de agua líquida a 100ºC se convierten en vapor a esa misma temperatura y a 1 atmósfera (1013 · 10⁵ Pa) absorbe 2283500 kJ. Calcular:

a) El trabajo de expansión realizado por el sistema.

b) La variación de energía interna del sistema.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 3.- Cuando se lleva a cabo la reacción entre el hidrógeno y el nitrógeno para dar amoníaco gaseoso, a 400ºC y en un recipiente cerrado, se desprenden 2,5 kJ de calor por cada gramo de amoníaco formado. Calcular la variación de energía interna del proceso, expresando el resultado en kJ/mol de NH₃, y escribir la correspondiente ecuación termoquímica. SOLUCIÓN

PROBLEMA 4.- Sabiendo que el calor específico del agua es de 4180 J/kg · K, calcular la variación de energía interna que experimenta 1 mol de agua a 1 atmósfera de presión cuando se caliente desde 40 grados centígrados hasta 80 grados centígrados. SOLUCIÓN

PROBLEMA 5.- A la temperatura de 200ºC y 1 atmósfera de presión, se quema 1 mol de propano y se desprenden 1700 kJ de calor. Escribir la correspondiente ecuación termoquímica y calcular la variación de energía interna del proceso. SOLUCIÓN

PROBLEMA 6.- En un recipiente una de cuyas paredes es un émbolo móvil de 200 cm² de superficie, se tiene un gas. Dicho gas se expande frente a una presión externa de 0,9 · 10⁵ Pa. Simultáneamente, el gas pierde 200 J de energía en forma de calor. Calcular la variación de energía interna del sistema.

Dato: Δx= 10 cm.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 7.- Calcular ΔU de la siguiente reacción en condiciones estándar:

2CO_(g) + O₂ → 2CO_2(g) ΔH^º_r= -566 kJ/mol

SOLUCIÓN

PROBLEMA 8.- Escribir las ecuaciones termoquímicas correspondientes a los siguientes procesos experimentales llevados a cabo en condiciones estándar:

a) La descomposición térmica de 1 kg de carbonato cálcico, para dar óxido de calcio y CO₂, requiere 1781 kJ.

b) El acetileno (etino), C₂H_2(g), se quema en una reacción muy exotérmica que desprende 50,16 kJ por cada gramo de C₂H₂ quemado.

c) El azufre elemental reacciona con el oxígeno para dar dióxido de azufre, liberándose 4,6 kJ por cada gramo de SO₂ obtenido.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 9.- Sabiendo que la entalpía estándar de combustión del butano es de -2878,6 kJ/mol, escribir la ecuación termoquímica correspondiente y calcular la energía obtenida de la combustión total de una bombona que contiene 4 kilogramos de gas. SOLUCIÓN

PROBLEMA 10.- ¿Qué masa de etanol será necesario quemar para convertir en vapor a 100ºC, 1 kg de agua que está inicialmente en estado líquido a 0ºC?

Datos: entalpía de combustión del etanol, -1370 kJ/mol; calor específico del agua, c = 4180 kJ/K · kg; entalpía de vaporización del agua = 40,7 kJ.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 11.- Calcular la variación de entalpía correspondiente a la descomposición térmica del carbonato cálcico, en óxido de calcio y dióxido de carbono, sabiendo que las entalpías estándar de formación del óxido de calcio, del dióxido de carbono y del carbonato cálcico son, respectivamente, -635,1 kJ/mol, -393,5 kJ/mol y -1206,9 kJ/mol. SOLUCIÓN

PROBLEMA 12.- Cuando 5,00 gramos de potasio reaccionan con un exceso de cloro gaseoso en condiciones estándar, se obtiene cloruro de potasio sólido, y se desprenden 55,9 kJ de energía en forma de calor. Calcular la entalpía estándar de formación del cloruro potásico. SOLUCIÓN

PROBLEMA 13.- Calcular la variación de entalpía de la siguiente reacción:

2HCl_(g) + 1/2 O_2(g) → Cl_2(g) + H₂O_(g).

