Universidad Nacional Experimental del Táchira. Departamento de Química. Química General II. Prof. Marisabel Vivas Morales Guía de Problemas Química General II. Tema III: Termoquímica. 1.- Una muestra de 1,620g de naftaleno, C10H8(s), se quema por completo en una bomba calorimétrica y se observa un aumento de la temperatura de 8,44ºC. Si el calor de combustión del naftaleno es -5156Kj/mol. ¿Cuál es la capacidad calorífica de la bomba calorimétrica? 2.- Se quema en una bomba calorimétrica una muestra de 1,397g de Timol, C 10H14O(s), sustancia empleada como conservante y antiséptico. La temperatura aumenta 11,23ºC y la capacidad calorífica del calorímetro es 4,68kj/ºC. ¿Cuál es el calor de combustión del timol? 3.- En una bomba calorimétrica se realiza un experimento con xilosa, C5H10O5(s), como sustancia combustible, obteniéndose los siguientes datos: Masa xilosa quemada: 1,183 g Capacidad calorífica del calorímetro: 4,728 kJ/ºC Temperatura inicial del calorímetro: 23,29ºC Temperatura final del calorímetro: 27,19ºC ¿Cuál es el calor de combustión de la xilosa, expresado en Kj por mol? Escriba la ecuación química para la combustión completa de la xilosa, indicando el valor de ΔH en esta ecuación 4.- Se quema en exceso se oxígeno una muestra de 1,148 g de ácido benzoico en una bomba que está inmersa en 1181 g de agua. La temperatura del agua se eleva de 24,96 a 30,25ºC. El calor de combustión del ácido benzoico es -26,42kJ/g. En otro experimento se quema en la misma bomba calorimétrica una muestra de carbón en polvo de 0,895 g. la temperatura de 1162 g de agua se eleva de 24,98 a 29,81ºC. ¿Cuántas toneladas métricas de ese carbón deben quemarse para liberar un calor de 2,15x109kj? 5.- Se combinan 50 mL de HCl 1.0 M y 50 mL de NaOH 1.0 M en un calorímetro a presión constante. La temperatura de la disolución cambia de 21.0 °C a 27.5 °C. Calcula el cambio en la entalpía de la reacción (suponiendo que la densidad de la disolución es de 1.0 g/mL, y que su calor específico es igual al del agua pura). 6.- Un calorímetro de vaso de poliestireno contiene 100,0 mL de HCl 0,300 M a 20,3ºC. Cuando se añaden 1,82 g de Zn(s), la temperatura se eleva hasta 30,5ºC. ¿Cuál es el calor de reacción por mol de Zn? Suponga que no se pierden calor hacia los alrededores.
Zn(s) + 2 H+(ac) Zn+2(ac) + H2(g) 7.-¿Cuál de las siguientes reacciones se refiere al Hfº del HCl(g)? a) 1/2H2(g)+ 1/2Cl2(g) HCl(g) b) NaCl(s) + H2SO4(l) NaHSO4(s) + HCl(g) c) Todas las respuestas son correctas. d) H2(g)+ Cl2(l) HCl(l) e) H2(g)+ Cl2(g) 2HCl(g) 8.- Calcular la entalpia de formación del etano a partir de los datos suministrados por la tabla y la siguiente reacción: 2 C6H14(l) + 19 O2(g) 12 CO2(g) + 14 H2O(l) ΔHº = -8326 kJ 9.- El calor de formación molar del H2O2(l) es de -187.8 kJ/mol; en cambio, para el H2O(l), es de -285.8 kJ/mol. Calcula el calor de reacción de: 2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g) 10.- El calor molar de formación del benceno, C6H6(l), es de 49,028 kJ/mol; del acetileno, C2H2(g), es de 226,7 kJ/mol. ¿Cuál es el calor de reacción para la formación de exactamente 1mol de C6H6(l) a partir de C2H2(g)? a) -631,1 kJ b) +24,5 kJ c) -177,7 kJ d) 177,7 kJ e) 631,1 kJ 11.