Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA

Transcript

1 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA PROBLEMAS TERMOQUÍMICA 1. Para o proceso Fe 2O 3 (s) + 2 Al (s) Al 2O 3 (s) + 2 Fe (s), calcule: a) A entalpía da reacción en condicións estándar e a calor desprendida ao reaccionar 16, g de Fe 2O 3 coa cantidade suficiente de AI. b) A masa de óxido de aluminio que se obtén no apartado anterior. Datos: ΔH fº (Al 2O 3) = kj mol -1 ΔH fº (Fe 2O 3) = -836 kj mol -1 (P.A.U. Set. 12) Rta.: a) ΔH = 826 kj; Q = 82,8 kj; b) m = 1,2 g Al 2 O 3 2. A combustión do acetileno (C 2H 2 (g)) produce dióxido de carbono e auga. a) Escriba a ecuación química correspondente ao proceso. b) Calcule a calor molar de combustión do acetileno e a calor producida ao queimar 1, kg de acetileno. Datos: H f (C 2H 2(g)) = 223,75 kj/mol; H f (CO 2(g)) = 393,5 kj/mol; H f (H 2O(g)) = 241,8 kj/mol (P.A.U. Xuño 6) Rta.: b) H c (C 2 H 2 ) = 1253 kj/mol C 2 H 2 ; Q = 4,8 1 7 J/kg C 2 H 2 3. a) A partir dos datos das entalpías de formación calcule a entalpía estándar de combustión do metano. b) Sabendo que a combustión de 1, g de TNT libera 4 6 kj calcule o volume de metano, medido a 25 ºC e 1 atm (11,3 kpa) de presión, que é necesario queimar para producir a mesma enerxía que 1, g de TNT. Datos: ΔH f (CH 4 (g))= -75 kj mol -1 ΔH f (CO 2 (g))= -394 kj mol -1 ; ΔH f (H 2O (g))= -242 kj mol -1 R =,82 atm L K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 (P.A.U. Xuño 12) Rta.: a) ΔH c (CH 4 ) = 83 kj/mol CH 4 ; b) V = 14 dm 3 CH 4 4. As entalpías estándar de combustión do C (s) e C 6H 6 (l) son -393,5 kj/mol e kj/mol, respectivamente; e o de formación do H 2O (l) vale -285,5 kj/mol. Calcule: a) A entalpía estándar de formación do benceno (l) b) A calor, expresada en kj, necesaria para a obtención de 1, kg de benceno (l). (P.A.U. Xuño 9) = 83,5 kj/mol b) Q = 1,7 1 3 kj 5. Dada a seguinte reacción: C (grafito) + 2 S (s) CS 2 (l) a) Calcule a entalpía estándar da reacción a partir dos seguintes datos: C (grafito) + O 2 (g) CO2 (g) ΔHº = -393,5 kj mol -1 S (s) + O 2 (g) SO 2 (g) ΔHº = -296,1 kj mol -1 CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) ΔHº = -172 kj mol -1 b) Calcule a enerxía necesaria, en forma de calor, para a transformación de 5 g de C(grafito) en CS 2 (l), en condicións estándar. (P.A.U. Set. 11) Rta.: a) ΔH f (CS 2 ) = 86 kj/mol CS 2 ; b) Q = 36 kj 6. Na fermentación alcohólica da glicosa obtense etanol e dióxido de carbono. A ecuación química correspondente é: C 6H 12O 6 (s) 2 CO 2 (g) + 2 CH 3-CH 2OH (l) a) Calcule a Hº desta reacción. b) Cantos litros de dióxido de carbono, medidos a 25 ºC e,98 atm, poderíanse obter na fermentación de 1 kg de glicosa? Datos: Entalpías estándar de combustión: C 6H 12O 6 (s) = kj/mol; CH 3-CH 2OH (l) = kj/mol R =,82 atm dm 3 K -1 mol -1 (P.AU. Set. 9) Rta.: a) ΔH = -71 kj/mol b) V = 277 dm 3

2 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 2 7. A calor que se desprende no proceso de obtención dun mol de benceno líquido a partir de etino gas mediante a reacción: 3 C 2H 2 (g) C 6H 6 (l) é de -631 kj. Calcule: a) A entalpía estándar de combustión do C 6H 6 (l) sabendo que a entalpía estándar de combustión do C 2H 2 (g) é -132 kj mol -1. b) O volume de etino, medido a 25 C e 15 atm (1519,5 kpa), necesario para obter,25 L de benceno. Datos: R =,82 atm L K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 ; densidade do benceno 95 g L -1 (P.A.U. Xuño 13) Rta.: a) ΔH c (C 6 H 6 ) = kj/mol CH 4 ; b) V = 14,9 dm 3 C 2 H 4 8. A entalpía de formación do tolueno gas (C 7H 8) é de 49,95 kj/mol e as entalpías de formación do CO 2 (g) e do H 2O (l) son, respectivamente, 393,14 e 285,56 kj/mol. a) Calcule a entalpía de combustión do tolueno, gas. b) Cantos kj se desprenden na combustión completa de 