03. termoquimica

7/31/2019 03. TERMOQUIMICA

1/34

97

TEMA 3.TERMOQUMICA

1. Calcula a variacin de enerxa interna dun gas nos seguintes casos:a) Se absorbe unha calor de 100 J e realiza un traballo de 75 J.b) Se desprende 200 J en forma de calor e realiza un traballo de 0,1 kJ.Resolucin:

a) A calor absorbida positiva e o traballo realizado polo sistema negativo. Segundo o primeiroprincipio da termodinmica:U = q + W= 100 75 = 25 J

b) A calor desprendida negativa e o traballo realizado polo sistema tamn; entn, segundo o primeiroprincipio:U = q + W= 200 100 =300 J

2. Calcula o traballo realizado cando se comprime un gas desde un volume de 5,0 dm3 at outro de2,0 dm

3

, baixo unha presin constante de 104

Pa. Cal foi a variacin de enerxa interna neseproceso, se a calor que se desprende no proceso serviu para incrementar a temperatura de 10 g deauga en 0,5 C? Dato: ce(auga) = 4 180 J kg

1 K1.

Resolucin:

Imos calcular o traballo, empregando unidades do S.I. para que o resultado estea en joules:

W= P V

V = VVo = 2 5 = 3 dm3 = 3103 m3

W= 104 (3103) = 30 J

Para calcular a variacin de enerxa interna do proceso necesitamos coecer, ademais do traballo, a calor

que se intercambiou no proceso. Se a calor desprendida polo gas serviu para incrementar a temperaturade 10 g de auga en 0,5 C, podemos calcular esta calor. Empregando unidades do S.I.:

q= m ce T= 0,010 4180 0,5 = 21 J

A auga absorbeu unha calor de 21 J, que desprendeu o gas:

qcedida = qabsorbida

qcedida = 21 J

Agora, podemos calcular a variacin de enerxa interna:

U = q + W= 21 + 30 = 9 J

3. Na combustin, a volume constante, de 3 gramos de cido tartrico (cido 2,3-dihidroxibutanodioico), slido, a 25 C, desprndense 23,7 kJ. Calcula a calor de combustin apresin constante e mesma temperatura. Dato: a auga obtida na combustin est en estadolquido.

Resolucin:

Comezamos por formular o cido tartrico e escribir a ecuacin da sa combustin.

cido tartrico ou cido 2,3-dihidroxibutanodioico : HOOC CHOH CHOH COOH

C4H6O6(s) + 5/2 O2(g) 4 CO2(g) + 3 H2O(l)

Coecemos a calor de combustin a volume constante para 3 g de cido tartrico, entn podemoscoecer esta calor para un mol do composto:

Mr(C4H6O6) = 12 4 + 1 6 + 16 6 = 150


2/34

98

qv= kJ/mol1851mol1

cidog150

cidog3

kJ23,7=

-

Observando a ecuacin do proceso, vemos que, cando arde un mol de cido tartrico, hai 4 moles de gasnos produtos e 2,5 moles de gas nos reactivos, entn a variacin de nmero de moles de gas no proceso:

n = n no = 4 2,5 = 1,5 molPara calcular a calor a presin constante, debemos ter coidado de expresarR en unidades adecuadas;neste caso empregamosR = 8,31103 kJ/mol K, xa que imos utilizar o kJ como unidade para a calor.

qp = qv + n R T= 1185 + 1,5 8,31103 298 = 1181 kJ/mol

4. Dada a seguinte ecuacin: 2 HCl(g) + 1/2 O2 (g) Cl2(g) + H2O(g) H< 0. Indica, de formarazoada, se a igual temperatura Hpara o proceso ser maior, menor ou igual que U.

Resolucin:

A relacin entre a variacin de entalpa e a variacin de enerxa interna vn dada por:

U = H

n R T

Observando a ecuacin do proceso, podemos calcular a variacin do nmero de moles de gas:

n = 2 2,5 = 0,5 mol

Como n < 0 e R e T sempre son positivas, o termo n R Tser positivo. Entn, a variacin deenerxa interna ser numericamente maior que a variacin de entalpa do proceso, pero como negativa(H< 0), o valor absoluto de User menor que o da variacin de entalpa. Entn:

Hser maior, en valor absoluto, que U.

5. Dada a ecuacin termoqumica: 2 C6H6(l) + 15 O2(g) 12 CO2(g) + 6 H2O(g) H < 0. Indica, deforma razoada, se a igual temperatura a enerxa liberada en forma de calor a volume constante maior, menor ou igual que a liberada a presin constante.

Resolucin:

Como qp = H e H < 0, a calor a presin constante ser negativa. A relacin entre a calor a presinconstante e a calor a volume constante vn dada por:

qv = qpn R T

Se observamos a ecuacin do proceso, podemos calcular a variacin do nmero de moles de gas:

n = 12 + 6 15 = 3

n > 0, entn o termo n R Tser negativo e a calor a volume constante ser numericamente menor

que a calor a presin constante, pero como negativa, o valor absoluto da calor a volume constante sermaior que o da calor a presin constante. dicir, a enerxa liberada en forma de calor a volumeconstante maior que a liberada a presin constante. A razn que, cando a reaccin se realiza a

presin constante, parte da calor desprendida se emprega no traballo de expansin (aumento de volume).

6. Se a entalpa de formacin en condicins estndar do trixido de xofre gasoso 395,2 kJ/mol.Calcula a variacin de enerxa interna asociada a ese proceso nesas condicins.

Resolucin:

Segundo os datos que temos:S(s) + 3/2 O2(g) SO3(g) kJ/mol2,395= ofH

U =

H

n R TObservando a variacin de moles de gas na ecuacin do proceso:n = 1 3/2 = 1/2 mol


3/34

99

Substitundo:U = 395,2 (1/2) 8,31103 298 = 394 kJ

=ofU 394 kJ/mol

7. Sinala se son verdadeiras ou falsas as seguintes afirmacins:

a) O traballo unha funcin de estado.b) Cando un gas se expande contra o baleiro, o traballo que realiza nulo.c) A variacin de enerxa interna dun proceso depende, non s dos estados inicial e final, senn

tamn do tipo de transformacin efectuada.d) Nun proceso exotrmico H< 0.e) A lei de Hess basase en que a entalpa unha funcin de estado.f) Un sistema non pode absorber calor sen que aumente a sa enerxa interna.g) A presin e a densidade son propiedades intensivas dun sistema.Resolucin:

a) Falsa. O traballo non unha funcin de estado, porque depende das etapas polas que transcorra oproceso, non s do estado inicial e final.

b) Verdadeira. Cando un gas se expande contra o baleiro, non necesita vencer ningunha forza, e se aforza nula non realiza traballo.c) Falsa. A enerxa interna unha funcin de estado, entndepende s dos estados inicial e final, nondo tipo de transformacin efectuada.d) Verdadeira. Nun proceso exotrmico desprndese calor; polo tanto, a calor negativa. Como Hcoincide coa calor a presin constante, tamn ser negativa: H< 0.e) Verdadeira.f) Falsa. A variacin de enerxa interna depende da calor e do traballo. Se o sistema absorbe calor, aenerxa interna pode aumentar ou non, dependendo de se o sistema realiza traballo.g) Verdadeira. A presin e a densidade son propiedades intensivas, porque non dependen da cantidadede materia do sistema.

8. A reaccin qumica A(g) + B(g) C(g) realzase nun recipiente pechado (volume constante). Acalor posta en xogo nesta reaccin equivale a: a) A variacin de enerxa interna do sistemareaccionante. b) A variacin de entalpa deste sistema. c) A calquera das das, xa que ambaspresentan o mesmo valor. Comenta as tres afirmacins anteriores, indicando a sa validez ou a sainvalidez, xustificando as respostas. (Selectividade COU. Set-91)

Resolucin:

a) A resposta valida sempre: a calor a volume constante equivale variacin de enerxa interna dosistema reaccionante.b) A calor a volume constante equivale variacin de enerxa interna do sistema reaccionante, e arelacin entre a variacin de enerxa interna e a variacin de entalpa dun sistema gasoso :

U=

H

n R TEntn, a resposta s vlida no caso de non haber variacin de nmero de moles de gas e que, polotanto, coincidan a variacin de entalpa coa de enerxa interna. Neste caso hai dous moles de gas nosreactivos e un mol de gas nos produtos; polo tanto, hai variacin de nmero de moles de gas: aafirmacin invlida.

c) Polo razoamento que vimos no apartado anterior, a resposta s vlida no caso de non habervariacin de nmero de moles de gas e que, polo tanto, coincidan a variacin de entalpa coa deenerxa interna. Como xa dixemos, non coinciden: a afirmacin invlida.

9. Na reaccin do gas hidrxeno con iodo gasoso para producir ioduro de hidrxeno gasoso, poderasdicir se diferir moito o valor da variacin de entalpa e o da variacin de enerxa interna do

proceso a unha determinada temperatura?Resolucin:

O proceso do que se nos fala :


4/34

100

H2(g) + I2(g) 2 HI(g)

U = Hn R T

Se observamos a ecuacin do proceso, vemos que non hai variacin de nmero de moles de gas (n = 0);entn, o valor da variacin de entalpa e o da variacin de enerxa interna do proceso a unha determinadatemperatura sern iguais:

U = H

10.O apagado do cal vivo (xido de calcio slido) consiste na sa reaccin coa auga lquida dandolugar formacin de hidrxido de calcio slido. Cando se apagan 250 kg de cal vivo, desprndense291,1 kJ, a presin constante. Calcula a entalpa do proceso e escribe a ecuacin termoqumica queo representa.

Resolucin:

Como coecemos a calor desprendida no apagado de 250 kg de cal vivo podemos calcular a que sedesprende no apagado de 1 mol, que a entalpa do proceso:

Mr(CaO) = 40,1 + 16,0 = 56,1

==CaOdemol1CaOdeg1,56

kJ1J1000

g1000kg1

CaOdekg250kJ1,291H 65,3 J/mol

A ecuacin termoqumica do proceso ser:

CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(s) H = 65,3 J/mol

11.Calcula a calor de formacin do metano (gas) a partir dos datos:C(s) + O2(g) CO2(g) H1 = 393,5 kJH2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H2 = 285,8 kJCH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l) H3 = 890,2 kJ

Resolucin:

A ecuacin de formacin do metano, para a que queremos calcular a entalpa (calor a presin constante) :

C(s) + 2 H2(g)CH4(g) Hf= ?

Podemos obter esta ecuacin a partir das que temos como datos: a primeira mis a segunda multiplicadapor dous menos a terceira (sumando a inversa):

C(s) + O2(g) CO2(g)

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)

CO2(g) + 2 H2O(l) CH4(g) + 2 O2(g)

C(s) + 2H2(g)CH4(g)

Segundo a lei de Hess, a entalpa da ecuacin obtida obtense combinando do mesmo xeito as entalpasdas ecuacins que tiamos como datos:

Hf= H1+ 2 H2H3= 393,5 + 2 (285,8) (890,2) = 74,9 kJ/mol

Outro xeito de resolver este exercicio expresar a entalpa de combustin do metano en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:

CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

Hc = Hf(CO2) + 2 Hf(H2O) Hf(CH4)

Nesta relacin, o nico valor descoecido a entalpa de formacin do metano, o que nos permitecalculala:

890,2 = 393,5 + 2 (285,8) Hf(CH4)

Hf(CH4) = 393,5 + 2 (285,8) + 890,2 = 74,9 kJ/mol


5/34

101

12.Calcula a calor de formacin do xido de cinc a partir dos seguintes datos:H2SO4(ac) + Zn(s) ZnSO4(ac) + H2(g) H1= 334,8 kJ2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H2 = 571,6 kJH2SO4(ac) + ZnO(s) ZnSO4(ac) + H2O(l) H3 = 211,2 kJ

Resolucin:

A ecuacin de formacin do xido de cinc para a que queremos calcular a entalpa :

Zn(s) + 1/2 O2(g)ZnO(s) Hf= ?