- La reacción neta que tiene lugar en la fotosíntesis de las plantas es: 6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H12O6(s) + 6 O2(g) ΔHº=2803 kJ Determine la entalpia estándar de formación de la glucosa, C6H12O6, a 298K, a partir de esta ecuación y los calores de formación del H2O, el CO2. 12.- El bicarbonato de calcio puede descomponerse de acuerdo a la ecuación: Ca(HCO3)2(s) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Si conocemos que los calores de formación en (kJ/mol) son; Ca(HCO3)2(s), -1207; CaCO3(s), 1354; H2O(l), -285.9; CO2(g), -393.5. ¿Cuál es el cambio en el calor cuando 2,5 g of Ca(HCO3)2(s) se descomponen por completo en un recipiente cerrado? 13.- El calor molar de combustión del etanol, C2H6O(l), es de -1368 kJ/mol. El calor molar de formación del H2O(l) es de -285.83 kJ/mol; del CO2(g), es de -393.51 kJ/mol. ¿Cuál es el calor molar de formación del etanol? a) -295 kJ/mol c) 295 kJ/mol e) -688 kJ/mol b) -277 kJ/mol d) 688 kJ/mol
14.- El calor producido por la combustión de 1,00 g de benceno (C6H6(l), ÄHcomb = -3268 kJ/mol) se absorbe por 100,0 g de agua a 0,0ºC. Calcula la temperatura final del agua. a) 100,0 ºC c) 90,0 ºC e) 78,1 ºC b) 89,5 ºC d) 95,9 ºC 15.- El calor de combustión del propeno, C3H6(g), es -2058kJ/mol C3H6(g). Utilice este valor y los calores de formación estándar para calcular el calor de hidrogenación de propeno a propano, según la reacción: CH3CH=CH2(g) + H2(g) CH3CH2CH3(g) ΔHº = ? 16.-¿Cuál será el volumen de agua que se podrá llevar a ebullición y convertido en vapor desde la temperatura inicial de 34°C al quemar 136Kg de metanol, CH3OH, teniendo en cuenta que se aprovecha el 87% del calor desprendido por el alcohol durante su quema y sabiendo que su calor de combustión es -726,3Kj/mol? 17.- Un gas natural tiene una composición de 83,0 por ciento de CH4, 11,2 por ciento de C2H6 y 5,8 por ciento de C3H8, en moles. Se quema a presión constante y en exceso de oxigeno una muestra de 385L este gas, medida a 22,6ºC y 739 mmHg. ¿Cuánto calor, expresado en kilojulios, se libera en la reacción de combustión? 18- Utilice la ley de Hess para determinar ΔHº de la reacción C3H4(g) + 2H2(g) C3H8 (g) H2(g) + ½ O2(g) H2O(l) ΔHº = -285,8 kJ C3H4(g) + 4 O2(g) 3 CO2(g) + 2 H2O(l) ΔHº = -1937 kJ C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l) ΔHº = -2219,1 kJ 19.- La reacción para la hidrogenación de Acetileno se muestra a continuación: __ C2H2 (g) + __ H2 (g) ___ C2H6 (g) Compruebe si la hidrogenación del acetileno es endotérmica a condiciones estándar a partir de los siguientes datos: H2O (l) Hf° = -285,8 kj/mol C2H2 (g) + 5/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + H2O (l) H° = -1297 kj/mol C2H6 (g) + __O2 (g) __CO2 (g) + __H2O (l) H° = -1550 kj/mol 20.- Calcular el calor de formación del metano (CH4) utilizando los siguientes datos. CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H = -887,0 Kj/mol. C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393,5 Kj/mol. H2(g) + ½O2(g) H2O(l) H = -285,8 Kj/mol. 21.- El sustituto de gas natural (SGN) es una mezcla de gases que contiene CH4(g) y que puede utilizarse como combustible. Una reacción para obtener esta mezcla es 4 CO(g) + 8 H2(g) 3 CH4(g) + CO2(g) + 2 H2O(l) ΔHº = ? Utilizando los datos adecuados de entre los que se dan a continuación, calcule ΔHº para esta reacción del SGN.
