Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA

Transcript

1 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 1 TERMOQUÍMICA PROBLEMAS TERMOQUÍMICA 1. O aftaleo (C 10H 8) é u composto aromático sólido que se vede para combater a couza. A combustió completa deste composto para producir CO 2(g) e H 2O(l) a 25 C e 1 atm (101,3 kpa) desprede 5154 kj mol -1. a) Escribe as reacciós de formació do aftaleo e a reacció de combustió. b) Calcula a etalpía estádar de formació do aftaleo e iterprete o seu sigo. Datos: H f (CO 2(g)) = -393,5 kj mol -1 ; H f (H 2O(l)) = -285,8 kj mol -1 (P.AU. Xuño 14) Rta.: b) H f º(C 10 H 8 ) = 75,8 kj/mol C 10 H 8 Datos Cifras sigificativas: 4 C 10 H 8 (s) + 12 O 2 (g) 10 CO 2 (g) + 4 H 2 O(l) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) Etalpía de formació do aftaleo H f º(C 10 H 8 ) a) Ecuació de combustió do aftaleo: C 10 H 8 (s) + 12 O 2 (g) 10 CO 2 (g) + 4 H 2 O(l) H c º = kj/mol H c º(C 10 H 8 ) = kj/mol H f º(CO 2 ) = -393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = -285,8 kj/mol A ecuació de combustió do carboo sólido (grafito) coicide coa ecuació de formació do CO 2 (g). de formació: 10 C(s) + 4 H 2 (g) C 10 H 8 (s) H f º(C 10 H 8 ) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H f º(CO 2 ) = -393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = -285,5 kj/mol b) Pola lei de Hess, H c º(C 10 H 8 ) = 10 H f º(CO 2 ) + 4 H f º(H 2 O) ( H f º(C 10 H 8 ) + 12 H f º(O 2 ) ) [kj] = (10 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 4 [mol H 2 O] (-285,8 [kj/mol H 2 O])) ( H f º(C 10 H 8 )) H f º(C 10 H 8 ) = 75,8 kj/mol C 10 H 8 O sigo positivo idica que a reacció de formació é edotérmica. 2. A etalpía de formació do tolueo gas (C 7H 8) é de 49,95 kj/mol e as etalpías de formació do CO 2(g) e do H 2O(l) so, respectivamete, 393,14 e 285,56 kj/mol. a) Calcule a etalpía de combustió do tolueo, gas. b) Catos kj se desprede a combustió completa de 23 g de tolueo? (P.AU. Set. 07) Rta.: a) DH c º = 3 944,17 kj/mol b) Q = 985 kj

2 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 2 Datos Cifras sigificativas: 5 7 C(grafito) + 4 H 2 (g) C 7 H 8 (g) H f º(C 7 H 8 ) = +49,95 kj/mol H f º(CO 2 ) = 393,14 kj/mol Masa de tolueo m = 23 g C 7 H 8 Masa molar do tolueo H f º(H 2 O) = 285,56 kj/mol M(C 7 H 8 ) = 92,1 g/mol Etalpía de combustió do tolueo H c º(C 7 H 8 ) Calor despredida a combustió completa de 23 g de tolueo Catidade de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió do acetileo: C 7 H 8 (g) + 9 O 2 (g) 7 CO 2 (g) + 4 H 2 O(g) H c º de formació: 7 C(grafito) + 4 H 2 (g) C 7 H 8 (g) H f º(C 7 H 8 ) = +49,95 kj/mol H f º(CO 2 ) = 393,14 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,56 kj/mol Pola lei de Hess, H c º(C 7 H 8 ) = 7 H f º(CO 2 ) + 4 H f º(H 2 O) ( H f º(C 7 H 8 ) + 9 H f º(O 2 ) ) Q H c º(C 7 H 8 ) = (7 [mol CO 2 ] ( 393,14 [kj/mol CO 2 ] + 4 [mol H 2 O] ( 285,56 [kj/mol H 2 O])) (49,95 [kj]) H c º(C 7 H 8 ) = 3 944,17 kj/mol C 7 H 8 b) Na combustió de 23 g de tolueo desprédese Q=23 g C 7 H 8 1 mol C 7 H 8 92,1 g C 7 H ,17 kj 1 mol C 7 H 8 =985 kj 3. Para o proceso Fe 2O 3(s) + 2 Al(s) Al 2O 3(s) + 2 Fe(s), calcule: a) A etalpía da reacció e codiciós estádar e a calor despredida ao reaccioar 16,0 g de Fe 2O 3 coa catidade suficiete de AI. b) A masa de óxido de alumiio que se obté o apartado aterior. Datos: H fº(al 2O 3) = kj mol -1 H fº(fe 2O 3) = -836 kj mol -1 (P.A.U. Set. 12) Rta.: a) Hº = 826 kj; Q = 82,8 kj; b) m = 10,2 g Al 2 O 3 Datos Cifras sigificativas: 4 2 Al(s) + 3/2 O 2 (g) Al 2 O 3 (s) H f º(Al 2 O 3 ) = kj/mol 2 Fe(s) + 3/2 O 2 (g) Fe 2 O 3 (s) H f º(Fe 2 O 3 ) = -836 kj/mol Masa de óxido de ferro(iii) m(fe 2 O 3 ) = 16,00 g Masa molar: Óxido de ferro(iii) M(Fe 2 O 3 ) = 159,7 g/mol Óxido de alumiio M(Al 2 O 3 ) = 102,0 g/mol

3 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 3 Datos Cifras sigificativas: 4 Etalpía da reacció Calor despredida ao reaccioar 16 g de óxido de ferro(iii) Masa de óxido de alumiio obtida m(al 2 O 3 ) Catidade de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació: Fe 2 O 3 (s) + 2 Al(s) Al 2 O 3 (s) + 2 Fe(s) Hº A etalpía de formació dos elemetos e estado ormal é ula, por defiició. Pola lei de Hess, b) Hº Hº = H f º(Al 2 O 3 ) + 2 H f º(Fe) ( H f º(Fe 2 O 3 ) + 2 H f º(Al) ) Hº = ( [kj]) (- 836 [kj]) Hº = 826 kj Q=16,00 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 159,7 g Fe 2 O kj 1 mol Fe 2 O 3 =82,8 kj Q m(al 2 O 3 )=16,00 g Fe 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 159,7 gfe 2 O 3 1 mol Al 2 O 3 1 mol Fe 2 O 3 102,0 g Al 2 O 3 1 mol Al 2 O 3 =10,2 gal 2 O 3 4. A combustió do acetileo [C 2H 2(g)] produce dióxido de carboo e auga. a) Escriba a ecuació química correspodete ao proceso. b) Calcule a calor molar de combustió do acetileo e a calor producida ao queimar 1,00 kg de acetileo. Datos: H fº(c 2H 2(g)) = 223,75 kj/mol; H fº(co 2(g)) = 393,5 kj/mol; H fº(h 2O(g)) = 241,8 kj/mol (P.A.U. Xuño 06) Rta.: b) H c º(C 2 H 2 ) = 1253 kj/mol C 2 H 2 ; Q = 4, J/kg C 2 H 2 Datos Cifras sigificativas: 4 2 C(grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) H f º(C 2 H 2 ) = +223,8 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = 241,8 kj/mol Masa de acetileo m = 1,000 kg C 2 H 2 Masa molar do acetileo Calor molar de combustió do acetileo H c º(C 2 H 2 ) Calor producida ao queimar 1,00 kg de acetileo Catidade de sustacia (úmero de moles) M(C 2 H 2 ) = 26,04 g/mol Q