Podemos obter esta ecuacin a partir das que temos como datos: a primeira mis a segunda multiplicadapor un medio menos a terceira (sumando a inversa).

H2SO4(ac) + Zn(s) ZnSO4(ac) + H2(g)H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l)ZnSO4(ac) + H2O(l)H2SO4(ac) + ZnO(s)Zn(s) + 1/2 O2(g)ZnO(s)

Segundo a lei de Hess, a entalpa da ecuacin obtida obtense combinando do mesmo xeito as entalpasdas ecuacins que tiamos como datos:

Hf= H1+ 1/2 H2H3= 334,8 + 1/2 (571,6) (211,2) = 409 kJ/mol

13.A entalpa de formacin do octano lquido vale 252 kJ/mol. As entalpas estndar de combustindo carbono (grafito) para formar CO2 (gas) e do hidrxeno (gas) para formar auga (lquida) son

393,5 e 285,8 kJ/mol, respectivamente. Calcula a cantidade de calor desprendida na combustincompleta de 10 g de octano.

Resolucin:

Para calcular a cantidade de calor desprendida na combustin de 10 g de octano, temos que calcularprimeiro a entalpa de combustin do octano. Escribimos a ecuacin para a combustin do octano:

C8H18(g) + 25/2 O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O(l) H= ?

Podemos expresar a entalpa de combustin do octano en funcin das entalpas de formacin de produtose reactivos:

H = 8 of

H (CO2) + 9 o

fH (H2O)

o

fH (C8H18)

A combustin de carbono para formar CO2 (gas) a formacin de CO2(g) e a combustin do hidrxeno(gas) para formar auga (lquida) a formacin de H2O(l), entn temos todos os datos que necesitamos

para calcular a entalpa de combustin do octano en condicins estndar:

H = 8 (393,5) + 9 (285,8) (252) = 5468 kJ/mol

Chegariamos ao mesmo resultado, combinando as ecuacins dos datos para obter a de combustin.

Coecida a calor desprendida na combustin de 1 mol, podemos calcular a calor desprendida nacombustin de 10 g:

Mr(C8H18) = 8 12 + 18 1 = 114

=

188188

188188

HCdemol1

kJ5468

HCdeg114

HCdemol1HCdeg10 480 kJ

14.As entalpas de formacin estndar do etano gas, dixido de carbono gas e auga lquida son 84,7,393,5 e 285,8 kJ/mol, respectivamente. Calcula a calor desprendida na combustin completa de

60 g de etano.

Resolucin:

Para calcular a cantidade de calor desprendida na combustin de 60 g de etano, temos que calcularprimeiro a entalpa de combustin do etano. Escribimos a ecuacin para a combustin do etano:


6/34

102

C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l) H= ?

Podemos expresar a entalpa de combustin do etano en funcin das entalpas de formacin de produtose reactivos:

H = 2 of

H (CO2) + 3 o

fH (H2O)

o

fH (C2H6)

Substitundo:

H = 2 (393,5) + 3 (285,8) (84,7) = 1560 kJ/mol

Chegariamos ao mesmo resultado, combinando as ecuacins dos datos para obter a de combustin.

Coecida a calor desprendida na combustin de 1 mol de etano, podemos calcular a calor desprendida nacombustin de 60 g:

Mr(C2H6) = 2 12 + 6 1 = 30

=

6262

6262

HCdemol1

kJ1560

HCdeg03


15.Calcula a partir das seguintes reaccins:I2(g) + H2(g) 2 HI(g) + 0,80 kcalI2(s) + H2(g) 2 HI(g) 12,0 kcalI2(s) + H2(g) 2 HI(ac) + 26,8 kcala) A calor latente molar de sublimacin do iodob) A calor molar de disolucin do ioduro de hidrxeno.Resolucin:

Para poder empregar a lei de Hess, expresamos as calores de reaccin como entalpas (supoendopresin constante):I2(g) + H2(g) 2 HI(g) Ha = 0,80 kcalI2(s) + H2(g) 2 HI(g) Hb = 12,0 kcalI2(s) + H2(g) 2 HI(ac) Hc = 26,8 kcala) A calor latente molar de sublimacin do iodo a calor posta en xogo cando 1 mol de iodo slido se

sublima convertndose en iodo gasoso:I2(s) I2(g)

Podemos obter esta ecuacin a partir das que temos como datos: sumando a inversa da primeira misa segunda:

2 HI(g) I2(g) + H2(g)I2(s) + H2(g) 2 HI(g)

I2(s) I2(g)

Segundo a lei de Hess, obtemos a entalpa da ecuacin obtida, combinando do mesmo xeito asentalpas:

H = Ha + Hb = (0,80) + 12,0 = 12,8 kcal/mol

b) A calor molar de disolucin do ioduro de hidrxeno a calor posta en xogo cando se disolve 1 molde ioduro de hidrxeno gasoso en suficiente disolvente:HI(g) HI(ac)

Podemos obter esta ecuacin a partir das que temos como datos: a inversa da metade da segundamis a metade da terceira:

HI(g) 1/2 I2(s) + 1/2 H2(g)1/2 I2(s) + 1/2 H2(g) HI(ac)HI(g)HI(ac)


7/34

103

Segundo a lei de Hess, obtemos a entalpa da ecuacin obtida, combinando do mesmo xeito asentalpas:

H = 1/2 Hb + 1/2 Hc = 1/2 (12,0) + 1/2 (26,8) = 19,4kcal/mol16.A combustin, a presin atmosfrica, de 1 gramo de metano, con formacin de CO2(g) e H2O(g),

libera 50 kJ. a) Cal o valor de H para a reaccin: CH4(g) + 2 O2(g) CO 2(g) + 2 H 2O(g)?

b) Se Hfo

(CO2(g)) = 394 kJ/mol e Hfo

(H2O(g)) = 242 kJ/mol, determina o valor de Hfo

dometano. (Selectividade COU. Set-91)

Resolucin:

a) CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)Coecemos a calor desprendida na combustin de 1 gramo de metano, da que calculamos a calordesprendida na combustin de 1 mol deste que, a presin constante, a entalpa da reaccin decombustin:

Mr(CH4) = 12 + 4 1 = 16

=

=

4

4

4 CHdemol1

CHdeg61

CHdeg1

kJ50H

800 kJ/mol

b) Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do metano en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(g)

H = Hf

o (CO2) + 2 Hfo (H2O) Hf

o (CH4)

Supoendo que a entalpa de combustin do apartado anterior corresponde s condicins estndar, onico valor descoecido a entalpa estndar de formacin do metano:

800 = 394 + 2 (242) Hf

o (CH4)

Hfo (CH4) = 394 + 2 (242) + 800 = 78 kJ/mol17.Por combustin de 1,17 gramos de hidrocarburo, CxHy, obtense 3,96 gramos de dixido de

carbono e 0,81 gramos de auga, obtndose unha calor pola sa combustin en condicins normaisde 49,04 kJ. Se se determinou experimentalmente que a masa molecular do hidrocarburo 78.Calcula: a) Frmula emprica e molecular. b) Escribe a ecuacin de combustin completaaxustada, expresando a sa entalpa de combustin. c) A calor de formacin dese hidrocarburo encondicins normais. Nota: Consulta na tboa 3-1 (px. 147) os datos das entalpas normais deformacin do H2O(l) e do CO2(g). (Selectividade COU. Xu-96)

Resolucin:

a) A partir das cantidades dos produtos que resultan da combustin do hidrocarburo, podemos calculara cantidade de carbono e hidrxeno que hai nos 1,17 g que se queimaron:

CxHy + O2 (en exceso) x CO2 +2

yH2O

Cando remata a combustin, todo o carbono que haba no hidrocarburo se atopa no CO2 e todo ohidrxeno est na auga. Calcularemos os moles destes elementos que hai nos produtos dacombustin, que son os que hai nos 1,17 g de hidrocarburo. A relacin entre estes moles dnos afrmula emprica:

Mr(CO2) = 12 + 16 2 = 44

Mr(H2O) = 1 2 + 16 = 18

Cdemol09,0COdemol1

Cdemol1

COdeg44

COdemol1COdeg96,3

22

22 =


8/34

104

1Cdemol0,09

Hdemol0,09:Dividindo

Hdemol09,0OHdemol1

Hdemol2

OHdeg18

OHdemol1OHdeg81,0

22

22

=

=

Hai o mesmo nmero de moles de carbono que de hidrxeno, entn a frmula emprica CH.

Podemos calcular a frmula molecular, xa que coecemos a masa molecular do hidrocarburo,Mr= 78.

A frmula molecular ten que ser un mltiplo da frmula emprica tal que a sa masa molecularcoincida coa que sabemos:

Mr(CH) n =Mr

(12 + 1) n = 78

n = 6

A frmula molecular contn seis veces a emprica. A frmula molecular do hidrocarburo C6H6.

b) A partir da calor desprendida na combustin de 1,17 g do hidrocarburo, podemos coecer a calordesprendida na combustin de 1 mol deste que, en condicins estndar, ser a entalpa normal da

reaccin de combustin:Mr(C6H6) = 78

=

=

66

66

66 HCdemol1

HCdeg87

HCdeg1,17

kJ04,49H 3269 kJ/mol

Ecuacin termoqumica da combustin deste hidrocarburo:

C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l) H = 3269 kJ/mol

c) Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do hidrocarburo en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(l)

H = 6 Hf


o (C6H6)

O nico valor descoecido nesta expresin a entalpa estndar de formacin do hidrocarburo, entnpodemos calculala:

3269 = 6 (393,5) + 3 (285,8) Hf

o (C6H6)

Hf

o (C6H6) = 6 (393,5) + 3 (285,8) + 3269 = 50,6 kJ/mol

18.Tendo en conta as entalpas estndar de formacin da tboa 3-1 (px. 147), calcula a variacin deentalpa en condicins estndar que lle corresponde reaccin: CaCO3(s) CaO(s) + CO 2(g).Que cantidade de calor se necesita para descompoer 6 toneladas de pedra calcaria do 85% deriqueza?

Resolucin:

Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa desta reaccin en funcin das entalpas de formacinde produtos e reactivos:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

H = Hf

o (CaO) + Hf

o (CO2) Hfo (CaCO3)

H = 635,1 + (393,5) (1206,9) = 178,3 kJ/mol

O resultado obtido para esta entalpa positivo; entn, o proceso endotrmico e haber que comunicarcalor para descompoer o carbonato de calcio: 178,3 kJ para descompoer un mol deste. Segundo isto,podemos calcular a cantidade de calor necesaria para descompoer 6 toneladas (6106 g) de pedra calcaria:


9/34

105

Mr(CaCO3) = 40 + 12 + 16 3 = 100

=

33

336

CaCOdemol1

kJ3,178

CaCOdeg100

CaCOdemol1

pedradeg100

CaCOdeg85pedradeg106 9,09106 kJ

19.Sabendo que a entalpa de combustin da propanona H = 1787,2 kJ/mol e que a auga obtidana combustin est en estado lquido, calcula a entalpa normal de formacin da propanona, apartir dos datos da tboa 3-1 (px. 147).