C(grafito) + 1/2 O2(g) CO(g) CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) C(grafito) + 2 H2(g) CH4(g) CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + H2O(l)
ΔHº = -110,5 kJ ΔHº = -283,9 kJ ΔHº = -285,8 kJ ΔHº = -74,81 kJ ΔHº = -890,3 kJ
22.- Dadas las siguientes ecuaciones termoquímicas, calcular el calor latente molar de sublimación del Iodo. I2(g) + H2(g) 2HI(g) H = 0,8 Kcal I2(s) + H2(g) 2HI(g) H = -12,0 Kcal 23.- El carbono se presenta naturalmente en dos formas alotrópicas, grafito y diamante. La entalpía de combustión del grafito es de -393.5 kJ, en tanto que la del diamante es de -395.4 kJ Calcula ÄH de la reacción de conversión de grafito a diamante C(grafito) + O2(g) CO2(g) ÄH = -393.5 kJ C(diamante) + O2(g) CO2(g) ÄH = -395.4 kJ 24.- Calcular la variación de entalpia a 1000K asociada a la siguiente ecuación: C6H6(g) + 3H2(g) C6H12(g) Sabiendo que: C6H6(g) + 15/2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l) H° = -3301,5 kJ/mol C6H12(g) + 9 O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l) H° = -3951,4 kJ/mol H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H° = -285,9 kJ/mol Cp(C2H6(g)) = 4,30 kJ/mol K Cp(H2(g)) = 27,30 kJ/mol K Cp(C6H12(g)) = 0,87 kJ/mol K 25.- Para la siguiente reacción: C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l). a.- Es Exotérmica o Endotérmica a 25°C. b.- Es espontanea a 25°C. c.- Determine la entropía estándar del CO2. d.- Calcule el calor de reacción a 450ºC. 26.- Determine si la reacción siguiente es espontánea a condiciones estándar 2H2S (g) + SO2 (g) 2H2O (l) + 3S(s) 27.-¿Cuál debe ser la temperatura si la siguiente reacción tiene ΔGº = -45,5kJ, ΔHº = -24,6 kJ y ΔSº = 15,2 J/K? Fe2O3(s) + 3 CO (g) 2 Fe(s) + 3 CO2 (g) 28.- El nitrato de amonio sólido se descompone a óxido de dinitrógeno gas y agua líquida. ¿Qué valor toma ΔGº a 298K? ¿Esta favorecida la reacción de descomposición a temperaturas por encima o por debajo de 298K?
28.- Conociendo las propiedades termodinámicas, en condiciones estándar, para las sustancias que intervienen en la reacción C2H2 (g) + H2 (g) C2H4 (g) a) Halle el calor de reacción a 698K. b) Es espontanea a 698K? c) Que explica o justifica el signo de S de la reacción? 29.- Dada la siguiente reacción a 25°C: 4NO(g) + 6H2O(l) 4NH3 (g) + 5 O2(g) Calcule H y E a 323°C en unidades de Kcal. Recuerde los datos de la tabla. Indique si espera que la entropía del sistema aumente o disminuya en cada una de las siguientes reacciones. Si no puede indicarlo simplemente con la ecuación, explique por qué. (Ecuaciones sin ajustar) a) CCl4(l) CCl4(g) b) CuSO4.3H2O (s) + 2 H2O(g) CuSO4.5H2O (s) c) SO3(g) + H2 (g) SO2(g) + H2O(g) d) H2S(g) + O2(g) H2O(g) + SO2(g) 30.- Se desea conocer si una reacción es exotérmica o endotérmica a una temperatura Tx. En estas condiciones se determinó que las variaciones de entropía para C y B fueron de 0,02782 Kcal/ºK y -0.00517 Kcal/ºK respectivamente. La reacción en condiciones estándar es: 3 A(g) + 2 B(s) 4 C(l) (Utilice para los datos de tabla A= COCl2, B= Ca y C= HCN las unidades de energía deben estar referidas en Kcal, utilice tres decimales y R= 2x10-3 Kcal/(mol K)) 31.- La reacción mostrada ocurre de forma espontanea a una temperatura Tx con un cambio de energía libre de -34831,57 Kcal sin embargo para el proceso empleado es indispensable que a esta temperatura la sustancia C se encuentre en fase gaseosa y que no se forme ningún vapor de B. Al llevar a cabo la reacción a Tx se produce un cambio de entropía del sistema de 127,01464 kcal/K y la entropía asociada al enfriamiento de los reactivos es de -3,207139 kcal/K. Calcular la temperatura a la cual se lleva a cabo la reacción, el calor de reacción a la temperatura Tx y el cambio de energía interna de la reacción.