4 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 4 a) Ecuació de combustió do acetileo: C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O(g) H c º b) de formació: 2 C(grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) H f º(C 2 H 2 ) = +223,8 kj/mol H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(H 2 O) = 241,8 kj/mol b) Pola lei de Hess, H c º(C 2 H 2 ) = 2 H f º(CO 2 ) + H f º(H 2 O) ( H f º(C 2 H 2 ) + 5/2 H f º(O 2 ) ) H c º(C 2 H 2 ) = (2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] 241,8 [kj])) (223,8 [kj]) H c º(C 2 H 2 ) = 1 253,0 kj/mol C 2 H 2 Q=1,000 kg C 2 H g 1 kg 1 mol C 2 H 2 26,04 g C 2 H kj 1 mol C 2 H 2 =4, kj=4, J=48,12 MJ 5. a) A partir dos datos das etalpías de formació calcule a etalpía estádar de combustió do metao. b) Sabedo que a combustió de 1,0 g de TNT libera kj calcule o volume de metao, medido a 25 ºC e 1 atm (101,3 kpa) de presió, que é ecesario queimar para producir a mesma eerxía que 1,0 g de TNT. Datos: H f (CH 4(g))= -75 kj mol -1 ; H f (CO 2(g))= -394 kj mol -1 ; H f (H 2O(g))= -242 kj mol -1 R = 0,082 atm L K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 (P.A.U. Xuño 12) Rta.: a) H c º(CH 4 ) = 803 kj/mol CH 4 ; b) V = 140 dm 3 CH 4 Datos Cifras sigificativas: 3 C(grafito) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) H f º(CH 4 ) = -75,0 kj/mol H f º(CO 2 ) = 394 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(H 2 O) = 242 kj/mol Eerxía despredida E = kj Gas metao: Temperatura T = 25 ºC = 298 K Presió p = 101,3 kpa = 1, Pa Costate dos gases ideais 1 R = 8,31 J K 1 mol Masa molar do metao M(CH 4 ) = 16,0 g/mol Calor molar de combustió do metao H c º(CH 4 ) Volume de CH 4 (g) as codiciós dadas que desprede esa eerxía V Catidade de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado dos gases ideais p V = R T

5 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 5 a) Ecuació de combustió do metao: CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(g) H c º de formació: C(grafito) + 2 H 2 (g) CH 4 (g) H f º(CH 4 ) = -75,0 kj/mol H f º(CO 2 ) = 394 kj/mol H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(H 2 O) = 242 kj/mol Pola lei de Hess, H c º(CH 4 ) = H f º(CO 2 ) + 2 H f º(H 2 O) ( H f º(CH 4 ) + 2 H f º(O 2 ) ) H c º(CH 4 ) = ( 394 [kj] + 2 [mol H 2 O] ( 242 [kj/mol H 2 O])) ( 75,0 [kj] + 2 [mol O 2 ] (0 [kj/mol O 2 ])) H c º(CH 4 ) = 803 kj/mol CH 4 b) Catidade de metao que habería que queimar para producir kj Volume que ocupará a 25 ºC e 101,3 kpa. (CH 4 )=4600 kj 1 mol CH 4 =5,73 mol CH 803 kj 4 R T V (CH 4 )= = 5,73 mol CH 4 8,31 J K 1 mol K =0,140 m 3 =140 dm 3 CH p 1, Pa 6. As etalpías estádar de combustió do C(s) e C 6H 6(l) so -393,5 kj/mol e kj/mol, respectivamete; e o de formació do H 2O(l) vale -285,5 kj/mol. Calcule: a) A etalpía estádar de formació do beceo(l) b) A calor, expresada e kj, ecesaria para a obteció de 1,0 kg de beceo(l). (P.A.U. Xuño 09) Rta.: a) DH f º = 83,5 kj/mol b) Q = 1, kj Datos Cifras sigificativas: 4 C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H c º(C 6 H 6 ) = kj/mol H c º(C) = -393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = -285,5 kj/mol Masa de beceo m = 1,000 kg = g C 6 H 6 Masa molar do beceo M(C 6 H 6 ) = 78,1 g/mol Etalpía de formació do beceo H f º(C 6 H 6 ) A calor ecesaria para obter 1,0 kg de beceo Catidade de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió do beceo: C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H c º = kj/mol Q

6 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 6 A ecuació de combustió do carboo sólido (grafito) coicide coa ecuació de formació do CO 2 (g). de formació: 6 C(s) +3 H 2 (g) C 6 H 6 (l) H f º(C 6 H 6 ) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H f º(CO 2 ) = -393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = -285,5 kj/mol Pola lei de Hess, H c º(C 6 H 6 ) = 6 H f º(CO 2 ) + 3 H f º(H 2 O) ( H f º(C 6 H 6 ) + 15/2 H f º(O 2 ) ) [kj] = (6 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 3 [mol H 2 O] (-285,5 [kj/mol H 2 O])) ( H f º(C 6 H 6 )) H f º(C 6 H 6 ) = +83,5 kj/mol C 6 H 6 b) Para obter g de C 6 H 6 ecesítase Q=1000 g C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 78,1 g C 6 H 6 83,5 kj 1 mol C 6 H 6 =1, kj=1,07 MJ 7. Dada a seguite reacció: C(grafito) + 2 S(s) CS 2(l) a) Calcule a etalpía estádar da reacció a partir dos seguites datos: C(grafito) + O 2(g) CO 2(g) Hº = -393,5 kj mol -1 S(s) + O 2(g) SO 2(g) Hº = -296,1 kj mol -1 CS 2(l) + 3 O 2(g) CO 2(g) + 2 SO 2(g) Hº = kj mol -1 b) Calcule a eerxía ecesaria, e forma de calor, para a trasformació de 5 g de C(grafito) e CS 2(l), e codiciós estádar. (P.A.U. Set. 11) Rta.: a) H f º(CS 2 ) = 86 kj/mol CS 2 ; b) Q = 36 kj Datos Cifras sigificativas: 4 S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) Masa de grafito Masa molar do carboo H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H f º(SO 2 ) = 296,1 kj/mol H = 1072 kj/mol m = 5,00 g C M(C) = 12,0 g/mol Etalpía estádar de reacció (de formació do CS 2 ) H f º(CS 2 ) Calor ecesaria para coverter 5 g de grafito e CS 2 Catidade de sustacia (úmero de moles) a) De formació H f º(CO 2 ) = -393,5 kj mol -1 S(s) + O 2 (g) SO 2 (g) H f º(SO 2 ) = -296,1 kj mol -1 C(grafito) + 2 S(s) CS 2 (l) H f º(CS 2 ) De combustió CS 2 (l) + 3 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 SO 2 (g) H c º(CS 2 ) = kj mol -1 Pola lei de Hess, Q

7 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 7 H c º(CS 2 ) = H f º(CO 2 ) + 2 H f º(SO 2 ) ( H f º(CS 2 ) + 3 H f º(O 2 ) ) [kj] = (1 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) 2 [mol SO 2 ] (-296,1 [kj/mol SO 2 ])) ( H f º(CS 2 ) + 3 0) H f º(CS 2 ) = 86 kj/mol CS 2 Q=5,00 g C 1 mol C 12,0 g C 86 kj =36 kj 1 mol C 8. Na fermetació alcohólica da glicosa obtese etaol e dióxido de carboo. A ecuació química correspodete é: C 6H 12O 6(s) 2 CO 2(g) + 2 CH 3-CH 2OH(l) a) Calcule a Hº desta reacció. b) Catos litros de dióxido de carboo, medidos a 25 ºC e 0,98 atm, poderíase obter a fermetació de 1 kg de glicosa? Datos: Etalpías estádar de combustió: C 6H 12O 6(s) = kj/mol; CH 3-CH 2OH(l) = kj/mol; R = 0,082 atm dm 3 K -1 mol -1 (P.AU. Set. 09) Rta.: a) H = -71 kj/mol b) V = 277 dm 3 Datos Cifras sigificativas: 4 C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) CH 3 -CH 2 OH(l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H c º(C 6 H 12 O 6 ) = kj/mol H c º(CH 3 -CH 2 OH) = kj/mol Masa de glicosa m = 1,000 kg = g C 6 H 12 O 6 Temperatura da reacció t = 25 ºC = 298 K Presió exterior p = 0,9800 atm Costate dos gases ideais -1 R = 0,08200 atm dm3 K-1 mol Masa molar: C 6 H 12 O 6 Etalpía de fermetació da glicosa Volume de dióxido de carboo que se podería obter a fermetació Catidade de sustacia (úmero de moles) De estado dos gases ideais M(C 6 H 12 O 6 ) = 180,2 g/mol H V p V = R T a) Como a etalpía é uha fució de estado, é idepedete do camiño. A ecuació de fermetació da glicosa pódese obter por combiació lieal das ecuaciós de combustió C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) H c1 º = kj/mol CH 3 -CH 2 OH(l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H c2 º = kj/mol Deixado a primeira ecuació como está e multiplicado a seguda por -2 e sumado queda: C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g) = 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) H c1 º = kj/mol -2 CH 3 -CH 2 OH(l) - 6 O 2 (g) = -4 CO 2 (g) -6 H 2 O(l) -2 H c2 º = kj/mol C 6 H 12 O 6 (s) = 2 CO 2 (g) + 2 CH 3 -CH 2 OH(l) H = -71 kj/mol b) Da reacció de fermetació axustada pódese calcular a catidade de CO 2 producido (CO 2 )=1000 g C 6 H 12 O 6 1 mol C 6 H 12 O 6 180,2 g C 6 H 12 O 6 2 mol CO 2 1 mol C 6 H 12 O 6 =11,10 mol CO 2 Supoñedo comportameto ideal para o CO 2 :