Resolucin:

Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin da propanona en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:

C3H6O(l) + 4 O2(g) 3 CO2(g) + 3 H2O(l)

H = 3 Hf


o (C3H6O)

O nico valor descoecido nesta expresin a entalpa estndar de formacin da propanona; entn,podemos calculala:

1787,2 = 3 (393,5) + 3 (285,8) Hf

o (C3H6O)

Hf

o (C3H6O) = 3 (393,5) + 3 (285,8) + 1787,2 = 250,7 kJ/mol

20.A partir das enerxas medias de enlace (tboa 3-2, px. 151), calcula a entalpa de formacin daauga en estado gasoso e condicins estndar. Nota: Ten en conta que o enlace entre os dous tomosque forman a molcula de osxeno dobre.

Resolucin:

Observamos a ecuacin do proceso:

H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g)Vemos que na reaccin se rompen un mol de enlaces HH e medio mol de enlaces O=O e se formandous enlaces HO, polo tanto:

H formados)(enlacesrotos)(enlaces= oo HHor

Hf

o (H2O) = H (HH) + 1/2 H (O=O) 2 H (HO) = 436 + 1/2 494 2(460) = 237 kJ/mol21.Estima a variacin de entalpa normal das seguintes reaccins gasosas, empregando os valores das

enerxas medias de enlace da tboa 3-2 (px. 151):CH3OH(g) + HCl(g)CH3Cl(g) + H2O(g)

CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)

Resolucin:

Para a primeira reaccin: CH3OH(g) + HCl(g) CH3Cl(g) + H2O(g), imos representar os enlaces rotose formados:H3COH + HCl H3CCl + HOH

H formados)(enlacesrotos)(enlaces= oo HHorH = H (CO) + H (HCl) H (CCl) H (HO)H = 352 + 431 335 460 = 12 kJ/molFacemos o mesmo para a segunda reaccin: CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g). Representamos osenlaces rotos e formados:H3CH + ClCl H3CCl + HCl

H formados)(enlacesrotos)(enlaces= oo HHor


10/34

106

H = H (CH) + H (ClCl) H (CCl) H (HCl)H = 415 + 243 335 431 = 108 kJ/mol

22.A partir das enerxas medias de enlace, calcula o valor aproximado da entalpa estndar dehidroxenacin do acetileno (etino) a etano.

Resolucin:En primeiro lugar, escribimos a ecuacin para o proceso:

C2H2(g) + 2 H2(g) C2H6(g)

Representando os enlaces rotos e formados:

H formados)(enlacesrotos)(enlaces= oo HHorH = H (C C) + 2 H (HH) H (CC) 4 H (HC)

H = 830 + 2 (436) 347 4 (415) = 305 kJ/mol

23.A oxidacin da hidracina (N2H4) coa auga osixenada (H2O2) catalizada por Cu2+ emprgase para apropulsin de foguetes. Na reaccin prodcese nitrxeno e vapor de auga, desprendndose 154kcal/mol: a) Calcula a cantidade de auga osixenada necesaria para oxidar completamente 16 g dehidracina. b) Se os reactivos estn inicialmente a 24 C, que temperatura acadarn os gasesformados a partir desa cantidade de hidracina, se a sa calor especfica molar 8 cal/mol K?c) Calcula a presin final, cando esta reaccin se realiza nun recipiente pechado de 100 cm3,supoendo que os gases formados se comportan como gases ideais.

Resolucin:a) A partir da ecuacin axustada do proceso podemos facer clculos estequiomtricos:N2H4 + 2 H2O2 N2(g) + 4 H2O(g) H = 154 kcal/mol

Mr(N2H4) = 14 2 + 1 4 = 32

Mr(H2O2) = 1 2 + 16 2 = 34

=

22

22

22

2222

HNdemol1

OHdemol2

HNdeg32

HNdemol1HNg16 1 mol de H2O2 (34 g de H2O2)

b) En primeiro lugar, calculamos a cantidade de gas que se produce cando reaccionan os 16 g dehidracina:

=

2222

2222

HNdemol1asdemol5

HNdeg32HNdemol1HNg16

g2,5 mol de gas(N2 + H2O)

Agora, calculamos a calor desprendida no proceso:

=

2222

2222

HNdemol1

kcal154

HNdeg32

HNdemol1HNg16 77 kcal

Esta calor desprendida emprgase en quentar os gases formados (2,5 moles); entn, a calor absorbidapor estes 77 kcal. Coa frmula da calor, en funcin da calor especfica molar, calculamos atemperatura final acadada polos gases:

q = n Cm T

77000 = 2,5 8 T

T = 3850 K


11/34

107

T = T To

T = T+ To = 3850 + 297 = 4147 K = 3874 C

c) P V= n R TP 0,1 = 2,5 0,082 4147

P= 8500 atm24.Consultando a tboa 3-1 (px. 147), calcula a cantidade de calor desprendida na combustin de 1

kg de propano, se a reaccin ten lugar en condicins estndar. Cal ser o valor da variacin deenerxa interna?

Resolucin:

Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do propano en funcin das entalpasde formacin de produtos e reactivos:

C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l)

H = 3 of

H (CO2) + 4 o

fH (H2O)

o

fH (C3H8)

H = 3 (393,5) + 4 (285,8) (103,8) = 2 219,9 kJ/mol

Para 1 kg de propano:

H = =

8383

8383

3

HCdemol1

kJ2219,9

HCdeg44

HCdemol1HCdeg10 50 452 kJ

U= Hn R T

Observando a variacin de moles de gas na ecuacin do proceso:

n = 3 6 = 3 mol

Substitundo:

U= 2219,9 (3)8,31103 298 = 2212,5 kJ

Para 1 kg de propano:

U = =

8383

8383

3

HCdemol1

kJ5,2212

HCdeg44

HCdemol1HCdeg10 50 284 kJ

25.Qurese determinar a H do proceso de disolucin dun composto inico AB. Indica oprocedemento que se vai seguir e o material empregado. Se, ao disolver 0,2 moles desa substancia

en 500 ml de auga, se produce un incremento de temperatura de 2 C, cal ser o valor de H, enJ/mol, para ese proceso de disolucin? Datos: Ce(disolucin) = Ce(auga) = 4,18 J/g C. Masa da disolucin= masa da auga. Densidade da auga = 1 g cm 3. (Selectividade COU. Xu-91 e Set-97)

Resolucin:

En primeiro lugar hai, que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, para o que se empregaunha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. A continuacin, psase ocomposto que se vai disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositalo) e unhaesptula (para collelo). Btase o composto na auga e pchase o calormetro. Axtase, para facilitar a sadisolucin, e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando a temperatura deixa de subir,antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Nos datos do enunciado vemos que a calor cedida polo composto ao disolverse absrbea a disolucin,para a que consideramos que a sa masa igual de auga. Non temos datos sobre a capacidade calorfica


12/34

108

do calormetro nin do seu equivalente en auga, entn suporemos que a calor que absorbe o calormetro desprezbel.

Se a densidade da auga 1 g cm3, 500 ml de auga son 500 g de auga.

Coecemos a calor especfica da auga = 4,18 J/g C, polo que imos obter a calor en joules e debemos deexpresar a masa en gramos e a temperatura en C.

qcedida = qabsorbidaq = (qauga + qcalormetro )

q = qauga

q = m ce T

q= 500 4,18 2 = 4180 J

Coecida a calor desprendida cando se disolven 0,2 moles do composto, podemos calcular a entalpamolar de disolucin dese composto:

=

=

mol,20

J4180H 20900 J/mol = 20,9 kJ/mol

26.Desxase determinar a calor da reaccin: HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l). Indica oproceso que se debe seguir e describe o material empregado. Se, ao mesturar 50 ml de cidoclorhdrico 1 M con 50 ml de hidrxido de sodio 1 M, a temperatura vara de 21 C a 27,5 C, calser a calor da reaccin anterior? Dato: ce(auga) = 4,18 J/g C; densidade das disolucins = 1 g/cc.(Selectividade COU.Xu-91)

Resolucin:

Para determinar a calor de neutralizacin necesitamos un calormetro (co seu termmetro e axitador) noque poremos unha das disolucins que imos mesturar, por exemplo, os 50 ml de cido clorhdrico 1 Mque colleremos cunha probeta. Unha vez depositado o cido no calormetro, medimos a sa temperatura.A continuacin, collemos cunha probeta os 50 ml de hidrxido de sodio 1 M e engadmolos ao contidodo calormetro. Pechamos o calormetro inmediatamente e axitamos, observando a variacin detemperatura no termmetro.

Neste caso particular non temos datos sobre a capacidade calorf ica do calormetro nin do seuequivalente en auga, entn suporemos que a calor que absorbe o calormetro desprezbel.

A densidade das disolucins 1 g/cm3, polo que, ao mesturar 50 ml dunha cos 50 ml doutra, teremos 100ml de disolucin que tern unha masa de 100 g. Como se trata de disolucins diludas, consideraremosque teen a mesma calor especfica que a auga = 4,18 J/g C.

qcedida = qabsorbidaq = (qauga + qcalormetro )q = qaugaq = m ce Tq= 100 4,18 (27,5 21) = 2717 J

Coecida a calor desprendida cando se reaccionan estas cantidades, podemos calcular a entalpa dareaccin:

0,050 L HCl 1 mol/L = 0,05 mol HCl

==mol,050

J7172H 54340 J/mol = 54,3 kJ/mol

27.Desxase determinar no laboratorio, de forma aproximada, a calor de neutralizacin entredisolucins 0,1 molar de cido clorhdrico e hidrxido de sodio. Disponse de 100 cc de disolucin0,1 molar do cido e un frasco que contn hidrxido de sodio en lentellas. Indica o procedementoque se debe seguir (inclundo a preparacin da disolucin 0,1 M de hidrxido de sodio) e describe o


13/34

109

material empregado. Se na reaccin se liberan 550 J, que valor asignaras calor molar deneutralizacin das das especies? (Selectividade COU. Set-91 e Set-01)

Resolucin:

En primeiro lugar, imos preparar 100 ml de disolucin de NaOH 0,1 M, para o que necesitamos unmatraz aforado de 100 ml (0,1 L).

NaOHdemol01,01,0

1,0

disolucindelitros

NaOHsolutodemolesdenmero

==

=

nn

M

Para preparar esta disolucin, necesitamos 0,01 moles de NaOH. Como dispoemos de NaOH puro eslido, s temos que converter os moles a gramos para saber a cantidade de composto que temos que

pesar:

Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40

=

NaOHdemol1

NaOHdeg04NaOHdemol01,0 0,4 g de NaOH

Cunha balanza pesamos 0,4 g de hidrxido de sodio, empregando un vidro de reloxo para depositar oreactivo e unha esptula para collelo. Con axuda dun frasco lavador, arrastramos o hidrxido de sodiocon auga at un vaso de precipitados. Engadimos mis auga (sen exceder os 100 ml finais) e axitamoscunha varia de vidro at que o hidrxido de sodio se disolva. A continuacin, botamos o contido dovaso ao matraz aforado de 100 ml e completamos con auga (empregando o frasco lavador) at o aforo,facendo uso dun contagotas cando se estea acadando este para non excedelo. Tapamos o matraz,axitamos, e xa temos a disolucin de NaOH 0,1 M.