23 g de tolueno? (P.AU. Set. 7) Rta.: a) H c = 3 944,17 kj/mol b) Q = 985 kj 9. a) Calcule a calor de formación do acetileno (C 2H 2 (g)) a partir das calores de formación do H 2O (l) e do CO 2 (g) e da calor de combustión do C 2H 2 (g) b) Que volume de dióxido de carbono medido a 3 C e presión atmosférica (1 atm) xerarase na combustión de 2 g de acetileno? Datos: H f (H 2O(l)) = 285,8 kj/mol; H f (CO 2(g)) = 393,3 kj/mol; H c (C 2H 2(g)) = 13 kj/mol R =,82 atm dm 3 /K mol (P.A.U. Xuño 7) (C 2 H 2 ) = 228 kj/mol C 2 H 2 ; b) V = 382 dm 3 CO 2 1. A entalpía de combustión do propano(gas) é 526,3 kcal. As H de formación do dióxido de carbono(gas) e da auga(líquida) son respectivamente 94,3 e 68,3 kcal/mol. Calcular: a) A entalpía de formación do propano. b) Os quilogramos de carbón que será preciso queimar (cun rendemento do 8%), para producir a mesma cantidade de enerxía que a obtida na combustión de 1 kg de propano. Dato: A entalpía de combustión do carbón é de 5 kcal/g (P.A.U. Xuño 4) (C 3 H 8 ) = 29, kcal/mol C 3 H 8 ; b) 3 kg carbón 11. O ácido etanoico (líquido) (ácido acético) fórmase ao reaccionar carbono (sólido), hidróxeno molecular (gas) e osíxeno molecular (gas). As calores de combustión do ácido etanoico (l); hidróxeno (g) e carbono (s) son respectivamente 87,7; 285,8 e 393,13 kj/mol. a) Escribir adecuadamente as ecuacións químicas dos distintos procesos de combustión e a correspondente á formación do ácido etanoico. b) Calcular a calor de formación, a presión constante, de devandito ácido etanoico. c) Cantas kilocalorías se desprenden na formación de 1 kg de ácido etanoico? Dato: 1 J =,24 cal. (P.A.U. Set. 4) Rta.: b) H f = 487,1 kj/mol; b) Q = 1, kcal 12. As entalpías de formación do butano (g), dióxido de carbono (g) e auga (l) a 1 atm (11,3 kpa) e 25 C son -125,35 kj mol -1, -393,51 kj mol -1 e -285,83 kj mol -1, respectivamente. Formule a reacción de combustión do butano e calcule: a) A calor que pode fornecer unha bombona que contén 6 kg de butano. b) O volume de osíxeno, medido en condicións normais, que se consumirá na combustión do butano contido na bombona. Dato: R =,82 atm L K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 (P.A.U. Set. 13) Rta.: a) Q = 2, J; b) V = 15 m 3 O A gasolina pode ser considerada como unha mestura de octanos (C 8H 18). Sabendo as calores de formación de: H 2O(g) = 242 kj/mol; CO 2(g) = 394 kj/mol e C 8H 18(l) = 25 kj/mol: a) Escriba a ecuación (axustada) de combustión da gasolina (os produtos son CO 2(g) e H 2O(g)) e calcule a calor de reacción H (en kj). b) Calcule a enerxía (en kj) liberada na combustión de 5 litros de gasolina (densidade = 8 kg/m 3 ) c) Que volume de gas carbónico medido a 3 C e presión atmosférica xerarase en tal combustión? Datos: R =,82atm dm 3 K 1 mol 1 (P.A.U. Xuño 1) Rta.: a) H = 5,8 1 3 kj/mol; b) Q = kj; c) V = 6, dm 3

3 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA Se supoñemos que a gasolina é unha mestura de octanos de fórmula xeral C 8H 18: a) Calcule o volume de aire medido a 25 ºC e 1 atm (11,3 kpa) que se necesita para queimar 1 dm 3 de gasolina. b) Calcule a calor desprendida cando se queiman 1 dm 3 de gasolina. Datos: R =,82 atm dm 3 K-1 mol -1-1 = 8,31 J K-1 mol ΔH fº(co 2 (g)) = -393,5 kj mol -1 ; ΔH fº(h 2O (l)) = -285,8 kj mol -1 ; ΔH fº(c 8H 18 (l))= 249,8 kj mol -1 ; osíxeno no aire = 21 % en volume; densidade do octano = 8 g dm -3 (P.A.U. Xuño 1) Rta.: a) V = 1,2 1 3 m 3 aire b) Q = 4, J 15. As entalpías de formación a 25 C do metanol (líquido), dióxido de carbono (gas) e auga (líquida) son, respectivamente, 239,1; 393,5 e 285,8 kj/mol. a) Escribe a ecuación de combustión do metanol. b) Calcula H do proceso de combustión. c) Calcula U do mesmo proceso a 25 C. Datos: R = 8,31 J K 1 mol 1. (P.A.U. Xuño 96) Rta.: b) H c = -726, kj/mol; c) U