8 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 8 R T V (CO 2 )= = 11,10 mol CO 2 0,08200 atm dm3 K 1 mol K =276,8 dm 3 CO p 0,9800 atm 2 9. A calor que se desprede o proceso de obteció du mol de beceo líquido a partir de etio gas mediate a reacció: 3 C 2H 2(g) C 6H 6(l) é de -631 kj. Calcule: a) A etalpía estádar de combustió do C 6H 6(l) sabedo que a etalpía estádar de combustió do C 2H 2(g) é kj mol -1. b) O volume de etio, medido a 25 C e 15 atm (1519,5 kpa), ecesario para obter 0,25 dm 3 de beceo. Datos: R = 0,082 atm dm 3 K -1 mol -1 = 8,31 J K -1 mol -1 ; desidade do beceo g/dm 3 (P.A.U. Xuño 13) Rta.: a) H c º(C 6 H 6 ) = kj/mol CH 4 ; b) V = 14,9 dm 3 C 2 H 4 Datos Cifras sigificativas: 4 3 C 2 H 2 (g) C 6 H 6 (l) H 1 º = -631,0 kj/mol C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O(g) H c º(C 2 H 2 ) = kj/mol Volume de beceo líquido V(C 6 H 6 ) = 0,2500 dm 3 Desidade do beceo líquido ρ(c 6 H 6 ) = 950,0 g/dm 3 Codiciós gas etio: Temperatura T = 25,00 ºC = 298,2 K Presió p = 15,00 atm = 1520 kpa Costate dos gases ideais 1 R = 8,31 J K 1 mol Masa molar: C 6 H 6 Etalpía de combustió do beceo H c º Volume de etio ecesario para obter 0,25 L de beceo V(C 2 H 2 ) Catidade de sustacia (úmero de moles) Ecuació de estado dos gases ideais a) Ecuació de combustió do beceo: C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(g) H c º M(C 6 H 6 ) = 78,11 g/mol p V = R T Como a etalpía é uha fució de estado, é idepedete do camiño. A ecuació de combustió do beceo pódese obter por combiació lieal das ecuaciós: C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O(g) H c1 º = kj/mol 3 C 2 H 2 (g) C 6 H 6 (l) H 1 º = -631,0 kj/mol Multiplicado a primeira ecuació por 3 e multiplicado a seguda por -1 e sumado queda: b) 3 C 2 H 2 (g) + 15/2 O 2 (g) = 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(g) 3 H c1 º = kj/mol -3 C 2 H 2 (g) = -C 6 H 6 (l) - H 1 º = 631,0 kj/mol C 6 H 6 (l) + 15/2 O 2 (g) = 6 CO 2 (g) + 3 H 2 O(g) H c º = kj/mol (C 6 H 6 )=0,2500 dm 3 C 6 H 6 950,0 g C 6 H 6 1 dm 3 C 6 H 6 1 mol C 6 H 6 78,11 g C 6 H 6 =3,040 mol C 6 H 6

9 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 9 (C 2 H 2 )=3,040 mol C 6 H 6 3 mol C 2 H 2 1 mol C 6 H 6 =9,121 mol C 2 H 2 Volume que ocupará a 25 ºC e 1520 kpa, supodo comportameto ideal para o C 2 H 2 R T V (C 2 H 2 )= = 9,121 mol C H 2 8,31 J K 1 2 mol 1 298,2 K =0,0149 m 3 =14,9 dm 3 C p 1, H 2 Pa 10. a) Calcule a calor de formació do acetileo (C 2H 2(g)) a partir das calores de formació do H 2O(l) e do CO 2(g) e da calor de combustió do C 2H 2(g) b) Que volume de dióxido de carboo medido a 30 ºC e presió atmosférica (1 atm) xerarase a combustió de 200 g de acetileo? Datos: H fº(h 2O(l)) = 285,8 kj/mol; H fº(co 2(g)) = 393,3 kj/mol; H cº(c 2H 2(g)) = 1300 kj/mol R = 0,082 atm dm 3 /(K mol) (P.A.U. Xuño 07) Rta.: a) H f º(C 2 H 2 ) = 228 kj/mol C 2 H 2 ; b) V = 382 dm 3 CO 2 Datos Cifras sigificativas: 3 C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O(l) H c º(C 2 H 2 ) = kj/mol H f º(CO 2 ) = 393 kj/mol H f º(H 2 O(l)) = 286 kj/mol Masa de acetileo m = 200 g C 2 H 2 Presió á que se mide o volume de CO 2 p = 1,00 atm Temperatura á que se mide o volume de CO 2 T = 30 ºC = 303 K Masa molar: C 2 H 2 M(C 2 H 2 ) = 26,0 g/mol Calor molar de formació do acetileo H c º(C 2 H 2 ) Volume de CO 2 a 30 ºC e 1 atm xerado ao queimar 200 g de acetileo V Catidade de sustacia (úmero de moles) a) Ecuació de combustió do acetileo: C 2 H 2 (g) + 5/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + H 2 O(g) H c º = kj/mol de formació: 2 C(grafito) + H 2 (g) C 2 H 2 (g) H f º(C 2 H 2 ) H f º(CO 2 ) = 393,3 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,8 kj/mol Pola lei de Hess, H c º(C 2 H 2 ) = 2 H f º(CO 2 ) + H f º(H 2 O) ( H f º(C 2 H 2 ) + 5/2 H f º(O 2 ) ) kj = (2 [mol CO 2 ] ( 393 [kj/mol CO 2 ] 286 [kj])) ( H f º(C 2 H 2 ))

10 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 10 b) Da estequiometría da reacció: H f º(C 2 H 2 ) = 228 kj/mol C 2 H 2 Supodo comportameto ideal para o CO 2 : R T V = p (CO 2 )=200 g C 2 H 2 1 mol C 2 H 2 26,0 g C 2 H 2 2 mol CO 2 1 mol C 2 H 2 =15,4 mol CO 2 p V = R T = 15,4 mol CO 2 0,082 atm dm3 K 1 mol K =382 dm 3 CO 1,00 atm Cosidere que a gasolia está composta pricipalmete por octao (C 8H 18) e que o bioetaol o composto pricipal é o etaol (CH 3CH 2OH). Cos seguites datos: ΔH f (CO 2(g)) = -393,5 kj/mol; ΔH f (H 2O(l)) = -285,8 kj/mol; ΔH c (C 8H 18(l)) = -5445,3 kj/mol; ΔH c (CH 3CH 2OH(l)) = -1369,0 kj/mol; desidade a 298 K do etaol ρ e = 0,79 g/cm 3 e do octao ρ o = 0,70 g/cm 3. a) Escriba a ecuació da reacció de combustió do etaol e calcule a etalpía estádar de formació do etaol a 25 C. b) Catos litros de bioetaol se ecesita para producir a mesma eerxía que produce 1 L de gasolia? (P.A.U. Set. 14) Rta.: a) H f º(C 2 H 6 O) = -275,4 kj/mol; b) V = 1,43 dm 3 CH 3 CH 2 OH Datos Cifras sigificativas: 3 C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(g) CH 3 CH 2 OH(l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,8 kj/mol H c º(C 8 H 18 ) = 5445,3 kj/mol H c º(C 2 H 6 O) = 1369,0 kj/mol Desidade do etaol C 8 H 18 ρ e = 0,790 g/cm 3 Desidade do octao C 8 H 18 ρ o = 0,700 g/cm 3 Volume de gasolia V G = 1,00 dm 3 Temperatura T = 25 ºC = 298 K Masa molar: Octao M(C 8 H 18 ) = 114 g/mol Etaol M(C 2 H 6 O) = 46,1 g/mol Etalpía de formació do etaol H f º(C 2 H 6 O) Volume de bioetaol que libera a mesma eerxía que 1 L de gasolia Catidade de sustacia (úmero de moles) a) A ecuació de combustió do etaol é Pola lei de Hess, CH 3 CH 2 OH(l) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) H c º(C 2 H 6 O) = 2 H f º(CO 2 ) + 3 H f º(H 2 O) ( H f º(C 8 H 18 ) + 3 H f º(O 2 )) V