Para determinar a calor de neutralizacin, necesitamos un calormetro (co seu termmetro e axitador) noque poremos os 100 ml de cido clorhdrico 0,1 M. Unha vez depositado o cido no calormetro, medimosa sa temperatura. A continuacin, engadmoslle os 100 ml de hidrxido de sodio 0,1 M. Pechamos o

calormetro inmediatamente e axitamos observando a variacin de temperatura no termmetro.Facendo clculos, calculamos a calor cedida na neutralizacin, tendo en conta que:


Coecida a calor desprendida cando se reaccionan estas cantidades, podemos calcular a calor molar deneutralizacin do cido clorhdrico co hidrxido de sodio:

0,1 L HCl 0,1 mol/l = 0,01 mol HCl

0,1 L NaOH 0,1 mol/l = 0,01 mol NaOH

==mol,010

J505H 55000 J/mol = 55 kJ/mol

28.Describe o procedemento que seguiras para determinar, de xeito aproximado, a calor dedisolucin do hidrxido de sodio na auga, indicando o material que empregaras. Se, ao disolver1,2 g de NaOH(s) en 250 g de auga, o incremento de temperatura da disolucin 1,24 C, calcula acalor molar de disolucin do hidrxido de sodio. Dato: Ce(disolucin) = 4,18 J/g C. (Selectividade COU.

Xu-92 e Set-93)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, para o que se empregaunha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. A continuacin, psase o

NaOH que se vai disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositar o NaOH) eunha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase o calormetro. Axtase para facilitar adisolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando a temperaturadeixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.


14/34

110

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo NaOH ao disolverse absrbea a disolucin,considerndose desprezbel a calor que absorbe o calormetro (xa que non temos datos del).

Masa da disolucin = masa de auga + masa de soluto

Masa da disolucin = 250 + 1,2 = 251,2 g


q = qdisolucin

q = m ce T

q= 251,2 4,18 1,24 = 1302 J

Agora, debemos de calcular a calor desprendida na disolucin de 1 mol de hidrxido de sodio:

Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40

Calor molar de disolucin = qd = =

J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg,21

J1302= 43 kJ/mol

29.Explica como determinaras no laboratorio a calor de neutralizacin dun cido forte cunha baseforte. Describe o procedemento e o material empregado. (Selectividade COU. Xu-93 e Set-00)

Resolucin:

Partimos de das disolucins acuosas de cido e de base. Para determinar a calor de neutralizacinnecesitamos un calormetro (co seu termmetro e axitador), no que poremos un volume coecido docido, que colleremos cunha probeta. Unha vez depositado o cido no calormetro, medimos a satemperatura. A continuacin, medimos cunha probeta un volume determinado de base e engadmola aocontido do calormetro. Pechamos o calormetro inmediatamente e axitamos, observando a variacin detemperatura no termmetro. Cando a temperatura se estabiliza, anotamos o seu valor.

Facemos clculos tendo en conta que a calor cedida na neutralizacin a absorben o calormetro e a augaque tiamos como disolvente.

qcedida

= qabsorbida

qneutralizacin = (qabsorbida auga + qabsorbida calormetro)

30.Describe o procedemento que seguiras para calcular no laboratorio a calor de disolucin doNaOH(s) na auga. Fai o clculo da calor de disolucin (a P e Tdo laboratorio) supoendo unhamasa de hidrxido de sodio de 1,8 g que se disolven en 400 cm3, nun calormetro de equivalente enauga de 12 g. O incremento de temperatura da auga foi de 1,2 C. Datos: Ce(disolucin) = Ce(auga);Ce(auga) = 4,18 J/g C. Densidade da auga = 1 g/cm

3. (Selectividade COU. Set-98)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, por exemplo 400 cm 3,

para o que se emprega unha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. Acontinuacin, psase o NaOH que se vai disolver, no exemplo: 1,8 g, empregando unha balanza, un vidrode reloxo (para depositar o NaOH) e unha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase ocalormetro. Axtase para facilitar a disolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura notermmetro. Cando a temperatura deixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos dacalor de disolucin.

Para os datos do enunciado, temos que a calor cedida polo NaOH, ao disolverse, a absorben a disolucine o calormetro.

Masa da disolucin = masa de auga + masa de soluto400 cm3 de auga = 400 g de auga (xa que a densidade 1 g/cm 3)Masa da disolucin = 400 + 1,8 = 401,8 g

qcedida = qabsorbidaq = (qdisolucin + qcalormetro )q = (m ce T+ me ce T)


15/34

111

q= (m + me) ce Tq= (401,8 + 12) 4,18 1,2 = 2076 J

Agora, debemos de calcular a calor desprendida na disolucin de 1 mol de hidrxido de sodio:Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40


J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg,81

J7602= 46 kJ/mol

31. Indica, razoadamente, se os procesos seguintes tern unha variacin de entropa positiva ounegativa:a) H2(g) +1/2 O2(g) H2O(g)b) I2(s) I2(g)c) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)d) H2O(l) H2O(s)e) Cu2+ (ac) + 4 NH3(ac) [Cu(NH3)4]2+(ac)Resolucin:

a) H2(g) +1/2 O2(g) H2O(g)S< 0, xa que nos reactivos hai 1,5 moles de gas e nos produtos s un. Ao diminur o nmero de

moles de gas, dimine a desorde e dimine a entropa.

b) I2(s) I2(g)S> 0, xa que nos produtos hai un gas e nos reactivos non, ao aumentar o nmero de moles de gas,

aumenta a desorde e aumenta a entropa.

c) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)S< 0, xa que nos reactivos hai catro moles de gas e nos produtos dous, dimine o nmero de moles

de gas e dimine a desorde, diminundo a entropa.

d) H2O(l) H2O(s)S < 0, xa que nos reactivos temos un lquido e nos produtos, un slido. A desorde maior nos

lquidos que nos slidos, entn dimine a desorde e dimine a entropa.e) Cu2+ (ac) + 4 NH3(ac) [Cu(NH3)4]2+(ac) S< 0, xa que a variacin de nmero de moles de reactivos a produtos considerbel, anda que non

exista ningn gas, e como o nmero de moles dimine tamn o fai a desorde: a entropa dimine.32. Utilizando os datos das tboas, calcula a variacin de entropa en condicins estndar para a

reaccin: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

Resolucin:

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

)(reactivos(produtos)po

SnSnS r =

o

S = S(CaO(s)) + S(CO2(g)) S(CaCO3(s)) = 39,7 + 213,8 92,9 = 160,6 J/K

33. Utilizando os datos das tboas, determina a variacin de entropa asociada combustin do etanolen condicins estndar.

Resolucin:

C2H5OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l)

S n S n S R p po

r roo

=

SRo

= 2 S(CO2(g)) + 3 S(H2O(l)) S(C2H5OH(l)) 3 S(O2 (g))

SR

o = 2 213,8 + 3 70,0 160,7 3 205,0 = 138,1 J/K


16/34

112

34. a) Que posuir maior entropa, unha mesma masa de auga en forma de vapor ou en forma de xeo.Razoa a resposta. b) Razoa se verdadeira ou falsa a afirmacin: unha reaccin exotrmica nonpode ser espontnea. (Selectividade COU.Set-94)*

Resolucin:

a) A masa de auga en forma de vapor pose mis entropa que a mesma masa de auga en forma de xeo,xa que os gases son sistemas mis desordenados (teen mis estados microscpicos compatbeis cunestado macroscpico) e canto maior sexa a desorde, maior a entropa.b) A afirmacin falsa. Hai moitas reaccins que son exotrmicas e espontneas, todas aquelas nas quea variacin da enerxa libre de Gibbs (G = HT S) sexa negativa: G < 0.

35. Para os procesos seguintes, indica de forma razoada o signo de S e que procesos sernespontneos e cales non o sern con toda seguridade:a) N2O(g) N2(g) + 1/2 O2(g) H< 0b) H2O(l) H2O(g) H> 0c) C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) H> 0Resolucin:

a) N2O(g)N2(g) + 1/2 O2(g) H< 0Como nos produtos hai 1,5 moles de gas e nos reactivos hai un, o nmero de moles de gas aumenta econ el a desorde e a entropa. Polo tanto, a variacin de entropa positiva: S> 0

Temos que H< 0 e S> 0. Ao substitur en G = HTS, sempre obteremos un valor negativopara a variacin de enerxa libre de Gibbs, G < 0, e a reaccin ser espontnea sempre.

b) H2O(l) H2O(g) H> 0Como nos produtos hai un gas que non haba nos reactivos, a desorde aumenta, entn a entropaaumenta e a sa variacin positiva: S> 0

Ao serH> 0 e S> 0, a espontaneidade do proceso depender da temperatura.

Como G = HT S, o proceso ser espontneo para valores suficientemente altos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto maior que o termo H, de xeito que

predomine o termo negativo, o que fai que a enerxa libre sexa negativa.

Se H T S< G < 0 (reaccin espontnea)

c) C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) H> 0Como nos produtos hai mis moles de gas que nos reactivos, a desorde aumenta e con ela a entropa.Entn a variacin de entropa positiva: S> 0

Ao serH> 0 e S> 0, a espontaneidade do proceso depender da temperatura.

Como G = HT S, o proceso ser espontneo para valores suficientemente altos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto maior que o termo H, de xeito que

predomine o termo negativo, o que fai que a enerxa libre sexa negativa.

Se H T S< G < 0 (reaccin espontnea)

36. Que condicins son necesarias para que unha reaccin sexa espontnea? Mediante quentamento,podemos facer que unha reaccin non espontnea a 25 C sexa espontnea a temperatura misalta? Contesta razoadamente. (Selectividade COU. Xu-94)

* A cuestin (a) pertence a un exercicio de das cuestins e a cuestin (b) a outro no que se razoa a veracidade de catroafirmacins.


17/34

113

Resolucin:

Para avaliar a espontaneidade dun proceso, debemos ter en conta dous factores:

O factor entlpico: os sistemas tenden a un mnimo de enerxa, polo que H < 0 favorece aespontaneidade.

O factor entrpico: os sistemas tenden a un aumento de desorde ou entropa, polo que S > 0favorece a espontaneidade.

Para procesos realizados a presin e temperatura constante, os dous factores englbanse na variacin daenerxa libre de Gibbs: G = HT S, na que tamn se incle a temperatura.

Se o proceso se realiza a presin constante, podemos escribir esta ecuacin como:

G = qpTS

Se ademais o proceso espontneo e, polo tanto, irreversbel:

T

q>S

p

TS > qp G< 0

Entn, ocorrern espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine.Se unha reaccin non espontnea a 25 C porque nesas condicins: G > 0. Dado que G = HT S,se aumentamos a temperatura aumenta o valor absoluto do termo TS, feito que pode facer espontneaunha reaccin sempre que este termo sexa positivo, posto que vai precedido dun signo menos e para que o

proceso sexa espontneo ten que ser negativa a G. A temperatura absoluta sempre positiva, entn unaumento de temperatura pode facer espontnea unha reaccin se nela aumenta a entropa: S> 0.