c = -724,8 kj/mol ESPONTANEIDADE 1. Coñecendo os seguintes datos: Entalpía de combustión do etano(g): H = kj/mol de hidrocarburo; entalpía de combustión do eteno(g): H = 1 41,9 kj/mol de hidrocarburo; entalpía de formación da auga(l): H 285,8 kj/mol e entalpía de formación do dióxido de carbono(g): H = 393,5 kj/mol. a) Calcula a entalpía de formación do etano(g) e do eteno(g). b) Calcula a variación de entalpía en condicións estándar, no proceso: C 2H 4 (g) + H 2 (g) C 2H 6 (g) c) Se a variación de entropía neste proceso é S = 11,6 J/K, o proceso será espontáneo en condicións estándar? Razoa a resposta. (P.A.U. Set. 98) (C 2 H 6 ) = 85,4 kj/mol; H f (C 2 H 4 ) = 52,3 kj/mol; b) H r = 137,7 kj/mol; c) Si 2. Na reacción: 4 Ag (s) + O 2 (g) 2 Ag 2O (s), a variación de entalpía e a variación de entropía a 25 C e 1 atm valen 61,1 kj e 132,1 J/K respectivamente. Supondo que estes valores son independentes da temperatura, determinar, previo cálculo: a) O sentido en que é espontánea a reacción nesas condicións. b) O sentido en que é espontánea a reacción a 5 C. c) A temperatura á que se alcanza o equilibrio químico. (P.A.U. Set. 3) Rta.: a) ; b) ; c) T e = 19 C CUESTIÓNS TERMOQUÍMICA. 1. Para unha reacción química entre gases, que relación existe entre a calor de reacción a volume constante e a variación de entalpía na reacción? Poden ser iguais? Razóeo. (P.A.U. Xuño 2) Rta.: a) H = U + n RT; b) Poden ser iguais se non hai variación no número de moles de gas. ESPONTANEIDADE. 1. De acordo coa ecuación que relaciona a variación de enerxía libre coa variación de entalpía e a variación de entropía, razoar: a) Cando un proceso químico é espontáneo. b) Cando un proceso químico é non espontáneo. c) Cando está en equilibrio. (P.A.U. Xuño 3)

4 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 4 2. Razoe baixo que condicións poderían ser espontáneos os procesos aos que corresponden as seguintes variacións dos seus termos entálpicos e entrópicos: a) H>; S> b) H<; S< c) H<; S> d) H>; S< (P.A.U. Set. ) Rta.: a) T altas; b) T baixas; c) Sempre; d) Nunca 3. Podería dicirse que unha reacción cunha variación de entalpía negativa é espontánea? Xustifíqueo. (P.A.U. Xuño 2) Rta.: a T baixas 4. Explique brevemente por que moitas reaccións endotérmicas transcorren espontaneamente a altas temperaturas. (P.A.U. Xuño 7) LABORATORIO 1. Explica detalladamente como calcularías no laboratorio a calor de disolución de NaOH (s) en auga. Calcúlao (a P e T do laboratorio) supondo unha masa de NaOH de 5 g que se disolven en 9 cm 3 nun calorímetro cun equivalente en auga de 13 g. O aumento da temperatura da auga foi de 1 C. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/g C; densidade (H 2O) = 1, g cm 3 (P.A.U. Set. 97) Rta.: a) H d = 3 kj / mol NaOH 2. Para calcular no laboratorio la entalpía de disolución do NaOH (s) disólvense 2, g de NaOH en 5 ml de auga nun calorímetro que ten un equivalente en auga de 15 g, producíndose un aumento de temperatura de 1, C. a) Explique detalladamente o material e procedemento empregados. b) Cal é a entalpía de disolución do NaOH? Datos: Calor específica (auga) Calor específica (disolución) = 4,18 J/(g ºC) e densidade do auga = 1 g ml -1 (P.A.U. Xuño 13) Rta.: b) ΔH d (NaOH) = 43 kj / mol NaOH 3. Describa o procedemento que seguiría para determinar, de forma aproximada, a calor de disolución do hidróxido de sodio en auga, indicando o material que utilizaría. Se ao disolver 1,2 g de NaOH (s) en 25 g de auga o incremento de temperatura da disolución é 1,24 C, calcule a calor molar de disolución do hidróxido de sodio. DATO: C e(disolución) = 4,18 J/g C (P.A.U. Set. 96) (NaOH) = 43 kj / mol NaOH 4. Explique detalladamente como se pode calcular no laboratorio a calor de disolución de NaOH (s) en auga. Faga un cálculo da calor de disolución (a P e T do laboratorio) supondo unha masa de NaOH de 2 g que se disolven en 45 cm 3 nun calorímetro cun equivalente en auga de 15 g. O aumento da temperatura da auga foi de 1,5 C. