martes, 8 de octubre de 2013
Selectividad termoquímica
Selectividad Termoquímica
1.- Considere la combustión de
carbón, hidrógeno y metanol.
a) Ajuste las reacciones de
combustión de cada sustancia.
b) Indique cuales de los
reactivos o productos tienen entalpía de formación nula.
c) Escriba las expresiones para
calcular las entalpías de combustión a partir de las entalpías de
formación que considere
necesarias.
d) Indique como calcular la
entalpía de formación del metanol a partir únicamente de las entalpías de
combustión.
2.– Considere la reacción química siguiente:
2Cl(g) →Cl2(g)
Conteste de forma razonada:
a) ¿Qué signo tiene la variación
de entalpía de dicha reacción?
b) ¿Qué signo tiene la variación
de entropía de esta reacción?
c) ¿La reacción será espontánea a
temperaturas altas o bajas?
d) ¿Cuánto vale ΔH de la
reacción, si la energía de enlace Cl-Cl es 243 kJ·mol–1?
3 .- Sabiendo que la combustión
de 1 g de TNT libera 4600 kJ y considerando los valores de
entalpías de formación que se
proporcionan, calcule:
a) La entalpía estándar de
combustión del CH4.
b) El volumen de CH4,
medido a 25°C y 1 atm de presión, que es necesario quemar para producir la
misma energía que 1 g de TNT.
Datos: ΔHfº(CH4) = -75
kJ.·mol-1; ΔHfº(CO2)
= -394 kJ·mo1-1; ΔHfº(H2O(g)) = -242 kJ·mol-1
4.– Sea la reacción: CH3–CH=CH2(g)
+ HBr(g) →Producto(g)
a) Complete la reacción e indique
el nombre de los reactivos y del producto mayoritario.
b) Calcule ΔH de la reacción.
c) Calcule la temperatura a la
que la reacción será espontánea.
Datos. ΔSreacción 0 =
–114,5 J·K–1·mol–1; ΔHf 0(CH3–CH=CH2)
= 20,4 kJ·mol–1; ΔHf0(HBr) = –36,4 kJ·mol–1;
ΔHf0(producto mayoritario) = –95,6 kJ·mol–1
5.- En una reacción de combustión
de etano en fase gaseosa se consume todo el etano (equilibrio totalmente
desplazado hacia los productos):
a ) Escriba y ajuste la reacción
de combustión.
b) Escriba la expresión para el
cálculo de entalpía de reacción (ΔH°r) a partir de las entalpías
de formación (ΔH°f).
c) Escriba la expresión para el
cálculo de entropía de reacción (ΔS°r), a partir de las entropías (S°).
d) Justifique el signo de las
magnitudes ΔH°r y ΔG°r.
6 .- La entalpía para la reacción
de obtención de benceno líquido a partir de etino gaseoso,
3 C2H2→ C6H6es,
es -631 kJ.mol-1. En todo el proceso la temperatura es 25 °C y la
presión 15 atm. Calcule:
a) Volumen de etino necesario
para obtener 0,25 L de benceno líquido.
b) Cantidad de calor que se
desprende en dicho proceso.
c) Densidad del etino en dichas
condiciones.
Datos.- R = 0,082 atm·L·mol-1K-1;
d (benceno) = 0,874 g·cm-3; Masas atómicas: H=1, C= 12.
7.- En el proceso de
descomposición térmica del carbonato de calcio, se forma óxido de calcio y
dióxido de carbono. Sabiendo que el horno en el que ocurre el proceso tiene un
rendimiento del 65%, conteste a los siguientes apartados.
a) Formule la reacción y calcule
su variación de entalpía.
b) Calcule el consumo de
combustible (carbón mineral), en toneladas, que se requiere para obtener 500 kg
de óxido cálcico.
Datos.- ΔHfº carbonato de calcio
= 1206,9 kJ·mol-1; ΔHfº óxido de calcio = 393,1 kJ·mol-1
ΔHfº dióxido de carbono = 635,1
kJ·mol-1; 1 kg de carbón mineral desprende 8330 kJ
Masas atómicas: Ca = 40; O = 16
8.-A temperatura elevada, un mol
de etano se mezcla con un mol de vapor de ácido nítrico
que reacionan para formar
nitroetano (CH3CH2NO2) gas y vapor de agua. A
esa temperatura, la
constante de equilibrio de dicha
reacción es Kc = 0,050.
a) Formule la reacción que tiene
lugar.
b) Calcule la masa de nitroetano
que se forma.
c) Calcule la entalpía molar
estándar de la reacción.
d) Determine el calor que se
desprende o absorbe hasta alcanzar el equilbrio.