37. a) Que condicin se debe cumprir para que unha reaccin endotrmica sexa espontnea? b) Nunhareaccin qumica entre gases, que relacin existe entre a calor de reaccin a volume constante e avariacin de entalpa na reaccin? Razoa as respostas. (Selectividade COU.Set-99)

Resolucin:a) Ocorren espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine: G < 0.G = HTS

Se a reaccin endotrmica, a entalpa aumenta: H > 0; entn s pode ser espontneo, se nelaaumenta a entropa: S > 0 e a temperatura suficientemente alta para que:

H T S<

b) Partimos da expresin do primeiro principio:U= qP V

Podemos relacionar a calor de reaccin a volume constante (que coincide con U) e a variacin de

entalpa da reaccin (que coincide coa calor a presin constante):qv = HP V

Nunha reaccin entre gases, as variacins de volume poden ser considerbeis. Supoendo que osgases se comportan como gases ideais:

P V= n R T

Entn:

qv = H n R T38.Razoa en que situacins poderan ser espontneos os procesos de variacins correspondentes aos

seus termos entlpicos e entrpicos seguintes: a) H > 0; S > 0. b) H < 0; S < 0.c) H< 0; S> 0. d) H> 0; S< 0. (Selectividade COU.Set-96)


18/34

114

Resolucin:

Ocorren espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine: G < 0.G = HT S

a) Cando H > 0 e S > 0, o proceso ser espontneo para valores suficientemente altos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto maior que o do termo Hpara quea enerxa libre sexa negativa.

Se H T S< , o proceso ser espontneo (G < 0).

b) Cando H < 0 e S< 0, o proceso ser espontneo para valores suficientemente baixos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto menor que o do termo Hpara quea enerxa libre sexa negativa.

Se H T S> , o proceso ser espontneo (G < 0).

c) Cando H< 0 e S> 0, o proceso ser espontneo sempre, por ser G< 0 sempre.d) Se H> 0 e S< 0, o proceso non ser espontneo nunca, por ser G> 0 sempre.39. A reaccin : 2 HCl (ac) + Sn (s) SnCl2 (ac) + H2 (g) exotrmica. Xustifica o signo de H, Se

Gpara este proceso.

Resolucin:

Por ser unha reaccin exotrmica, desprende calor (qp < 0) e por serH= qp: H< 0.

Se observamos a ecuacin, vemos que nos produtos hai un gas que non haba nos reactivos, entn adesorde aumenta e con ela a entropa: S> 0.

G = HT S. Como H< 0 e S> 0, entn G< 0.

40. Dada a reaccin exotrmica: C(s) + 2 Cl2(g) CCl4(l). Indica razoadamente o signo de H, SeGpara este proceso.

Resolucin:

Por ser unha reaccin exotrmica, desprende calor (qp < 0) e por serH= qp: H< 0.

Se observamos a ecuacin, vemos que nos reactivos hai un gas e nos produtos non, entn a desordedimine e con ela a entropa: S< 0.

G = HT S. Como H < 0 e S< 0, o signo de Gdepende dos valores absolutos dos termosTSe H:

Se H T S> , entn G < 0

Se H T S< , entn G > 0

Se H T S= , entn G = 0

41. Para a reaccin de formacin da auga, en estado gasoso, sbese que H= 241,8 kJ/mol e que S=44,4 J/K, ambos valores calculados en condicins estndar. Calcula: a) A variacin de enerxa

libre de Gibbs para esta reaccin nestas condicins. b) Temperatura que se anula G, supoendoque He Snon varan coa temperatura.

Resolucin:

a) Coecidos os valores de H, S e T, podemos calcular a variacin de enerxa libre de Gibbs nestascondicins:G = H T S = 241,8 298 (0,0444) = 228,6 kJ

G < 0, entn a reaccin espontnea en condicins estndar.

b) Supoendo que He Snon varan coa temperatura, e sabendo que G = HT S, entn:


19/34

115

0 = HT S

0 = 241,8 T (44,4 103)

T= 5446 K42. Calcula a variacin de enerxa libre de Gibbs en condicins estndar, para a fotosntese dun mol

de glicosa, empregando as tboas, e sabendo que a enerxa libre de formacin en condicinsestndar para a glicosa 912 kJ/mol e que a ecuacin do proceso :6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H12O6(s) + 6 O2(g).

Resolucin:

6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H12O6(s) + 6 O2(g).

G = )(Gn)(Gn rp reactivosprodutoso

f

o

f

G = Gf

o ( C6H12O6(s)) + 6 Gfo (O2(g)) 6 Gf

o (CO2(g)) 6 Gfo (H2O(l))

G = 912 + 0 6 (394,4) 6 (237,2) = 2878 kJ

43. Nunha reaccin qumica de disociacin, como vara a espontaneidade coa temperatura?Resolucin:

A espontaneidade dun proceso depende do signo G, xa que ocorren espontaneamente aqueles procesosnos que a enerxa libre de Gibbs dimine: G < 0.

Como G = HT S, comezaremos por estimar os signos de He S.

Unha reaccin de disociacin aquela na que unha substancia se divide noutras mis sinxelas. En xeral,para disociar unha substancia hai que comunicarlle enerxa, entn o proceso de disociacin endotrmico: H> 0.

Por outra banda, na reaccin de disociacin unha soa substancia orixina varias, entn aumenta a desorde,

aumenta a entropa e S> 0.

Se observamos os signos dos termos entrpico e entlpico e a relacin: G = HT S, vemos quepara que a reaccin de disociacin sexa espontnea (G < 0):

H T S<

Segundo isto, nas reaccins de disociacin, unha temperatura alta favorece a espontaneidade.

44. Para as seguintes reaccins, e sen consultar as tboas, pred se sern espontneas:a) 6 CO2(g) + 6 H2O(g) C6H12O6(g) + 6 O2(g) H> 0b) Mg(s) + H2SO4(ac) MgSO4(ac) + H2(g) H< 0c) Cl2(g) + H2(g) 2 HCl(g) H< 0d) 2 NaCl(s) 2 Na(s) + Cl2(g) H> 0Resolucin:

a) 6 CO2(g) + 6 H2O(g) C6H12O6(g) + 6 O2(g) H> 0Como nos produtos hai 7 moles de gas e nos reactivos hai 12, o nmero de moles de gas dimine econ el a desorde e a entropa. A variacin de entropa negativa: S< 0

Temos que H> 0 e S< 0. Ao substitur en G = HTS, vemos que G > 0 e a reaccin nonser espontnea.

b) Mg(s) + H2SO4(ac)MgSO4(ac) + H2(g) H< 0Como nos produtos hai un gas que non haba nos reactivos, a desorde aumenta, entn a entropaaumenta e a sa variacin positiva: S> 0

Ao serH< 0 e S> 0, e G = HTS, o proceso ser espontneo, xa que G < 0.


20/34

116

c) Cl2(g) + H2(g) 2 HCl(g) H< 0Nesta reaccin coecemos o signo da entalpa, pero non podemos estimar o da variacin da entropa,porque non hai variacin do nmero de moles de gas. G = HTS, entn:

Se S> 0 a reaccin ser espontnea: G < 0.

Se S< 0, como H< 0, o signo de Gdepende dos valores absolutos dos termos TSe H:

Se H T S> , entn G < 0 e a reaccin ser espontnea.

Se H T S< , entn G > 0 e a reaccin non ser espontnea.

Se H T S= , entn G = 0 e a reaccin estar en equilibrio.

d) 2 NaCl(s) 2 Na(s) + Cl2(g) H> 0Como nos produtos hai un gas que non haba nos reactivos, a desorde aumenta, entn a entropaaumenta e a sa variacin positiva: S> 0

Ao substitur en G = HTS, vemos que o signo de Gdepende dos valores absolutos dostermos TSe H:

Se H T S< , o proceso ser espontneo (G < 0).Se H T S> , a reaccin non ser espontnea (G > 0).

Se H T S= , a reaccin estar en equilibrio (G = 0).

45. Para a reaccin de descomposicin do xido de prata en condicins estndar:Ag2O(s) 2 Ag(s) + 1/2 O2(g); H = 30,6 kJ; S = 60,2 J/K.a) Esclarece se esta reaccin ser espontnea nestas condicins.b) Calcula o valor da temperatura que se anula G, supoendo que He S non varan coatemperatura.

Resolucin:

a) Coecidos os valores de H, S e T, podemos calcular a variacin de enerxa libre de Gibbs nestascondicins:G = H T S = 30,6 298 (0,0602) = 12,7 kJ

A reaccin non espontnea en condicins estndar: G > 0.

b) Supoendo que He Snon varan coa temperatura, e sabendo que G = HT S:0 = HT S0 = 30,6 T (60,2 103)T= 508 K

46. Calcula G para a reaccin de disociacin do tetraxido de dinitrxeno en dixido de nitrxeno,utilizando os datos das entalpas estndar de formacin (tboa 3-1) e as entropas absolutas (tboa3-3). Fai o mesmo clculo a partir das enerxas libres de formacin en condicins estndar (tboa3-4) e compara os dous resultados.

Resolucin:

En primeiro lugar, escribimos a reaccin de disociacin:

N2O4(g) 2 NO2(g)

Utilizando os datos das entalpas estndar de formacin (tboa 3-1) e das entropas absolutas (tboa 4-1):

H = s)(reactivoHn-(produtos)Hn ofo

f H = 2 Hf

o (NO2(g)) Hfo (N2O4(g))

H= 2 33,8 9,2 = 58,4 kJ


21/34

117

S = 2 S(NO2(g)) S(N2O4(g))

S = 2 240,0 304,2 = 175,8 J/K

G = H T S= 58,4 298(175,8103) = 6 kJ

A partir das enerxas libres de formacin en condicins estndar (tboa 4-2):


f

o

f

G = 2 Gf

o (NO2(g)) Gfo (N2O4(g))

G = 2 51,8 97,8 = 5,8 kJ

Podemos observar que o valor obtido para a variacin da enerxa libre de Gibbs practicamente omesmo.

47. Empregando as tboas, calcula G para a reaccin: I2(g) + H2(g) 2 HI(g); indicando, se oproceso ser espontneo en condicins estndar.Resolucin:

I2(g) + H2(g) 2 HI(g)

A partir das enerxas libres de formacin en condicins estndar (tboa 4-2):


f

o

f

G = 2 Gf

o (HI(g)) Gfo (I2(g)) Gf

o (H2(g))

G = 2 1,3 19,4 0 =16,8 kJ

ComoG < 0, o proceso ser espontneo en condicins estndar.