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/g C; densidade (H 2O) = 1, g cm 3 (P.A.U. Xuño 98) (NaOH) = 58 kj/mol NaOH 5. Describa o procedemento para calcular no laboratorio a calor de disolución de NaOH (s) en auga. Faga o cálculo da calor de disolución (a P e T do laboratorio) supondo unha masa de hidróxido de sodio de 1,8 g que se disolven en 4 cm 3, nun calorímetro no que o equivalente en auga é de 12 g. O incremento da temperatura da auga foi 1,2 C. Datos: C e (disolución) = C e (auga); C e (auga) = 4,18 J/g C. Densidade da auga = 1 g/cm 3. (P.A.U. Xuño 99) (NaOH) = 46 kj/mol 6. Describe o procedemento para calcular no laboratorio a calor de disolución do NaOH (s) en auga. Enumera o material e a forma de realizar os cálculos. (P.A.U. Set. e Xuño 1)

5 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 5 7. Explique detalladamente como se pode determinar no laboratorio a calor de disolución de KOH (s) en auga. Efectúe o cálculo (á presión e temperatura de laboratorio) supondo unha masa de hidróxido de potasio de 4,5 g que se disolven en 45 cm 3 nun calorímetro que ten un equivalente en auga de 15 g. O incremento da temperatura é de 2,5 C. Datos: Calor específica da auga: 4,18 J/g C e densidade da auga: 1 g/cm 3. (P.A.U. Set. 5) Rta.: 61 kj/mol. 8. a) Indique o procedemento que se debe seguir e o material utilizado para determina-la entalpía de disolución do NaCl, se ao disolver,2 moles da devandita substancia en 5 ml de auga se produce un incremento de temperatura de 2 ºC. b) Cal será o valor da entalpía de disolución do composto expresado en J/mol? Datos: Calor específica(auga) Calor específica(disolución) = 4,18 J/g ºC; densidade(auga)=1 g/cm 3 Rta.: b) ΔH d = J/mol (P.A.U. Xuño 11) 9. Quérese determinar a H do proceso de disolución dun composto iónico AB. Indique o procedemento a seguir e o material a utilizar. Se ao disolver,2 moles da devandita substancia en 5 cm 3 de auga se produce un incremento de temperatura de 2 C. Cal será o valor de H, en J/mol, para o devandito proceso de disolución? Datos: C e(disolución) = C e(auga) = 4,18 J/g C densidade da auga = 1 g/ cm 3 e masa de disolución = masa da auga. (P.A.U. Xuño 2 e Set. 7) = J/mol 1. Indique, cun exemplo, como determinaría no laboratorio a calor de neutralización dun ácido forte cunha base forte, facendo referencia ao principio, material, procedemento e cálculos. (P.A.U. Xuño 5) 11. Disponse no laboratorio das seguintes disolucións acuosas: 1 cm 3, de HCl de concentración,1 mol/dm 3 e 1 cm 3 de NaOH de concentración,1 mol/dm 3. a) Describa o procedemento e material que empregaría para medir a calor de neutralización ao mesturar as dúas disolucións. b) Calcule a calor molar de neutralización se na reacción se liberan 55 J. (P.A.U. Xuño 1, Xuño 9) Rta.: ΔH n = -55 kj/mol 12. Como determinarías no laboratorio a calor de neutralización dun ácido forte cunha base forte? Explícao cun exemplo. (P.A.U. Set. 99) 13. No laboratorio dispomos de hidróxido sódico (sólido en lentellas) e de 1 cm 3 de disolución de ácido clorhídrico de concentración,1 mol/dm 3. Queremos determinar a calor de neutralización entre disolucións de concentración,1 mol/dm 3 de hidróxido sódico e,1 mol/dm 3 de ácido clorhídrico. Indique, describindo o material utilizado en cada caso: a) O procedemento a seguir para a preparación da disolución de hidróxido sódico de concentración,1 mol/dm 3. b) O procedemento a seguir para calcular a calor de neutralización. c) Se na reacción libéranse 55 J, que valor asignaría á calor de neutralización entre as dúas especies? (P.A.U. Set. 1 e Set. 98) Rta.: H (neutralización) = 55 kj/mol