Sustancia
∆Hf° Kcal/mol
∆Gf° Kcal/mol
S° cal/mol K
Cp (s) cal/mol K
Cp (l) cal/mol K
Cp(g) cal/mol K
T fusión normal K
∆Hffusión Kcal/mol
T ebull. normal K
∆Hffvap Kcal/mol
2A (g) + 2 B(s) 5 C(l) a 298 K y 1 atm
A B C
-11 0 -68,3
-3,98 0 -56,7
46 6,97 16,7
3,56 4,56 9
4,45 5,67 18
8,52 3,45 7,92
195,4 453,7 273,2
1351 722,8 1436,3
239,76 1604 373,15
5381 32190 9717
32.- Con el fin de disminuir el tiempo de reacción para la obtención de oxigeno gas, se aumentó la temperatura de un reactor desde 25°C hasta una temperatura Tx. En estas condiciones el Oxido de Mercurio se encontraba en forma sólida, se determinó la variación de entropía (S2) siendo este valor de 47,74 Kcal/K y la relación existente entre S3 y S1 era de 2551,33. Se desea determinar: Tx, H(Tx), G(Tx), E(Tx),. (utilice solo las tablas anexas, las unidades de energía deben estar referidas en Kcal y utilice la trayectoria anexa) R = 2x10-3 Kcal/mol K
33.- Con el fin de disminuir los niveles de contaminación para la producción de C, se incrementa la temperatura (Tx) en un reactor hasta un valor que se encuentra entre las temperaturas de ebullición de C y X. Dicha temperatura no permite la presencia de X en fase gas para evitar la contaminación del aire. Durante todo el proceso se determinó que para la temperatura Tx el calor de reacción fue de -32360,01 Kcal, la variación de la energía libre de Gibbs fue de 1,88 x 104 Kcal y la energía necesaria para calentar los reactivos fue 32510,61 Kcal. Se pide calcular: Tx, ΔS(Tx) y ΔE(Tx) Reacción en condiciones estándar: 2X(s)+ 3B(l) 4C(l) Propiedades de X Pf (°C) 200
Pe(°C) 380
Hf°(Kcal/mol) 31,2
G°(Kcal/mol) S°(cal/mol°K) 28,7 48,2
Hfus(Kcal/mol) 1671
Hvap(Kcal/mol) Cp(s) (cal/mol°C) Cp(l) (cal/mol°C) 13 16,9 8,58
(Utilice para los datos de tabla B= H2O y C= Hg las unidades de energía deben estar referidas en Kcal y R= 2x10-3 Kcal/(mol K)) 34.- Las compresas frías instantáneas, que se emplean para tratar lesiones de los deportistas, contienen NH4NO3 sólido y una bolsa de agua. Cuando el paquete se comprímela bolsa se rompe y el sólido se disuelve, con lo que disminuye la temperatura gracias a la reacción endotérmica NH4NO3(s) NH4NO3(ac) ∆H = +25,7 kJ ¿Cuál es la temperatura final de una de esas compresas frías, que contiene 50,0 g de NH4NO3 disuelto en 125 ml d agua? Suponga un calor especifico de 4,18 J/(gr °C) para la disolución, una temperatura inicial de 25°C y ninguna transferencia de calor entre la compresa fría y el ambiente. 35.- A continuación se muestra el esquema de una paila panelera donde se realiza el proceso de concentración del jugo de caña. La etapa mostrada consiste en la evaporación de parte del agua contenida en el jugo con la finalidad de concentrar la glucosa. Para lograr esta evaporación se usa vapor de agua a 120°C, a estas condiciones el vapor condensa con un
cambio de energía igual a 569,44 cal/g. Si se emplean 20kg de vapor de agua ¿Cuánta agua puede evaporarse del jugo de caña si este se encuentra inicialmente a 25°C? Suponga que el agua del jugo ebulle a 100°C, que su calor especifico es 1 cal/g °C y su entalpia de vaporización es 575,78 cal/g.
36.- La glicerina (C3H8O3) es un producto industrial usado en la elaboración de cosméticos y medicamentos en forma de jarabes debido a su baja toxicidad, entre sus propiedades físicas encontramos que tiene una densidad de 1,261 g/ml, un punto de fusión de 17,85°C y de ebullición de 289,85°C. Se requiere calentar cierta masa de glicerina hasta 150°C y para ello se queman 1000 Kg de Propano (C3H8) mediante la siguiente reacción: C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) (∆H = X Kj/mol C3H8) Debido a las condiciones del sistema empleado la reacción debe ocurrir a 80°C, y el 85% de la energía producto de esta reacción se emplea para calentar la glicerina que se encuentra almacenada a 13°C, ¿Cuántos litros de glicerina pueden calentarse con esta masa de propano? Calor especifico glicerina: 2,43 Kj/Kg °C (líquido) y 1,56 Kj/Kg °C (sólido) Entalpia molar de fusión: 176 Kj/Kg 37.- En una compañía que almacena combustibles sucede un accidente, debido a un error cometido por algún empleado se produce la quema de 10Kg de acetileno (C2H2). El cuarto de almacén se encontraba a 75ºC y las sustancias se estaban almacenadas como se muestra en la figura. Suponga que al producirse el incendio una parte de la energía liberada por la reacción se gasta en calentar la sustancia que encontraba al lado de la bombona de acetileno (mercurio). ¿Qué temperatura alcanza el mercurio si existen 300 Kg. de este metal en el almacén que absorben 50% de la energía producto de la reacción?
Propiedades Termodinámicas a 298,15 K. (Termoquímica y Equilibrio de Fases)