48. O combustbel empregado nos motores dos foguetes Apolo 11 e 12 foi unha mestura dedimetilhidrazina, (CH3)2NNH2(l), e tetrxido de dinitrxeno. Estas das substancias quimanse,segundo a reaccin: (CH3)2NNH2(l) + 2 N2O4(g) 3 N2(g) + 4 H2O(g) + 2 CO2(g). A partir dos

datos das tboas, e sabendo que Hf

o ((CH3)2NNH2(l)) = 11,8 kcal/mol; S((CH3)2NNH2(l)) = 51,7

cal/mol K, calcula:a) Cantos quilogramos de tetraxido de dinitrxeno se necesitan para reaccionar con 1 kg de

dimetilhidrazina?b) Calcula H para a reaccin e a calor por cada kg de mestura combustbel (na proporcin

estequiomtrica).

c) Calcula S para esa reaccin.d) Cal o valor de G para esta reaccin?Resolucin:

a) Para calcular os gramos de N2O4 que se necesitan para reaccionar con 1 kg de dimetilhidrazina,estabelecemos relacins estequiomtricas a partir da ecuacin do proceso:(CH3)2NNH2(l) + 2 N2O4(g) 3 N2(g) + 4 H2O(g) + 2 CO2(g)

Mr((CH3)2NNH2) = (12 + 3 1) 2 + 14 2 + 1 2 = 60

Mr(N2O4) = 14 2 + 16 4 = 92

=

g1000

kg1

ONmol1

ONg92

NNH)(CHmol1

ONmol2

NNH)(CHg60

NNH)(CHmol1

NNH)(CHg100042

42

223

42

223

223

223 3 kg de N2O4

b) Comezamos por cambiar as unidades da entalpa de formacin da dimetilhidrazina:

= orropp SnSnS


22/34

118

Hfo ((CH3)2NNH2(l)) = kJ/mol9,34

kcal1

kJ4,18

mol

kcal8,11 =

H = s)(reactivoHn(produtos)Hn ofo

f

H = 4 Hfo (H2O(g)) + 2 Hf

o (CO2(g)) Hfo ((CH3)2NNH2(l)) 2 Hf

o (N2O4(g))

H = 4 (241,8) + 2 (393,5) 49,3 2 9,2

H = 1821,9 kJ

A mestura combustbel na proporcin estequiomtrica dun mol de dimetilhidrazina por cada dousde tetraxido de dinitrxeno:

1mol (CH3)2NNH2(l)223

223

NNH)(CHmol1

NNH)(CHg60 + 2 mol N2O4(g) =

42

42

ONmol1

ONg92244 g de mestura

Por cada 244 g de mestura libranse 1821,9 kJ, entn:

=

mesturadekg1

mesturag1000

mesturag244

kJ1821,9-7467 kJ/kg

c) Comezamos por cambiar as unidades da entropa da dimetilhidrazina:S ((CH3)2NNH2(l)) = KJ/mol1,216

cal1

J4,18

Kmol

cal7,51 =

= orropp SnSnS

S = 3 S(N2(g)) + 4 S(H2O(g)) + 2 S(CO2(g)) S((CH3)2NNH2(l)) 2 S(N2O4(g))

S = 3 191,5 + 4 188,7 + 2 213,8 216,1 2 304,2 = 932,4 J/K

d) G = H T S= 1821,9 298 932,4103 = 2099,8 kJ49.Sabendo que a unha temperatura T, a seguinte reaccin: A + B C + D espontnea e

endotrmica, razoa, se son ou non son correctas as seguintes afirmacins: a) unha reaccinrpida; b) Os produtos estn menos desordenados que os reactivos; c) A entalpa dos produtos maior que a dos reactivos; d) espontnea a calquera temperatura. (Selectividade COU. Xu-00)

Resolucin:

a) Incorrecta. O feito de que unha reaccin sexa espontnea non implica que sexa rpida, xa que atermodinmica non se ocupa do estudo cintico dos procesos (velocidade de reaccin).b) Sabemos que a reaccin endotrmica (H> 0) e espontnea (G < 0). Dado que G = HT S,necesariamente ten que ter unha variacin de entropa positiva: S > 0 para que a variacin da

enerxa libre sexa negativa. Segundo isto, os produtos estn mis desordenados que os reactivos e aafirmacin do enunciado incorrecta.c) Correcta, xa que sabemos que a reaccin endotrmica, entn H> 0, a entalpa aumenta, polo quea entalpa dos produtos maior que a dos reactivos.d) Segundo o visto no apartado b: H > 0 e S > 0. Dado que G = HT S, a reaccin espontnea cando H T S< , xa que fara que G < 0. Segundo isto a reaccin non espontnea

a calquera temperatura, s a valores suficientemente altos de T que fagan que se cumpra a citadadesigualdade. As, a afirmacin dada incorrecta.

50.Explica como variar coa temperatura a espontaneidade dunha reaccin na que H> 0 e S< 0,sendo ambas magnitudes constantes coa temperatura. (Selectividade COU. Set-00)

Resolucin:


23/34

119

Ocorren espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine: G < 0.

G = HT S

Como a reaccin vai acompaada dun aumento de entalpa ( H> 0) e dunha diminucin deentropa e ( S< 0), nunca ser espontnea, porque sempre: G> 0.

PROBLEMAS E CUESTINS DE SELECTIVIDADE

As entalpas de formacin a 25 C do metanol (lquido), dixido de carbono (gas) e auga (lquida)son, respectivamente, 239,1; 393,5 e 285,8 kJ/mol. a) Escribe a ecuacin de combustin do


24/34

120

metanol. b) Calcula H do proceso de combustin. c) Calcula U do mesmo proceso a 25 C.Datos:R = 8,31 J K1 mol 1. (Xu-96)

Resolucin:

a) Na combustin do metanol prodcese dixido de carbono e auga, segundo a ecuacin:CH3OH(l) + 3/2 O2(g) CO2(g) + 2 H2O(l)

b) Podemos expresar a entalpa de combustin do metanol en funcin das entalpas de formacin deprodutos e reactivos:H = o

fH (CO2) + 2

o

fH (H2O)

o

fH (CH3OH)

Substitundo:

H = 393,5 + 2 (285,8) (239,1) = 726,0 kJ/mol

c) U = H n R TObservando a variacin de moles de gas na ecuacin do proceso:

n = 1 3/2 = 1/2 mol

Substitundo:

U = 726 (1/2) 8,31103 298 = 724,8 kJ

U = 724,8 kJ/mol Describe o procedemento que seguiras para determinar, de forma aproximada, a calor de

disolucin do hidrxido de sodio na auga, indicando o material que empregaras. Se, ao disolver1,2 g de NaOH slido en 250 cm3 de auga, o incremento de temperatura da disolucin 1,24 C,calcula a calor molar de disolucin do NaOH. Dato: Ce(auga) = 4,18 J/g C. (Set-96)

Resolucin:


NaOH que se vai disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositar o NaOH) eunha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase o calormetro. Axtase para facilitar adisolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando a temperaturadeixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo NaOH, ao disolverse, a absorbe a disolucin,considerndose desprezbel a calor que absorbe o calormetro (xa que non temos datos del).


Masa da disolucin = 250 + 1,2 = 251,2 g


q = qdisolucin

q = m ce T

Podemos facer a aproximacin: ce(disolucin) = ce(auga) = 4,18 J/g C

q= 251,2 4,18 1,24 = 1302 J


Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40


J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg,21

J1302= 43 kJ/mol

Explica detalladamente como calcularas no laboratorio a calor de disolucin do NaOH(s) naauga. Calclaa (a Pe Tdo laboratorio), supoendo unha masa de NaOH de 5 g que se disolven en

900 ml nun calormetro que ten un equivalente na auga de 13 gramos. O aumento de temperaturafoi de 1 C. A calor especfica da auga de 4,18 J/g C e a densidade da auga de 1 g cm 3. (Set-97)

Resolucin:


25/34

121

En primeiro lugar, hai que coller os 900 ml de auga que servirn como disolvente, para o que se empregaunha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. A continuacin, psanse os5 g de NaOH que se van disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositar o

NaOH) e unha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase o calormetro. Axtase parafacilitar a disolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando atemperatura deixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo NaOH, ao disolverse, a absorben a auga e ocalormetro.


q = (qauga + qcalormetro)

O equivalente en auga do calormetro 13 g, dicir, o calormetro absorbe a mesma cantidade de calorque 13 g de auga.

q = (mauga + mequivalente) ce T

Substitundo os datos:

q= (900 + 13) 4,18 1 = 3816 J



J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg5

J3816= 30,5 kJ/mol

Explica detalladamente cmo se pode determinar no laboratorio a calor de disolucin do NaOH(s)en auga. Efecta o clculo (aPe Tdo laboratorio), supoendo unha masa de hidrxido de sodio de2 gramos que se disolven en 450 ml, nun calormetro que ten como equivalente en auga 15 g. Oincremento da temperatura da auga de 1,5 C. Datos: A calor especfica da auga de 4,18 J/g Ce a densidade da auga de 1 g/cm3. (Xu-98)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que coller os 450 ml de auga que servirn como disolvente, para o que se empregaunha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. A continuacin, psanse os2 g de NaOH que se van disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositar o

NaOH) e unha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase o calormetro. Axtase, parafacilitar a disolucin do composto, e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando atemperatura deixa de subir, antase. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo NaOH, ao disolverse, a absorben a auga e ocalormetro.


q = (qauga + qcalormetro)

O equivalente en auga do calormetro 15 g, dicir, calormetro absorbe a mesma cantidade de calorque 15 g de auga:

q = (mauga + mequivalente) ce T

Substitundo os datos:

q= (450 + 15) 4,18 1,5 = 2916 J



J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg2

J2916= 58,3 kJ/mol

Coecendo os datos seguintes: Entalpa de combustin do etano(g): H = 1559 kJ/mol dehidrocarburo; entalpa de combustin do eteno(g): H = 1410,9 kJ/mol de hidrocarburo;


26/34

122

entalpa de formacin da auga(l): H = 285,8 kJ/mol e entalpa de formacin do dixido decarbono(g): H = 393,5 kJ/mol. a) Calcula a entalpa de formacin do etano(g) e do eteno(g).b) Calcula a variacin de entalpa, en condicins estndar, no proceso: C 2H4(g) + H2(g) C2H6(g).c) Se a variacin de entropa neste proceso S = 110,6 J/K, o proceso ser espontneo encondicins estndar? Razoa a resposta. (Set-98)

Resolucin:

a) Escribimos as ecuacins para a combustin do etano e do eteno:C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l) H= 1559 kJ/molC2H4(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 2 H2O(l) H= 1410,9 kJ/mol

Podemos expresar as entalpa de combustin do etano en funcin das entalpas de formacin deprodutos e reactivos, e calcular a entalpa de formacin do etano:

H = 2 of

H (CO2) + 3 o

fH (H2O)

o

fH (C2H6)

1559 = 2 (393,5) + 3 (285,8) of

H (C2H6)

o

fH (C2H6) = 85,4 kJ/mol

Facendo o mesmo para o eteno:H = 2 o

fH (CO2) + 2

o

fH (H2O)

o

fH (C2H4)

1410,9 = 2 (393,5) + 2 (285,8) of

H (C2H4)

o

fH (C2H4) = 50,3 kJ/mol

b) Para o proceso:C2H4(g) + H2(g) C2H6(g)

H = of

H (C2H6) o

fH (C2H4)

H = 85,4 50,3 = 135,7 kJ/mol

c) Para determinar se o proceso espontneo, calculamos a variacin de enerxa libre de Gibbs:G = H T S= 135,7 298 (110,6 103) = 102,7 kJ