11 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA ,0 kj/mol C 2 H 6 O = (2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 3 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol C 2 H 6 O] H f º(C 2 H 6 O) + 3 [mol O 2 ] 0) b) U (1,00) litro de gasolia so (C 8 H 18 )=1,00 dm 3 gasolia 103 cm 3 e ao queimarse produce uha eerxía de H f º(C 2 H 6 O(l)) = -275,4 kj/mol Q=6,13 mol C 8 H 18 0,700 g gasolia 1 dm 3 1 cm 3 gasolia A catidade de bioetaol que produciría esa eerxía sería que ocuparía u volume de 5445,3 kj 1 mol C 8 H 18 =3, kj 1 mol C 8 H g gasolia =6,13 mol C 8 H 18 (C 2 H 5 OH)=3, kj 1mol C H OH 2 5 =24,4 mol C 1369,0 kj 2 H 5 OH V (C 2 H 5 OH)=24,4 mol C 2 H 5 OH 46,1 g C 2 H 5 OH 1 mol C 2 H 5 OH 1 cm 3 C 2 H 5 OH 0,790 g C 2 H 5 OH =1, cm 3 =1,43 dm 3 C 2 H 5 OH 12. A etalpía de combustió do propao(gas) é 526,3 kcal. As H 0 de formació do dióxido de carboo(gas) e da auga(líquida) so respectivamete 94,03 e 68,30 kcal/mol. Calcular: a) A etalpía de formació do propao. b) Os quilogramos de carbó que será preciso queimar (cu redemeto do 80 %), para producir a mesma catidade de eerxía que a obtida a combustió de 1 kg de propao. Dato: A etalpía de combustió do carbó é de 5 kcal/g (P.A.U. Xuño 04) Rta.: a) H f º(C 3 H 8 ) = -29,0 kcal/mol C 3 H 8 ; b) 3 kg carbó Datos Cifras sigificativas: 4 C 3 H 8 (g) + 5 O 2 (g) 3 CO 2 (g) + 4 H 2 O(l) Etalpía de combustió do carbó Redemeto da combustió do carbó r = 80,00 % Masa de propao que se queima Masa molar do propao H c º(C 3 H 8 ) = -526,3 kcal/mol H f º(CO 2 ) = 94,03 kcal/mol H f º(H 2 O) = 68,30 kcal/mol Q = 5,000 kcal/g carbó m p = 1,000 kg Etalpía de formació do propao H f º(C 3 H 8 ) Masa de carbó que produza a mesma eerxía que 1 kg C 3 H 8 a) Pola lei de Hess: M(C 3 H 8 ) = 44,10 g/mol m(carbó) H c º(C 3 H 8 ) = 3 H f º(CO 2 ) + 4 H f º(H 2 O) (5 H f º(O 2 ) + H f º(C 3 H 8 )) 1 [mol C 3 H 8 ] ( 526,3 [kcal/mol C 3 H 8 ]) = = 3 [mol CO 2 ] (-94,03 [kcal/mol CO 2 ]) + 4 [mol H 2 O] (-68,30 [kcal/mol H 2 O]) 5 [mol O 2 ] 0 H f º(C 3 H 8 )

12 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 12 b) A eerxía producida por 1 kg de propao é: A eerxía producida por 1 kg de carbó é: H f º(C 3 H 8 ) = 28,99 kcal/mol C 3 H 8 Q 1 =1000 g C 3 H 8 1 mol C 3 H 8 44,10 g C 3 H 8 526,3 kcal 1 mol C 3 H 8 =1, kcal Q 2 =1000 g carbó Se o redemeto é do 80 %, a eerxía producida realmete é: 5,000 kcal 1 g carbó =5, kcal Q 3 = 80,00 % 5, kcal/kg carbó = 4, kcal/kg carbó Polo que a masa de carbó ecesaria é: m(carbó)=1,000 kg propao 1, kcal 1,000 kg propao 1,000 kg carbó =2,984 kg carbó 4, kcal Aálise: Se se tivese e cota as cifras sigificativas dos datos para este apartado, (5 kcal/g), o resultado só tería uha cifra sigificativa e sería: 3 kg de carbó. Tamé se podería usar o valor de H f º(CO 2 ) xa que equivale á etalpía de combustió do grafito. Nese caso o resultado fose: m(carbó) = 1,91 kg grafito. A difereza etre ambos os resultados débese a que o carbó (que o especifica se é hulla, atracita, etc.) coté uha porcetaxe cosiderable de impurezas. 13. O ácido etaoico(líquido) [ácido acético] fórmase ao reaccioar carboo(sólido), hidróxeo molecular(gas) e osíxeo molecular(gas). As calores de combustió do ácido etaoico(l); hidróxeo(g) e carboo(s) so respectivamete 870,7; 285,8 e 393,13 kj/mol. a) Escribir adecuadamete as ecuaciós químicas dos distitos procesos de combustió e a correspodete á formació do ácido etaoico. b) Calcular a calor de formació, a presió costate, de devadito ácido etaoico. c) Catas kilocalorías se desprede a formació de 1 kg de ácido etaoico? Dato: 1 J = 0,24 cal. (P.A.U. Set. 04) Rta.: b) H f º = 487,1 kj/mol; b) Q = 1, kcal Datos Cifras sigificativas: 4 CH 3 COOH(l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) Masa de ácido etaoico Masa molar do ácido etaoico Equivalecia de uidades H c º(C 2 H 4 O 2 ) = -870,7 kj/mol H c º(C) = 393,1 kj/mol H c º(H 2 ) = 285,8 kj/mol m = 1,000 kg CH 3 COOH M(C 2 H 4 O 2 ) = 60,05 g/mol 1 J = 0,2400 cal 1 kj = 0,2400 kcal Etalpía de formació do ácido etaoico H f º(C 2 H 4 O 2 ) Eerxía liberada a combustió Catidade de sustacia (úmero de moles) a) de combustió Q

13 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 13 CH 3 COOH(l) + O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) H c º(C 2 H 4 O 2 ) = 870,7 kj/mol H c º(C) = 393,1 kj/mol H c º(H 2 ) = 285,8 kj/mol Ecuació de formació do ácido etaoico 2 C(grafito) + 2 H 2 (g) + O 2 (g) CH 3 COOH(l) H f º b) Pola lei de Hess, H c º(C 2 H 4 O 2 ) = 2 H c º(C) + 2 H c º(H 2 ) ( H f º(C 2 H 4 O 2 ) + H f º(O 2 ) ) 870,7 [kj] = (2 [mol C] ( 393,1 [kj/mol C] + 2 [mol H 2 ] ( 285,8 [kj/mol H 2 ])) (1 [mol C 2 H 4 O 2 ] H f º) c) Q=1,000 kg C 2 H 4 O g 1 kg H f º(C 2 H 4 O 2 ) = 487,1 kj/mol 1 mol C 2 H 4 O 2 487,1 kj 0,2400 kcal 60,05 g C 2 H 4 O 2 1 mol C 2 H 4 O 2 1 kj =1, kcal 14. As etalpías de formació do butao(g), dióxido de carboo(g) e auga(l) a 1 atm (101,3 kpa) e 25 C so -125,35 kj mol -1, -393,51 kj mol -1 e -285,83 kj mol -1, respectivamete. Formule a reacció de combustió do butao e calcule: a) A calor que pode submiistrar uha bomboa que coté 6 kg de butao. b) O volume de osíxeo, medido e codiciós ormais, que se cosumirá a combustió do butao cotido a bomboa. Dato: R = 0,082 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 2 Datos Cifras sigificativas: 5 C(s) + H 2 (g) C 4 H 10 (g) H f º(C 4 H 10 ) = 125,35 kj H f º(CO 2 ) = 393,51 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,53 kj/mol Masa de butao m(c 4 H 10 ) = 6, g Costate dos gases ideais 1 R = 0,082 atm dm3 K 1 mol Masa molar do butao Calor despredida a combustió de 6 kg de butao Volume de osíxeo ecesario V(O 2 ) Catidade de sustacia (úmero de moles) Ecuació dos gases ideais a) A ecuació de combustió é Pola lei de Hess, C 4 H 10 (g) + 13/2 O 2 (g) 4 CO 2 (g) + 5 H 2 O(l) M(C 4 H 10 ) = 58,124 g/mol Q p V = R T H c º(C 4 H 10 ) = 4 H f º(CO 2 ) + 5 H f º(H 2 O) ( H f º(C 4 H 10 ) + 13/2 H f º(O 2 ) )