A partir de las entalpías de estas otras reacciones:

2H_2(g) + O_2(g) → 2H₂O_(g) ΔH = -484kJ/mol

H_2(g) + Cl_2(g) → 2HCl_(g) ΔH = -185kJ/mol

SOLUCIÓN

PROBLEMA 14.- La siguiente reacción tiene lugar en la etapa final de la producción del ácido nítrico:

NO_2(g) + H₂O_(l) → 2HNO_3(ac) + NO_(g)

A partir de los datos siguientes, calcular la variación de entalpía para dicha reacción:

ΔHf(NO₂) = +33,2kJ/mol

ΔHf(HNO₃) = -207kJ/mol

ΔHf(NO) = +90,3kJ/mol

ΔHf(H₂O) = -285,8kJ/mol

SOLUCIÓN

PROBLEMA 15.- La forma más habitual de obtener ácido acético a nivel industrial es por reacción entre el metanol y monóxido de carbono. Calcular la entalpía estándar de dicho proceso e indicar si el proceso es exotérmico o endotérmico. ¿Cómo será el diagrama entálpico del proceso?

CH₃OH_(l) + CO_(g) → CH₃COOH_(l) ΔH^º_r = ?

Datos: entalpía de formación del ácido acético= -485 kJ/mol; entalpía formación monóxido carbono= -110 kJ/mol; entalpía de formación del metanol= -238 kJ/mol.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 16.- Las entalpías estándar de formación para el CO_2(g), el etanol (l) y el agua líquida son, respectivamente: -393,5 kJ/mol; -277,7 kJ/mol y -285,5 kJ/mol. Calcular la energía calorífica obtenida en la combustión de 1 dm³ de alcohol etílico de densidad 800 kg/m³ en condiciones estándar.

CH₃CH₂OH_(l) + 30_2(g) → 2CO_2(g) + 3H₂O_(l) ΔH ⁰_c= -1371 kJ/mol.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 17.- La entalpía de hidrogenación del etileno para formar etano es de -131 kJ. Calcular la energía del enlace C-C si las energías de los enlaces C=C; C-H e H-H son de 610 kJ/mol, 415 kJ/mol y 436 kJ/mol respectivamente.

CH₂= CH_2(g) + H_2(g) → CH₃ – CH_3(g) ΔH^º_r= -131 kJ.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 18.- Dada la reacción:

NO SE VE BIEN

Calcular la entalpía estándar de la misma usando:

a) Entalpía de enlace.

b) Entalpías de formación estándar.

Datos: Enlace ?? (kJ/mol): C-H= 414; Cl-Cl= 243; C-Cl= 339; H-Cl= 432.

Entalpías de formación (kJ/mol): Metano= -74,9; clorometano= -82,0; cloruro de hidrógeno= -92,3.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 19.- Prever la variación de entalpía estándar aproximada de las reacciones siguientes, usando los valores medios de entalpías de enlace adjuntos:

CH₂= CH_2(g) + Cl_2(g) → CH₂Cl – CH₂Cl_(g).

CH≡ CH_(g) + 2Br_2(g) → CHBr₂ – CHBr_2(g).

SOLUCIÓN

PROBLEMA 20.- Usar la Ley de Hess para calcular la entalpía estándar de formación del etanol con los datos aportados:

C₂H_sOH_(l) + 5/2 O_2(g) → 2CO_2(g) +3H₂O_(g) ΔH^º_c= -1367 kJ/mol.

C(graf??) + O_2(g) → CO_2(g) ΔHº= -393,5 kJ/mol.

H_2(g) + 1/2 O_2(g) → H₂O_(l) AHº= -285,8 kJ/mol.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 21.- Calcular la entalpía de la reacción de oxidación de etanol a ácido acético, sabiendo que en la combustión de 10 gramos de etanol se desprenden 300 kJ y en la combustión de 10 gramos de ácido acético se desprenden 140 kJ. SOLUCIÓN

PROBLEMA 22.- Calcular la entalpía de formación del óxido de zinc a partir de los datos siguientes:

H₂SO_4(ac) + Zn_(s) → ZnSO_4(s) + H_2(g) ΔH₁= -334,8 kJ

O_2(g) + 2H_2(g) → 2H₂O_(l) ΔH₂= -570,0 kJ.