ComoG < 0, o proceso ser espontneo en condicins estndar. Supoendo que dispoemos de 100 cm3 de HCl 0,1 M e de hidrxido de sodio (slido en lentellas),

como prepararas a disolucin de hidrxido de sodio 0,1 M? Describe o procedemento queempregara para medir no laboratorio a calor de neutralizacin entre as das disolucins: 0,1 Mde cido clorhdrico e 0,1 M de hidrxido de sodio. Se na reaccin se liberan 550 J, que valor ter acalor molar de neutralizacin entre as das especies? (Set-98 e Set-01)

Resolucin:

En primeiro lugar, imos preparar 100 ml de disolucin de NaOH 0,1 M, para o que necesitamos unmatraz aforado de 100 ml (0,1 L):

NaOHdemol01,01,0

1,0

disolucindelitros

NaOHsolutodemolesdenmero

==

=

nn

M

Para preparar esta disolucin necesitamos 0,01 moles de NaOH. Como dispoemos de NaOH puro eslido, s temos que converter os moles a gramos para saber a cantidade de composto que temos que

pesar:

Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40

=

NaOHdemol1

NaOHdeg04NaOHdemol01,0 0,4 g de NaOH


27/34

123

Cunha balanza pesamos 0,4 g de hidrxido de sodio, empregando un vidro de reloxo para depositar oreactivo e unha esptula para collelo. Con axuda dun frasco lavador, arrastramos o hidrxido de sodiocon auga cara a un vaso de precipitados. Engadimos mis auga (sen exceder os 100 ml finais) e axitamoscunha varia de vidro at que o hidrxido de sodio se disolva. A continuacin, botamos o contido dovaso ao matraz aforado de 100 ml e completamos con auga (empregando un frasco lavador) at o aforo,facendo uso dun contagotas cando se estea acadando este para non excedelo. Tapamos o matraz,axitamos e xa temos a disolucin de NaOH 0,1 M.

Para determinar a calor de neutralizacin, necesitamos un calormetro (co seu termmetro e axitador) noque poremos os 100 ml de cido clorhdrico 0,1 M. Unha vez depositado o cido no calormetro,medimos a sa temperatura. A continuacin, engadmoslle os 100 ml de hidrxido de sodio 0,1 M (atemperatura ambiente). Pechamos o calormetro inmediatamente e axitamos, observando a variacin detemperatura no termmetro.

Facendo operacins calculamos a calor cedida na neutralizacin, tendo en conta que:


Coecida a calor desprendida cando se reaccionan estas cantidades, podemos calcular a calor molar deneutralizacin do cido clorhdrico co hidrxido de sodio:

0,1 L HCl 0,1 mol/l = 0,01 mol HCl

0,1 L NaOH 0,1 mol/l = 0,01 mol NaOH

==mol,010

J505H 55000 J/mol = 55 kJ/mol

Describe o procedemento para calcular no laboratorio a calor de disolucin do NaOH(s) na auga.Fai o clculo da calor de disolucin (a Pe Tdo laboratorio), supoendo unha masa de hidrxido desodio de 1,8 g que se disolven en 400 ml, nun calormetro que ten un equivalente en auga de 12 g. Oincremento da temperatura foi de 1,2 C. Dato: Ce(disolucin) = Ce(auga) = 4,18 J/g C. Densidadeda auga = 1 g/ml. (Xu-99)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, por exemplo 400 cm 3,para o que se emprega unha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. Acontinuacin, psase o NaOH que se vai disolver, no exemplo: 1,8 g, empregando unha balanza, un vidrode reloxo (para depositar o NaOH) e unha esptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase ocalormetro. Axtase para facilitar a disolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura notermmetro. Cando a temperatura deixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos dacalor de disolucin.

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo NaOH, ao disolverse, a absorben a disolucin e ocalormetro.


400 cm3 de auga = 400 g de auga (xa que a densidade 1 g/cm 3)Masa da disolucin = 400 + 1,8 = 401,8 g


q = (qdisolucin + qcalormetro )

q = (m ce T+ me ce T)

q= (m + me) ce T

q= (401,8 + 12) 4,18 1,2 = 2076 J


Mr(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40


J0001

kJ1

mol1

NaOHg04

NaOHg,81

J7602= 46 kJ/mol


28/34

124

Como determinaras no laboratorio a calor de neutralizacin dun cido forte cunha base forte?Explcao cun exemplo. (Set-99)

Resolucin:

Por exemplo a calor de neutralizacin dun cido clorhdrico co hidrxido de sodio, ambos en disolucinacuosa. Para determinar a calor de neutralizacin necesitamos un calormetro (co seu termmetro e

axitador) no que poremos un volume coecido do cido, que collemos cunha probeta. Unha vezdepositado o cido no calormetro, medimos a sa temperatura. A continuacin, cunha probeta medimosun volume determinado de base e engadmola ao contido do calormetro. Pechamos o calormetroinmediatamente e axitamos, observando a variacin de temperatura no termmetro. Cando a temperaturase estabiliza, anotamos o seu valor.

Facemos clculos tendo en conta que a calor cedida na neutralizacin a absorben o calormetro e a augaque tiamos como disolvente.


qneutralizacin = (qabsorbida auga + qabsorbida calormetro)

Razoa baixo que condicins poderan ser espontneos os procesos de variacins correspondentesaos seus termos entlpicos e entrpicos seguintes: a) H> 0; S> 0 b) H< 0; S< 0 c) H< 0;S> 0 d) H> 0; S< 0. (Set-00)

Resolucin:

Ocorren espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine: G < 0.

G = HT S

a) Cando H > 0 e S > 0, o proceso ser espontneo para valores suficientemente altos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto maior que o do termo Hpara quea enerxa libre sexa negativa.

Se H T S< , o proceso ser espontneo (G < 0).b) Cando H < 0 e S< 0, o proceso ser espontneo para valores suficientemente baixos datemperatura que fagan que o termo TStea un valor absoluto menor que o do termo Hpara quea enerxa libre sexa negativa.Se H T S> , o proceso ser espontneo (G < 0).

c) Cando H< 0 e S> 0, o proceso ser espontneo sempre, por ser G< 0 sempre.d) Se H> 0 e S< 0, o proceso non ser espontneo nunca, por ser G> 0 sempre. Describe o procedemento para calcular no laboratorio a calor de disolucin do NaOH(s) en auga.

Enumera o material e xeito de realizar os clculos. (Set-00 e Xu-01)

Resolucin:


NaOH que se vai disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositar o NaOH) e unhaesptula (para collelo). Btase o NaOH na auga e pchase o calormetro. Axtase para facilitar adisolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando a temperaturadeixa de subir, antase. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Para facer os clculos hai que ter en conta que a calor cedida na disolucin do NaOH, absrbena. a augae o calormetro, feito que explica a variacin de temperatura, T, observada. Segundo isto:


q = (qauga + qcalormetro )

qauga = m ce T


29/34

125

Onde m = masa de auga e ce = calor especfica da auga

qcalormetro = C T

Onde C= capacidade calorfica do calormetro, constante propia de cada calormetro.

q = (m ce T+ C T)

En ocasins, en lugar de coecer a capacidade calorfica do calormetro coecemos o seu equivalente en

auga, me, dicir, a masa de auga que absorbera ou desprendera a mesma cantidade de calor que ocalormetro con todos os seus accesorios. Neste caso:

qcalormetro = me ce T

q = (m ce T+ me ce T)

q= (m + me) ce T

Esta calor a de disolucin da cantidade de NaOH empregada. A partir deste valor obtense a calordesprendida na disolucin de 1 mol de hidrxido de sodio: calor molar de disolucin do NaOH.

A gasolina pode ser considerada como unha mestura de octanos (C 8H18). Sabendo que as caloresde formacin de H2O(g) = 242 kJ/mol; CO2(g) = 394 kJ/mol e C8H18(l) = 250 kJ/mol: a) Escribea ecuacin (axustada) de combustin da gasolina (os produtos son CO2(g) e H2O(g)) e calcula acalor de reaccin _H (en kJ). b) Calcula a enerxa (en kJ) liberada na combustin de 5 litros degasolina (densidade = 800 kg/m3). c) Que volume de gas carbnico medido a 30 C e presinatmosfrica se xerar en tal combustin? (Xu-01)

Resolucin:

a) Escribimos a ecuacin para a combustin do octano:C8H18(g) + 25/2 O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O(g) H= ?

Podemos expresar a entalpa de combustin do octano en funcin das entalpas de formacin deprodutos e reactivos:

H = 8 of

H (CO2) + 9 o

fH (H2O)

o

fH (C8H18)

H = 8 (394) + 9 (242) (250) = 5080 kJ

b) Coecida a calor desprendida na combustin de 1 mol e a densidade da gasolina (800 g/l), podemoscalcular a cantidade de calor liberada na combustin de 5 litros de gasolina:

Mr(C8H18) = 8 12 + 18 1 = 114

=

188188

188188

HCdemol1

kJ5080

HCdeg114

HCdemol1

L1

g800HCdeL5 1,78 105 kJ

c) Estabelecemos relacins estequiomtricas sinxelas para calcular o volume de CO2 obtido nacombustin dos 5 litros de gasolina:

=

188

2

188

188188

HCdemol1

COdemol8

HCdeg114

HCdemol1

L1

g800HCdeL5 281 mol de CO2

Supoendo que o CO2 se comporta como gas ideal:

P V = n R T

1V= 281 0,082303

V = 6982 litros de CO2

a) Para unha reaccin qumica entre gases, que relacin existe entre a calor de reaccin a volumeconstante e a variacin de entalpa na reaccin? Poden ser iguais? Razao. b) Podera dicirse queunha reaccin da que a variacin de entalpa negativa espontnea? Xustifcao. (Xu-02)

Resolucin:

a) Partimos da expresin do primeiro principio:


30/34

126

U= qP V

Podemos relacionar a calor de reaccin a volume constante (que coincide con U) e a variacin deentalpa da reaccin (que coincide coa calor a presin constante):

qv = HP V

Nunha reaccin entre gases, as variacins de volume poden ser considerbeis. Supoendo que os

gases se comportan como gases ideais:P V= n R T

Entn:

qv = H n R T

Se observamos esta relacin, vemos que a calor de reaccin a volume constante e a variacin deentalpa da reaccin poden ser iguais en reaccins nas que non exista variacin do nmero de molesde gas: n = 0.

b) Non. H < 0 favorece a espontaneidade, pero a espontaneidade dun proceso non depende s dofactor entlpico, ademais hai que ter en conta o factor entrpico: os sistemas tenden a un aumento dedesorde ou entropa. Para procesos realizados a presin e temperatura constante, os dous factores

englbanse na variacin da enerxa libre de Gibbs: G = HT S, na que tamn se incle atemperatura.Se o proceso se realiza a presin constante, podemos escribir esta ecuacin como:

G = qpTS

Se ademais o proceso espontneo e, polo tanto, irreversbel:

T

q>S

p

TS > qp G < 0

Entn, ocorrern espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine,independentemente de que a variacin de entalpa sexa positiva ou negativa.