14 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 14 H c º(C 4 H 10 ) = (4 [mol CO 2 ] ( 393,51 [kj/mol CO 2 ] + 5 [mol H 2 O] ( 285,53 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol C 4 H 10 ] ( 125,35 [kj/mol C 4 H 10 ]) + 13/2 [mol O 2 ] 0) = 2 877,84 kj A ecuació termoquímica queda: C 4 H 10 (g) + 13/2 O 2 (g) 4 CO 2 (g) + 5 H 2 O(l) H c º = 2, kj/mol C 4 H 10 A catidade de butao que hai uha bomboa de 6 kg é: (C 4 H 10 )=6, g C 4 H 10 1 mol C 4 H 10 58,124 g C 4 H 10 =103,23 mol C 4 H 10 A calor despredida polo butao que hai uha bomboa de 6 kg é: b) Da estequiometría da reacció: Q = 103,23 [mol C 4 H 10 ] 2, [kj/mol C 4 H 10 ] = 2, kj Supoñedo comportameto ideal para o O 2, V (O 2 )= (O 2 ) R T p (O 2 )=103,23 mol C 4 H 10 13/2 mol O 2 1 mol C 4 H 10 =670,98 mol O 2 = 670,98 mol O 2 0,082 atm dm3 K 1 mol K = dm 3 O 1,0 atm 2 Este resultado te só dúas cifras sigificativas, porque so as do dato que meos te (a costate R) 15. A gasolia pode ser cosiderada como uha mestura de octaos (C 8H 18). Sabedo as calores de formació de: H 2O(g) = 242 kj/mol; CO 2(g) = 394 kj/mol e C 8H 18(l) = 250 kj/mol: a) Escriba a ecuació (axustada) de combustió da gasolia (os produtos so CO 2(g) e H 2O(g)) e calcule a calor de reacció H (e kj). b) Calcule a eerxía (e kj) liberada a combustió de 5 litros de gasolia (desidade = 800 kg/m 3 ) c) Que volume de gas carbóico medido a 30 ºC e presió atmosférica xerarase e tal combustió? Datos: R = 0,082atm dm 3 K 1 mol 1 (P.A.U. Xuño 01) Rta.: a) Hº = 5, kj/mol; b) Q = kj; c) V = 6, dm 3 Datos Cifras sigificativas: 3 C(grafito) + H 2 (g) C 8 H 18 (l) H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(C 8 H 18 ) = 250 kj H f º(CO 2 ) = 394 kj/mol H f º(H 2 O) = 242 kj/mol Desidade da gasolia (octao C 8 H 18 ) ρ = 800 kg/m 3 Volume de gasolia V G = 5,00 dm 3 = 5, m 3 Temperatura do gas T = 30 ºC = 303 K Presió para o gas p = 1,00 atm Costate dos gases ideais 1 R = 0,082 atm dm3 K 1 mol Masa molar do octao M(C 8 H 18 ) = 114 g/mol Etalpía de combustió do octao H c º(C 8 H 18 ) Eerxía liberada a combustió Volume de gas despredido Catidade de sustacia (úmero de moles) Q V

15 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 15 De estado dos gases ideais p V = R T a) A ecuació de combustió é Pola lei de Hess, C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(g) H c º(C 8 H 18 ) = 8 H f º(CO 2 ) + 9 H f º(H 2 O) ( H f º(C 8 H 18 ) + 25/2 H f º(O 2 ) ) H c º(C 8 H 18 ) = (8 [mol CO 2 ] ( 394 [kj/mol CO 2 ] + 9 [mol H 2 O] ( 242 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol C 8 H 18 ] 250 [kj/mol C 8 H 18 ] + 25/2 [mol O 2 ] 0) = kj A ecuació termoquímica queda: b) C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(g) H c º = 5, kj/mol C 8 H 18 (C 8 H 18 )=5,00 dm 3 gasolia 1 m kg gasolia 10 3 dm 3 1 m 3 gasolia 10 3 g 1 kg 1 mol C 8 H g gasolia =35,1 mol C 8 H 18 c) Da estequiometría da reacció: Supodo comportameto ideal para o gas CO 2, V = (CO 2 ) R T p Q = 35,1 [mol C 8 H 18 ] 5, [kj/mol C 8 H 18 ] = kj (CO 2 )=35,1 mol C 8 H 18 8 mol CO 2 1 mol C 8 H 18 =281 mol C 8 H 18 = 281 mol CO2 0,082 atm dm3 K 1 mol K =6, dm 3 CO 1,00 atm Se supoñemos que a gasolia é uha mestura de octaos de fórmula xeral C 8H 18: a) Calcule o volume de aire medido a 25 ºC e 1 atm (101,3 kpa) que se ecesita para queimar 100 dm 3 de gasolia. b) Calcule a calor despredida cado se queima 100 dm 3 de gasolia. Datos: R = 0,082 atm dm 3 K-1 mol -1-1 = 8,31 J K-1 mol H fº(co 2(g)) = -393,5 kj mol -1 ; H fº(h 2O(l)) = -285,8 kj mol -1 ; H fº(c 8H 18(l)) = 249,8 kj mol -1 ; osíxeo o aire = 21 % e volume; desidade do octao = 800 g dm -3 (P.A.U. Xuño 10) Rta.: a) V = 1, m 3 aire b) Q = 4, J Datos Cifras sigificativas: 3 Volume de gasolia V = 100 dm 3 = 0,100 m 3 Desidade da gasolia d = 800 g/dm 3 = 800 kg/m 3 Aire(gas): Temperatura T = 25 ºC = 298 K Presió Cotido de osíxeo o aire (% V) p = 101,3 kpa = 1, Pa r = 21,0 % e volume Etalpías estádar de formació: Cifras sigificativas: 4 H 2 (g) + ½ O 2 (g) H 2 O(g) H f º(CO 2 (g)) = -393,5 kj/mol H f º(H 2 O(l)) = -285,8 kj/mol

16 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 16 Datos Cifras sigificativas: 3 C(grafito) + H 2 (g) C 8 H 18 (l) H f º(C 8 H 18 (l)) = 249,8 kj/mol Costate dos gases ideais -1 R = 8,31 J mol-1 K Masa molar: C 8 H 18 Volume de aire ecesario Calor despredida Catidade de sustacia (úmero de moles) De estado dos gases ideais a) A ecuació de combustió é A catidade de gasolia que hai e 100 dm 3 é: (C 8 H 18 )=100 dm 3 gasolia C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(l) 1 m kg gasolia 10 3 dm 3 1 m 3 gasolia A catidade de osíxeo ecesaria para a combustió é: Que, supodo comportameto ideal, ocupará: V = (O 2 ) R T p 10 3 g 1 kg M(C 8 H 18 ) = 114,23 g/mol V Q p V = R T (O 2 )=700 mol C 8 H 18 25/2 mol O 2 1 molc 8 H 18 =8, mol O 2 1 mol C 8 H ,2 g gasolia =700 mol C 8 H 18 = 8, mol O 2 8,31 J K 1 mol K =214 m 3 O 1, Pa Tedo e cota que o aire coté u 21 % e volume de osíxeo, o aire que coterá ese volume será: b) Pola lei de Hess, V =214 m 3 O m 3 aire 21,0 m 3 O 2 =1, m 3 aire H c º(C 8 H 18 ) = 8 H f º(CO 2 ) + 9 H f º(H 2 O) ( H f º(C 8 H 18 ) + 25/2 H f º(O 2 ) ) H c º(C 8 H 18 ) = (8 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ] + 9 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol C 8 H 18 ] 249,8 [kj/mol C 8 H 18 ] + 25/2 [mol O 2 ] 0) = kj A ecuació termoquímica queda: C 8 H 18 (l) + 25/2 O 2 (g) 8 CO 2 (g) + 9 H 2 O(l) H c º = 5, kj/mol C 8 H 18 Q = 700 [mol C 8 H 18 ] 5, [kj/mol C 8 H 18 ] = 4, kj = 4, J = 4,18 GJ 17. As etalpías de formació a 25 ºC do metaol(líquido), dióxido de carboo(gas) e auga(líquida) so, respectivamete, 239,1, 393,5 e 285,8 kj/mol. a) Escribe a ecuació de combustió do metaol. b) Calcula Hº do proceso de combustió. c) Calcula Uº do mesmo proceso a 25 ºC.