H₂SO_4(ac) + ZnO_(s) → ZnSO_4(s) + H₂O_(l) ΔH₃= -211,2 kJ.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 23.- La reacción de fermentación de la glucosa, C₆H₁₂O_6(s), produce etanol C₂H₅OH_(l), y dióxido de carbono. Calcular la variación de entalpía de la reacción a partir de los datos siguientes:

ΔH^º_c (glucosa)= -2813 kJ/mol.

ΔH^º_c (etanol)= -1367 kJ/mol.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 24.-

NO SE VE BIEN

SOLUCIÓN

PROBLEMA 25.- Justificar el signo que cabe esperar para ?? de los procesos siguientes:

a) Obtención de cloruro de litio a partir de litio sólido y Cl??

b) Sublimación del yodo.

c) Formación de amoniaco a partir de N₂ y H₂.

d) Descomposición de yoduro de hidrógeno para dar yodo e hidrógeno.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 26.- Calcular la variación de entropía de las siguientes reacciones a partir de las entropías molares estándar de los compuestos de las sustancias que intervienen en las mismas.

1. Descomposición térmica del carbonato cálcico.

2. Creación de dióxido de nitrógeno a partir de monóxido de nitrógeno y oxígeno.

3. Cloruro de bromo a partir de bromo y cloro.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 27.- Calcular la ΔGr de las reacciones siguientes, a partir de las libres de formación que se indican. Deducir también, en base al resultado, si las reacciones serán espontáneas o no espontáneas:

a) 2CO_(g) + O_2(g) → 2CO_2(g) ΔGr= ?

b) 4HCl_(g) + O_2(g) → 2H₂O_(g) + 2Cl_2(g) ΔGr= ?

c) C₄H_10(g) + 13/2 O_2(g) → 4CO_2(g) + 5H₂O_(g) ΔGr= ?

SOLUCIÓN

PROBLEMA 28.- Dado el signo de la variación de entalpía, ΔH, y de la variación de entropía ΔS, para las reacciones siguientes, determinar cualitativamente si serán espontáneas o no espontáneas y a qué temperatura.

a) Reacción de combustión del propano:

C₃H_8(g) + 5O_2(g) → 3CO_2(g) + 4H₂O_(g) {ΔH < 0}{ΔS > 0}.

b) Reacción de fotosíntesis: formación de glucosa y oxígeno a partir de dióxido de carbono, agua y energía luminosa:

6CO_2(g) + 6H₂O_(l) → C₆H₁₂O_6(s) + 6O_2(g) {ΔH > 0}{ΔS < 0}.

c) Reacción de formación de amoníaco gaseoso a partir de nitrógeno e hidrógeno:

N_2(g) + 3H_2(g) → 2NH_3(g) {ΔH < 0}{ΔS < 0}.

SOLUCIÓN

PROBLEMA 29.- Para la reacción entre el eteno y el hidrógeno para dar etano, determinar la espontaneidad o no espontaneidad de la reacción a temperaturas de 500 ºC, 859,2 ºC y 1500 ºC, sabiendo que la variación de entalpía de la reacción es de -137 kJ/mol y la variación de entropía de la reacción -121 J/mol · K. Suponer que los valores de entalpía y entropía se mantienen constantes con la temperatura.

CH₂= CH₂ + H₂ → CH₃ – CH₃.

¿Cuál de las tres temperaturas será más adecuada para la reacción de obtención de etano?

SOLUCIÓN

PROBLEMA 30.- Para la reacción A + B → C, la variación de entalpía tiene un valor de 50 kJ/mol y la variación de entropía un valor de 200 J/K · mol. Determinar si la reacción será espontánea a 100 ºC y cuál es la temperatura de equilibrio. SOLUCIÓN

PROBLEMA 31.- Calcula el ΔH de la siguiente reacción:

2CO_(g) + O_2(g) → 2CO_2(g) ΔH_r = ?

DATOS:

C_(s) + O_2(g) → CO_2(g) ΔH = -393,5kJ

2C_(s) + O_2(g) → 2CO_(g) ΔH = -221kJ

SOLUCIÓN

PROBLEMA 32.- Calcule la variación de entalpía que se produce en la reacción de combustión del butano.

DATOS:

ΔH^º_f(CO2(g)) = -393kJ/mol

ΔH^º_f(H2O(g)) = -286kJ/mol

ΔH^º_f(C4H1O) = -125kJ/mol

SOLUCIÓN