Qurese determinar a H do proceso de disolucin dun composto inico AB. Indica oprocedemento que se vai seguir e o material que se vai utilizar. Se, ao disolver 0,2 moles destasubstancia en 500 ml de auga, se produce un incremento de temperatura de 2 C, cal ser o valorde H, en J/mol, para ese proceso de disolucin? Datos: Ce(disolucin) = Ce(auga) = 4,18 J/g C.Densidade da auga = 1g cm 3.Masa da disolucin = masa da auga.(Xu-02)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, para o que se empregaunha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. A continuacin, psase ocomposto que se vai disolver, empregando unha balanza, un vidro de reloxo (para depositalo) e unha

esptula (para collelo). Btase o composto na auga e pchase o calormetro. Axtase, para facilitar a sadisolucin, e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro. Cando a temperatura deixa de subir,antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor de disolucin.

Nos datos do enunciado vemos que a calor cedida polo composto, ao disolverse, a absorbe a disolucin,para a que consideramos que a sa masa igual de auga. Non temos datos sobre a capacidade calorficado calormetro nin do seu equivalente en auga, entn suporemos que a calor que absorbe o calormetro desprezbel.

Se a densidade da auga 1 g cm3, 500 ml de auga son 500 g de auga.

Coecemos a calor especfica da auga = 4,18 J/g C, polo que imos obter a calor en joules e debemos deexpresar a masa en gramos e a temperatura en C.


q = (qauga + qcalormetro )

q = qauga


31/34

127

q = m ce T

q= 500 4,18 2 = 4180 J

Coecida a calor desprendida cando se disolven 0,2 moles do composto, podemos calcular a entalpamolar de disolucin deste composto:

=

=

mol,20

J4180H 20900 J/mol = 20,9 kJ/mol

De acordo coa ecuacin que relaciona a variacin de enerxa libre coa variacin de entalpa e avariacin de entropa, razoa: a) Cando un proceso qumico espontneo. b) Cando un procesoqumico non espontneo. c) Cando est en equilibrio. (Xu-03)

Resolucin:a) Para procesos realizados a presin e temperatura constante podemos calcular a variacin da enerxa

libre de Gibbs, segundo a ecuacin:G = HT SSe o proceso se realiza a presin constante, podemos escribir esta ecuacin como:G = qpTSSe ademais o proceso espontneo e, polo tanto. irreversbel:

T

q>S

p

TS > qp G< 0

Entn, ocorrern espontaneamente aqueles procesos nos que a enerxa libre de Gibbs dimine.

b) Se unha reaccin non espontnea porque G> 0.c) Facemos o mesmo razoamento para procesos en equilibrio. Para procesos reversbeis a presin

constante:

T

qS

p

= TS = qp G= 0

Na reaccin: 4 Ag(s) + O2(g) 2 Ag2O(s), a variacin de entalpa e a variacin de entropa a 25 Ce 1 atm valen 61,1 kJ e 132,1 J/K, respectivamente. Supoendo que estes valores sonindependentes da temperatura, determina, previo clculo: a) O sentido en que espontnea areaccin nesas condicins. b) O sentido en que espontnea a reaccin a 500 C. c) A temperatura que se alcanza o equilibrio qumico. (Set-03)

Resolucin:

4 Ag(s) + O2(g) 2 Ag2O(s)

a) Coecidos os valores de H, S e T, podemos calcular a variacin de enerxa libre de Gibbs nestascondicins:25 C = 298 K

132,1 J/K = 0,1321 kJ/KG = H T S = 61,1 298 (0,1321) = 21,7 kJG < 0, entn nestas condicins a reaccin espontnea cara dereita.

b) Supoendo que H e S non varan coa temperatura, facemos o mesmo clculo para unhatemperatura de 500 C:500 C = 773 K

G = H T S = 61,1 773 (0,1321) = 41 kJG > 0, entn nestas condicins a reaccin non espontnea cara dereita. Ser espontnea cara esquerda.


32/34

128

c) Supoendo que He Snon varan coa temperatura, e sabendo que no equilibrio G = 0, podemoscalcular a temperatura que se alcanza o equilibrio:G = HT S0 = HT S0 = 61,1 T (0,1321)T= 463 K

A entalpa de combustin do propano(gas) 526,3 kcal. As _H de formacin do dixido decarbono(gas) e da auga(lquido) son, respectivamente, 94,03 e 68,30 kcal/mol. Calcula: a) A entalpade formacin do propano. b) Os quilogramos de carbn que sern necesarios queimar (cunrendemento do 80%), para producir a mesma cantidade de enerxa que a obtida na combustin de1 kg de propano. Dato: A entalpa de combustin do carbn de 5 kcal/g.(Xu-04)

Resolucin:a) Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do propano en funcin das

entalpas de formacin de produtos e reactivos:C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l)

H = 3 Hfo

(CO2) + 4 Hfo

(H2O) Hfo

(C3H8)526,3 = 3 (94,03) + 4 (68,30) H

f

o (C3H8)

Hf

o (C3H8) = 526,3 282,1 273,2 =29 kcal/mol

b) Calculamos a calor liberada na combustin de 1 kg de propano:H = =

8383

8383

3

HCdemol1

kcal3,526

HCdeg44

HCdemol1HCdeg10 11961 kcal

Agora, calcularemos os kg de carbn que hai que queimar para obter a mesma cantidade de calor:

=

g1000

kg1

kcal

carbng1

reaiskcal80

tericaskcal100realeskcal

511961 2,99 kg de carbn

O cido etanoico(lquido) (cido actico) frmase ao reaccionar carbono(slido), hidrxenomolecular(gas) e osxeno molecular(gas). As calores de combustin do cido etanoico(l);hidrxeno(g) e carbono(s) son respectivamente 870,7; 285,8 e 393,13 kJ/mol. a) Escribeadecuadamente as ecuacins qumicas dos distintos procesos de combustin e a correspondente formacin do cido etanoico. b) Calcula a calor de formacin, a presin constante, do devanditocido etanoico. c) Cantas quilocaloras se desprenden na formacin de 1 kg de cido etanoico?Dato: 1 J = 0,24 cal.(Set-04)

Resolucin:a) Combustin do cido etanoico:

CH3COOH(l) + 2 O2(g) 2 CO2(g) + 2 H2O(l)

Combustin do hidrxeno:

H2(g) +1/2 O2(g) H2O(l)

Combustin do carbono:

C(s) + O2(g) CO2(g)

Formacin do cido etanoico:

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


33/34

129

b) Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do cido etanoico en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:

CH3COOH(l) + 2 O2(g) 2 CO2(g) + 2 H2O(l)

Tendo en conta que as ecuacins de combustin de hidrxeno e do carbono gasosos son o mesmoque as ecuacins de formacin da auga e do dixido de carbono, respectivamente, e que a entalpa deformacin do osxeno(gas) cero, podemos calcular a calor de formacin do cido etanoico:H = 2 H

f


o (CH3COOH)

870,7 = 2 (393,13) + 2 (285,8) Hf

o (CH3COOH)

Hf

o (C3H8) =487,2 kJ/mol

c) Calculamos a calor liberada na formacin de 1 kg de cido etanoico en quilocaloras:H = =

kJ1

kcal0,24

COOHCHdemol1

kJ2,487

COOHCHdeg60

COOHCHdemol1COOHCHdeg10

33

33

3 1949 kcal

Indica, cun exemplo, como determinaras no laboratorio a calor de neutralizacin dun cido fortecunha base forte, facendo referencia ao principio, material, procedemento e clculos. (Xu-05)

Resolucin:Partimos de das disolucins acuosas de cido e de base, por exemplo cido clorhdrico e hidrxido desodio. Para determinar a calor de neutralizacin, necesitamos un calormetro (co seu termmetro eaxitador) no que poremos un volume coecido da disolucin de cido clorhdrico, que colleremos cunhaprobeta. Unha vez depositado o cido no calormetro, medimos a sa temperatura. A continuacin,medimos cunha probeta un volume determinado de base (hidrxido de sodio) e engadmola ao contidodo calormetro. Pechamos o calormetro inmediatamente e axitamos, observando a variacin detemperatura no termmetro. Cando a temperatura se estabiliza, anotamos o seu valor.

Facemos clculos tendo en conta que a calor cedida na neutralizacin a absorben o calormetro e a augaque tiamos como disolvente.qcedida = qabsorbidaqneutralizacin = (qabsorbida auga + qabsorbida calormetro)

Explica detalladamente como se pode determinar no laboratorio a calor de disolucin de KOH(s)en auga. Efecta o clculo (a presin e temperatura de laboratorio) supoendo unha masa dehidrxido de potasio de 4,5 gramos que se disolven en 450 ml nun calormetro que ten unequivalente en auga de 15 g. O incremento da temperatura da auga 2,5 C. Datos: calorespecfica da auga = 4,18 J/g C e densidade da auga 1 g/ml.(Set-05)

Resolucin:

En primeiro lugar, hai que medir a cantidade de auga que servir como disolvente, neste caso 450 ml,para o que se emprega unha probeta. A auga depostase nun calormetro e mdese a sa temperatura. Acontinuacin, psase o KOH que se vai disolver: 4,5 g, empregando unha balanza, un vidro de reloxo(para depositar o KOH) e unha esptula (para collelo). Btase o KOH na auga e pchase o calormetro.Axtase para facilitar a disolucin do composto e obsrvase a variacin da temperatura no termmetro.Cando a temperatura deixa de subir, antase o seu valor. Por ltimo, fanse os clculos da calor dedisolucin.

Nos datos do enunciado temos que a calor cedida polo KOH, ao disolverse, a absorben a disolucin e ocalormetro. Consideraremos que a calor especfica da disolucin igual da auga:450 ml de auga = 450 g de auga (xa que a sa densidade 1 g/cm 3)masa de disolucin = masa de auga + masa de soluto = 450 + 4,5 = 454,5 gqcedida = qabsorbidaq = (qdisolucin + qcalormetro )q = (m ce T+ me ce T)q= (m + me) ce T


34/34

q= (454,5 + 15) 4,18 2,5 = 4906 JAgora, debemos de calcular a calor desprendida na disolucin de 1 mol de hidrxido de potasio:

Mr(KOH) = 39,1 + 16 + 1 = 56,1


J0001

kJ1

mol1

KOHg56,1

KOHg4,5

J4906= 61,2 kJ/mol

A combustin do acetileno (C2H2(g)) produce dixido de carbono e auga. a) Escribe a ecuacinqumica correspondente ao proceso. b) Calcula a calor molar de combustin do acetileno e a calorproducida ao queimar 1,00 kg de acetileno. Datos: ofH (C2H2(g)) = +223,75 kJ/mol;

o

fH (CO2(g)) =

393,5 kJ/mol; of

H (H2O(g)) = 241,8 kJ/mol.(Xu-06)

Resolucin:a) C2H2(g) + 5/2 O2(g) 2 CO2(g) + H2O(g)

b) Segundo a lei de Hess, podemos expresar a entalpa de combustin do cido etanoico en funcin dasentalpas de formacin de produtos e reactivos:

C2H2(g) + 5/2 O2(g) 2 CO2(g) + H2O(g)

Tendo en conta que a entalpa de formacin do osxeno(gas) cero:

H = 2 Hf

o (CO2) + Hfo (H2O) Hf

o (C2H2)

H = 2 (393,5) + (241,8) 223,75

Hf

o (C3H8) =1252,6 kJ/mol

Agora, podemos calcular a calor liberada ao queimar de 1 kg de acetileno:

H = =

2222

2222

3

HCdemol1

kJ6,1252

HCdeg26


03. termoquimica

Documents