17 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 17 Datos: R = 8,31 J K 1 mol 1 (P.A.U. Xuño 96) Rta.: b) H c º = -726,0 kj/mol; c) U c º = -724,8 kj/mol Datos Cifras sigificativas: 4 C(grafito) + ½ O 2 (g) + 2 H 2 (g) CH 3 OH(g) H f º(CH 3 OH) = 239,1 kj/mol H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,8 kj/mol Costate dos gases ideais R = 8,310 J K 1 mol 1 Temperatura Etalpía de combustió do metaol Variació de eerxía itera de combustió do metaol Catidade de sustacia (úmero de moles) Relació etre calor a presió costate e calor a volume costate a) A ecuació de combustió é b) Pola lei de Hess, CH 3 OH(l) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) T = 25 ºC = 298,2 K H c º(CH 3 OH) U c º(CH 3 OH) Hº = Uº + (g) R T H c º(CH 3 OH) = H f º ( CO 2 ) + 2 H f º ( H 2 O) ( H f º ( CH 3 OH) + 3/2 H f º(O 2 ) ) H c º(CH 3 OH) = (1 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 2 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O])) (1 [mol CH 3 OH] ( 239,1 [kj/mol CH 3 OH]) + 3/2 [mol O 2 ] 0) = 7 26,0 kj/mol A ecuació termoquímica queda: CH 3 OH(l) + 3/2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) H c º = 726,0 kj/mol c) A variació de eerxía itera da reacció a 25 ºC Uº = Hº (g) R T = 726,0 [kj/mol] (1 3/2) [kj/mol] 8, [kj K 1 mol 1 ] 298,2 [K] U c º(CH 3 OH) = 724,8 kj/mol ESPONTANEIDADE 1. Coñecedo os seguites datos: Etalpía de combustió do etao(g): Hº = kj/mol de hidrocarburo; etalpía de combustió do eteo(g): Hº = 1 410,9 kj/mol de hidrocarburo; etalpía de formació da auga(l): Hº = 285,8 kj/mol e etalpía de formació do dióxido de carboo(g): Hº = 393,5 kj/mol. a) Calcula a etalpía de formació do etao(g) e do eteo(g). b) Calcula a variació de etalpía e codiciós estádar, o proceso: C 2H 4(g) + H 2(g) C 2H 6(g) c) Se a variació de etropía este proceso é Sº = 110,6 J/K, o proceso será espotáeo e codiciós estádar? Razoa a resposta. (P.A.U. Set. 98) Rta.: a) H f º(C 2 H 6 ) = 85,4 kj/mol; H f º(C 2 H 4 ) = 52,3 kj/mol; b) H r º = 137,7 kj/mol; c) Si

18 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 18 Datos Cifras sigificativas: 5 C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) C 2 H 4 (g) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) Variació de etropía do proceso de hidroxeació Temperatura H c º(C 2 H 6 ) = kj/mol H c º(C 2 H 4 ) = 1 410,9 kj/mol H f º(CO 2 ) = 393,5 kj/mol H f º(H 2 O) = 285,8 kj/mol Sº = 110,6 J/K T = 25 ºC = 298,2 K Etalpía de formació do etao (C 2 H 6 ) H f º(C 2 H 6 ) Etalpía de formació do eteo (C 2 H 4 ) H f º(C 2 H 4 ) Variació de etalpía de C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) H r º Espotaeidade da hidroxeació Catidade de sustacia (úmero de moles) Eerxía libre de Gibbs a) A combustió do etao é: Pola lei de Hess, C 2 H 6 (g) + 7/2 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) G Gº = Hº T S H c º(C 2 H 6 ) = 2 H f º(CO 2 ) + 3 H f º(H 2 O) ( H f º(C 2 H 6 ) + 7/2 H f º(O 2 ) ) 1 [mol C 2 H 6 ] ( [kj/mol C 2 H 6 ]) = = 2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 3 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O]) ( H f º(C 2 H 6 ) + 7/2 [mol O 2 ] 0) A combustió do eteo é: H f º(C 2 H 6 ) = 85,4 kj/mol etao C 2 H 4 (g) + 3 O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) H C º = 2 H f º(CO 2 ) + 2 H f º(H 2 O) ( H f º(C 2 H 4 ) + 3 H f º(O 2 ) ) 1 [mol C 2 H 4 ] ( 1 410,9 [kj/mol C 2 H 4 ]) = = 2 [mol CO 2 ] ( 393,5 [kj/mol CO 2 ]) + 2 [mol H 2 O] ( 285,8 [kj/mol H 2 O]) ( H f º(C 2 H 4 ) + 3 [mol O 2 ] 0) b) Para o proceso: Tomado como base de cálculo 1 mol de eteo H f º(C 2 H 4 ) = 52,3 kj/mol eteo C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) H r º = H f º(C 2 H 6 ) ( H f º(C 2 H 4 ) + H f º(H 2 ) ) H r º = 85,4 [kj] (52,3 [kj] + 0) = 137,7 kj/mol eteo c) A espotaeidade du proceso vé dada polo sigo da eerxía libre de Gibbs G. Si G < 0, o proceso é espotáeo. E codiciós estádar (t = 25 ºC, p = 1 atm.)

19 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 19 Gº = Hº T Sº = 137,7 [kj] 298 [K] ( 110,6 [J/K]) 10 3 [kj/j] = 104,7 kj Como Gº < 0, o proceso é espotáeo e codiciós estádar. 2. Na reacció: 4 Ag(s) + O 2(g) 2 Ag 2O(s), a variació de etalpía e a variació de etropía a 25 ºC e 1 atm vale 61,1 kj e 132,1 J/K respectivamete. Supodo que estes valores so idepedetes da temperatura, determiar, previo cálculo: a) O setido e que é espotáea a reacció esas codiciós. b) O setido e que é espotáea a reacció a 500 ºC. c) A temperatura á que se alcaza o equilibrio químico. (P.A.U. Set. 03) Rta.: a) ; b) ; c) T e = 190 ºC Datos Cifras sigificativas: 3 Variació de etalpía estádar da reacció Hº = 61,1 kj = 61, J Variació de etropía estádar da reacció Sº = 132,1 J K 1 Temperatura estádar Temperatura do apartado b T = 25 ºC = 298 K T' = 500 ºC = 773 K Setido e que é espotáea a reacció esas codiciós H f º(C 2 H 6 ) Setido e que é espotáea a reacció a 500 ºC H f º(C 2 H 4 ) Temperatura de equilibrio H r º Catidade de sustacia (úmero de moles) Eerxía libre de Gibbs Gº = Hº T S a) Para a reacció: 4 Ag(s) + O 2 (g) 2 Ag 2 O(s) Gº = Hº T Sº = 61,1 [kj] 298 [K] ( 132,1 [J/K]) 10 3 [kj/j] = 104,7 kj = 21,7 kj A reacció é espotáea o setido escrito porque Gº < 0. b) Calculado a variació de eerxía libre de Gibbs a 500 ºC = 773 K Gº = Hº T Sº = 61,1 [kj] 773 [K] ( 132,1 [J/K]) 10 3 [kj/j] = 104,7 kj = 41,0 kj A reacció o é espotáea o setido escrito porque Gº > 0. A reacció é espotáea e setido oposto. c) Cado se alcaza o equilibrio Gº = 0. Para a temperatura de equilibrio 2 Ag 2 O(s) 4 Ag(s) + O 2 (g) Hº T e Sº = 0 T e = Hº / Sº = 61, [J] / 132,1 [J K 1 ] = 463 K = 190 ºC

20 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 20 CUESTIÓNS TERMOQUÍMICA. 1. Para uha reacció química etre gases, que relació existe etre a calor de reacció a volume costate e a variació de etalpía a reacció? Pode ser iguais? Razóeo. (P.A.U. Xuño 02) A calor de reacció a volume costate Q V é igual á variació de eerxía itera da reacció U, xa que, segudo o primeiro pricipio, U = Q + W ode W é o traballo, pero se o volume o varía ( V = 0), o hai traballo: A etalpía é uha fució de estado defiida por: A variació de etalpía, uha reacció química, será: W = p ext V = 0 H = U + p V H = H produtos H reactivos = (U + p V) fial (U + p V) iicial. = U + (p V) Para u gas (supodo comportameto ideal): p V = R T Para uha reacció etre gases a temperatura costate, A relació pedida é: (p V) = R T H = U + RT Pode ser iguais se o hai variació o úmero de moles de gas, como e: 2 HI(g) I 2 (g) + H 2 (g) a que hai a mesma catidade de gas os produtos que os reactivos. ESPONTANEIDADE. 1. De acordo coa ecuació que relacioa a variació de eerxía libre coa variació de etalpía e a variació de etropía, razoar: a) Cado u proceso químico é espotáeo. b) Cado u proceso químico é o espotáeo. c) Cado está e equilibrio. (P.A.U. Xuño 03) A espotaeidade du proceso vé dada polo sigo da etalpía libre (eerxía libre de Gibbs) G. O proceso é espotáeo se G = H T S < 0 sedo H a variació de etalpía do proceso, S a súa variació de etropía e T a temperatura. Será espotáea: (a.1) para u proceso exotérmico H < 0; Para que G = H T S < 0,

21 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 21 Se S < 0, G = H T S = ( ) T ( ). Para que G < 0, H > T S Será espotáeo para temperaturas T < H / S (temperaturas baixas). Se S > 0, G = H T S = ( ) T (+). G < 0. Será espotáeo a calquera temperatura (a.2) para u proceso edotérmico H > 0; Para que G = H T S < 0, Se S < 0, G = H T S = (+) T ( ) > 0 Nuca será espotáeo. Se S > 0, G = H T S = (+) T (+). Para que G < 0, H < T S Será espotáeo para temperaturas T > H / S.(temperaturas altas). (b) Será o espotáea os casos opostos aos do apartado aterior. (c) Atoparase e equilibrio cado G = 0 => H = T S. Para que G = H T S = 0, T = H / S. Para u proceso exotérmico H < 0, só é posible se S < 0 Para u proceso edotérmico H > 0, só é posible se S > 0 Resumido: H S Espotáea No espotáea Equilibrio < 0 (exotérmica) > 0 Sempre Nuca Nuca < 0 (exotérmica) < 0 T < H / S T > H / S T = H / S > 0 (edotérmica) > 0 T > H / S T < H / S T = H / S > 0 (edotérmica > 0 Nuca Sempre Nuca 2. Razoe baixo que codiciós podería ser espotáeos os procesos aos que correspode as seguites variaciós dos seus termos etálpicos e etrópicos: a) H>0; S>0 b) H<0; S<0 c) H<0; S>0 d) H>0; S<0 (P.A.U. Set. 00) Rta.: a) T altas; b) T baixas; c) Sempre; d) Nuca Ver exercicio de Xuño Podería dicirse que uha reacció cuha variació de etalpía egativa é espotáea? Xustifíqueo. (P.A.U. Xuño 02) Rta.: a T baixas Ver exercicio de Xuño Explique brevemete por que moitas reacciós edotérmicas trascorre espotaeamete a altas temperaturas. (P.A.U. Xuño 07) O criterio de espotaeidade duha reacció química vé dado polo sigo da etalpía libre ou eerxía libre de Gibbs G: G = H T S ode H é a variació de etalpía do proceso e S a variació de etropía. U proceso é espotáeo si G < 0. Se a reacció é edotérmica, H > 0

22 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 22 polo que se a temperatura é moi baixa, o segudo termo apeas iflúe e G > 0 que idica que o proceso o será espotáeo. Pero se a variació de etropía do proceso é positiva, e a temperatura o suficietemete alta para que T S > H sería G < 0 e o proceso sería espotáeo. LABORATORIO 1. Explica detalladamete como calcularías o laboratorio a calor de disolució de NaOH(s) e auga. Calcúlao (a p e T do laboratorio) supodo uha masa de NaOH de 5 g que se disolve e 900 cm 3 u calorímetro cu equivalete e auga de 13 g. O aumeto da temperatura da auga foi de 1 ºC. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/(g ºC); desidade(h 2O) = 1,0 g cm 3 (P.A.U. Set. 97) Rta.: a) H d º = 30 kj / mol NaOH Nuha probeta de cm 3, mídese 900 cm 3 de auga e vértese u calorímetro. Espérase us miutos e mídese a temperatura cu termómetro. Nuha balaza graataria, pésase u vidro de reloxo, e, cu variña, bótase letellas de NaOH ata que a súa masa aumete 5 g. Rapidamete (para evitar a hidratació e carboatació do NaOH) bótase o hidróxido de sodio o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo e réstase do valor iicial da temperatura da auga. Ao ser o calorímetro u sistema illado, o proceso é adiabático, e Q (cedida a disolució) + Q D (gaada pola disolució) + Q C (gaada polo calorímetro) = 0 A calor Q D gaada pola disolució é aproximadamete igual á gaada pola auga: Q D = m(auga) c e (auga) t = (900) g 4,18 J/(g ºC) 1 ºC = 3, J A calor Q C gaada polo calorímetro calcúlase de forma aáloga, usado o equivalete e auga do calorímetro. Q C = m(equivalete e auga) c e (auga) t = 13 g 4,18 J/(g ºC) 1 ºC = 54 J que é desprezable frote á da auga. Δ H d o = 3,8 103 J 5 g NaOH Q (cedida a disolució) = 3, J 1 kj 10 3 J 40 g NaOH = 30 kj/ mol NaOH 1 mol NaOH Aálise: Os valores so bastate diferetes e exercicios aálogos, polo que hai que supor que os datos dalgú deles so erróeos. 2. Para calcular o laboratorio la etalpía de disolució do NaOH(s) disólvese 2,0 g de NaOH e 500 ml de auga u calorímetro que te u equivalete e auga de 15 g, producídose u aumeto de temperatura de 1,0 C. a) Explique detalladamete o material e procedemeto empregados. b) Cal é a etalpía de disolució do NaOH? Datos: Calor específica(auga) Calor específica(disolució) = 4,18 J/(g ºC); desidade(auga) = 1 g/cm 3 (P.A.U. Xuño 13)

23 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 23 Rta.: b) H d º(NaOH) = 43 kj / mol NaOH Nuha probeta de 5 00 cm 3, se mide 500 cm 3 de auga e vértese u calorímetro. Espérase us miutos e mídese a temperatura cu termómetro. Nuha balaza graataria, pésase u vidro de reloxo, e, cu variña, bótase letellas de NaOH ata que a súa masa aumete 2,0 g. Rapidamete (para evitar a hidratació e carboatació do NaOH) bótase o hidróxido de sodio o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo e réstase do valor iicial da do auga. Ao ser o calorímetro u sistema illado, o proceso é adiabático, e A masa de auga é: Q (cedido a disolució) + Q D (gado pola disolució) + Q C (gado polo calorímetro) = 0 m(auga) = 500 cm 3 1,00 g/cm 3 = 500 g auga A calor Q D gañado pola disolució é aproximadamete igual ao gado polo auga: Q D = m(auga) c e (auga) t = 500 g 4,18 J/(g ºC) 1 ºC = 2, J A calor Q C gañado polo calorímetro calcúlase de forma aáloga, usado o equivalete e auga do calorímetro. Q C = m(equivalete e auga) c e (auga) t = 15 g 4,18 J/(g ºC) 1 ºC = 63 J Q (cedido a disolució) = -(2, J + 63 J) = -2, J Δ H d o = 2, J 2,0 g NaOH 1 kj 10 3 J 40 g NaOH = 43 kj / mol NaOH 1 mol NaOH 3. Describa o procedemeto que seguiría para determiar, de forma aproximada, a calor de disolució do hidróxido de sodio e auga, idicado o material que utilizaría. Se ao disolver 1,2 g de NaOH(s) e 250 g de auga o icremeto de temperatura da disolució é 1,24 ºC, calcule a calor molar de disolució do hidróxido de sodio. DATO: C e(disolució) = 4,18 J/(g ºC) (P.A.U. Set. 96) Rta.: H d º(NaOH) = 43 kj / mol NaOH Véxase a cuestió de Set Explique detalladamete como se pode calcular o laboratorio a calor de disolució de NaOH(s) e auga. Faga u cálculo da calor de disolució (a p e T do laboratorio) supodo uha masa de NaOH de 2 g que se disolve e 450 cm 3 u calorímetro cu equivalete e auga de 15 g. O aumeto da temperatura da auga foi de 1,5 ºC. DATOS: C e(h 2O) = 4,18 J/(g ºC); desidade(h 2O) = 1,0 g cm 3 (P.A.U. Xuño 98) Rta.: H d º(NaOH) = 58 kj/mol NaOH Véxase a cuestió de Set Describa o procedemeto para calcular o laboratorio a calor de disolució de NaOH(s) e auga. Faga o cálculo da calor de disolució (a p e T do laboratorio) supodo uha masa de hidróxido de sodio de 1,8 g que se disolve e 400 cm 3, u calorímetro o que o equivalete e auga é de 12 g. O icremeto da temperatura da auga foi 1,2 ºC. Datos: C e(disolució) = C e(auga); C e(auga) = 4,18 J/(g ºC). Desidade da auga = 1 g/cm 3. (P.A.U. Xuño 99) Rta.: H d º(NaOH) = 46 kj/mol Véxase a cuestió de Set. 97

24 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA Describe o procedemeto para calcular o laboratorio a calor de disolució do NaOH(s) e auga. Eumera o material e a forma de realizar os cálculos. (P.A.U. Set. 00 e Xuño 01) Véxase a cuestió de Set Explique detalladamete como se pode determiar o laboratorio a calor de disolució de KOH(s) e auga. Efectúe o cálculo (á presió e temperatura de laboratorio) supodo uha masa de hidróxido de potasio de 4,5 g que se disolve e 450 cm 3 u calorímetro que te u equivalete e auga de 15 g. O icremeto da temperatura é de 2,5 ºC. Datos: Calor específica da auga: 4,18 J/(g ºC) e desidade da auga: 1 g/cm 3. (P.A.U. Set. 05) Rta.: 61 kj/mol. Procedemeto: Nuha probeta de 500 cm 3, mídese 450 cm 3 de auga e vértese u calorímetro. Espérase us miutos e mídese a temperatura cu termómetro. Nuha balaza graataria, pésase u vidro de reloxo, e, cu variña, bótase o KOH ata que a súa masa aumete 4,5 g. Rapidamete (para evitar a hidratació e carboatació do KOH) bótase o hidróxido de potasio o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo e réstase do valor iicial da da auga. Cálculos: masa de auga = 450 dm 3 1,00 g/cm 3 = 450 g auga Ao ser o calorímetro u sistema illado, o proceso é adiabático, e Q (cedida a disolució) + Q D (gaada pola disolució) + Q C (gaada polo calorímetro) = 0 A calor Q D gaada pola disolució é aproximadamete igual á gaada pola auga. Q D = m(auga) c e (auga) t = (450) g 4,18 J/(g ºC) 2,5 ºC = 4, J A calor Q C gaada polo calorímetro calcúlase de forma aáloga, usado o equivalete e auga do calorímetro. Q C = m(equivalete e auga) c e (auga) t = (15) g 4,18 J/(g ºC) 2,5 ºC = 1, J Q (cedida a disolució) = (4, , ) J = 4, J Δ H d o = 4,9 103 J 4,5 g KOH 1 kj 10 3 J 56 g KOH = 61 kj /mol KOH 1 mol KOH 8. a) Idique o procedemeto que se debe seguir e o material utilizado para determia-la etalpía de disolució do NaCl, se ao disolver 0,2 moles da devadita substacia e 500 ml de auga se produce u icremeto de temperatura de 2 ºC. b) Cal será o valor da etalpía de disolució do composto expresado e J/mol? Datos: Calor específica(auga) Calor específica(disolució) = 4,18 J/(g ºC); desidade(auga) = 1 g/cm 3 (P.A.U. Xuño 11) Rta.: b) Hº d = J/mol Material: Calorímetro de cm 3 : recipiete illado (como u termo) Probeta de 500 cm 3. Tubo cilídrico graduado e cm 3 co base de apoio. Termómetro. Balaza.

25 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 25 Vidro de reloxo Axitador. Variña de vidro. Procedemeto: Nuha probeta de 500 cm 3, mídese 500 cm 3 de auga e vértese u calorímetro. Mídese a temperatura cu termómetro. 58,5 g NaCl Nuha balaza pésase: 0,2 mol NaCl =12 g NaCl sobre u vidro de reloxo. 1 mol NaCl Bótase o cloruro de sodio o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo. Baléirase o calorímetro e lávase. Cálculos: Ao ser o calorímetro u sistema illate (adiabático), o itercambia calor co etoro. Calor gaada pola disolució e o calorímetro + calor despredida o proceso de disolució = 0 Supodo que a calor absorbida polo soluto e o calorímetro so desprezables frote á calor gaada pola auga Q D = - m(auga) c e (auga) t = 500 g 4,18 J/(g ºC) 2 ºC = J Δ H o d = J = J / mol 0,2 mol Aálise: Se ao botar 12 g de sal e auga a temperatura subise 2 ºC habería que sospeitar que a substacia o era NaCl ou habería que tirar co termómetro, porque a disolució de sal e auga o desprede calor. 9. Quérese determiar a H do proceso de disolució du composto ióico AB. Idique o procedemeto a seguir e o material a utilizar. Se ao disolver 0,2 moles da devadita substacia e 500 cm 3 de auga se produce u icremeto de temperatura de 2 ºC. Cal será o valor de H, e J/mol, para o devadito proceso de disolució? Datos: C e(disolució) = C e(auga) = 4,18 J/(g ºC) desidade da auga = 1 g/ cm 3 e masa de disolució = masa da auga. (P.A.U. Xuño 02 e Set. 07) Rta.: H d º = J/mol Nuha probeta de 500 cm 3, se mide 500 cm 3 de auga e vértese u calorímetro. Espérase us miutos e mídese a temperatura cu termómetro. Nuha balaza graataria, tárase u vidro de reloxo, e, cu variña, bótase a masa do composto ióico AB que correspode aos 0,2 moles. Bótase o sólido ióico o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo e réstase do valor iicial da da auga. Ao ser o calorímetro u sistema illado, o proceso é adiabático, e Q (cedida a disolució) + Q D (gaada pola disolució) + Q C (gaada polo calorímetro) = 0 A calor Q D gaada pola disolució é aproximadamete igual á gaada pola auga: Q D = m(auga) c e (auga) t = 500 g 4,18 J/(g ºC) 2 ºC = 4, J A calor Q C gaada polo calorímetro supose desprezable Q (cedida a disolució) = 4, J Δ H o d = 4,2 103 J = J / mol AB 0,2 mol 10. Idique, cu exemplo, como determiaría o laboratorio a calor de eutralizació du ácido forte cuha base forte, facedo referecia ao pricipio, material, procedemeto e cálculos. (P.A.U. Xuño 05)

26 Química P.A.U. TERMOQUÍMICA 26 Pricipio: Coservació da eerxía Ao ser o calorímetro u sistema illado, o proceso é adiabático, e Q (cedida a eutralizació) + Q D (gaada pola disolució) + Q C (gaada polo calorímetro) = 0 Material: Calorímetro de 250 cm 3 Probeta de 100 cm 3 Termómetro Axitador Reactivos: HCl 1,0 mol/dm 3 NaOH 1,0 mol/dm 3 Procedemeto: Nuha probeta de 100 cm 3, mídese 100 cm 3 de disolució de HCl 1,0 mol/dm 3 e vértese u calorímetro. Mídese a temperatura cu termómetro. t 1 =16,8 ºC. Lávase a probeta e mídese 100 cm 3 de disolució de NaOH 1,0 mol/dm 3. Mídese a súa temperatura que debería ser a mesma que a da disolució de HCl xa que está ambas á temperatura do laboratorio. Bótase a disolució de hidróxido de sodio o calorímetro e axítase cuha variña, comprobado a temperatura. Aótase o valor máximo. t 2 = 23,3 ºC Baléirase o calorímetro e lávase. Cálculos: Facedo as aproximaciós: 1 As calores específicas de todas as disoluciós é o mesmo que o da auga. c = 4,18 J g 1 (ºC) As desidades das disoluciós so iguais á da auga. d = 1,0 g/cm 3 A calor Q C gaada polo calorímetro é desprezable. Q C = 0 A masa de cada disolució calcúlase: A calor Q D gaada pola disolució é: Na reacció: m(disolució) = V(disolució) ρ = 200 cm 3 1,0 g/cm 3 = 200 g Q D = m(disolució) c e (disolució) t = (200) g 4,18 J g 1 (ºC) 1 (23,3 16,8) ºC = 5, J Q (cedida a eutralizació) + Q D (gaada pola disolució) + Q C (gaada polo calorímetro) = 0 que se pode escribir e forma ióica: reaccioa: co Polo que a etalpía de reacció é: Q (cedida a eutralizació) = 5, J HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) H + (aq) + OH (aq) H 2 O(l) (HCl) = 0,100 dm 3 1,0 mol HCl / dm 3 = 0,10 mol HCl (NaOH) = 0,100 dm 3 1,0 mol HCl / dm 3 = 0,10 mol HCl Δ H o = 5,4 103 J = 54 J/ mol 0,10 mol