Datos. Masas atómicas: H = 1, C =
12, N = 14, O = 16.
Etano (g) Ác. nítrico (g)
Nitroetano (g) Agua (g)
ΔHºf (kJ·mol1) –124,6
–164,5 –236,2 –285,8
9.– Para la reacción 2NO (g) + O2
(g)→ 2NO2(g)
a) Calcule la entalpía de
reacción a 25 ºC.
b) Calcule hasta qué temperatura
la reacción será espontánea, sabiendo que para esta reacción ΔSo= -146,4 J·K–1
.
c) Si reaccionan 2L de NO,
medidos a 293K y 1,2 atm, con exceso de O2 ¿Cuánto calor se
desprenderá?
Datos. ΔHf (NO, g) =
90,25 kJ×mol–1; ΔH0 f (NO2, g) =
33,18 kJ×mol–1; R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1
10.– Para la reacción de
hidrogenación del eteno (CH2=CH2), determine:
a) La entalpía de reacción a 298
K.
b) El cambio de energía Gibbs de
reacción a 298 K.
c) El cambio de entropía de
reacción a 298 K.
d) El intervalo de temperaturas
para el que dicha reacción no es espontánea.
Datos a 298 K CH2=CH2 CH3–CH3
ΔHºf / kJ·mol–1 52,3 -84,7
ΔGºf / kJ·mol–1 68,1 -32,9
11 .-El clorato de potasio
(sólido) se descompone, a altas temperaturas, para dar cloruro
de potasio (sólido) y oxígeno
molecular (gas). Para esta reacción de descomposición, calcule:
a) La variación de entalpía
estándar.
b) La variación de energía de
Gibbs estándar.
c) La variación de entropía
estándar.
d) El volumen de oxígeno, a 25°C
y 1 atm, que se produce a partir de 36,8 g de cIorato de potasio.
Datos: Masas atómicas: K =39,1;
Cl=35,5;O=16,0
12.– La reacción de combustión
completa de un hidrocarburo saturado es:
CnH2n+2 +
(3n+1)/2 O2→n CO2 + (n+1) H2O. Justifique las
siguientes afirmaciones:
a) Si todos los hidrocarburos
tuviesen igual valor de entalpía de formación, se desprendería mayor cantidad
de energía cuanto mayor fuera el valor de n.
b) El valor de la entalpía de
reacción no cambia si la combustión se hace con aire en lugar de oxígeno.
c) Cuando la combustión no es
completa se obtiene CO y la energía que se desprende es menor.
d) El estado de agregación del H2O
afecta al valor de la energía desprendida, siendo mayor cuando se obtiene en
estado líquido.
Datos. ΔH0f
(kJ·mol–1): CO2 = –393, CO = –110, H2O(liq) = –285, H2O(vap)=
–241.
13 .– Uno de los métodos de propulsión de
misiles se basa en la reacción de la hidracina, N2H4(l),
y el peróxido de hidrógeno, H2O2(l), para dar nitrógeno
molecular y agua líquida, siendo la variación de entalpía del proceso –643
kJ·mol–1 .
a) Formule y ajuste la reacción
que tiene lugar.
b) ¿Cuántos litros de nitrógeno
medidos a 20 ºC y 50 mm de mercurio se producirán si reaccionan 128 g de N2H4
(l)?
c) ¿Qué cantidad de calor se
liberará en el proceso?
d) Calcule la entalpía de
formación de la hidracina, N2H4 (l).
Datos. R = 0,082 atm·L·K–1·mol–1;
ΔHf 0(H2O2,
l) = –187,8 kJ·mol–1;ΔHf 0(H2O, l) = –241,8 kJ·mol–1
Masas atómicas: H = 1; N = 14.
14 .- Sabiendo que se desprenden
890,0kJ por cada mol de CO2 producido según la siguiente reacción :
CH4(g) +2 O2(g) →CO2(g) + 2H2O(l),
calcule:
a) La
entalpía de formación del metano.
b) El
calor desprendido en la combustión completa de 1 kg de metano.
c) El
volumen de CO2 , medido a 25ºC y 1 atm, que se produce en la
combustión completa de 1 kg de metano.
Datos: Entalpías de formación
estándar (kJ.mol-1): H2O(l)= -285,8; CO2(g)=
-393,5
15 .- Los combustibles de automóvil
son mezclas complejas de hidrocarburos. Supongamos que la gasolina responde a
la fórmula C9H20, cuyo calor de combustión es ΔHc= -6160
kJ.mol-1, mientras que el gasoil responde a la fórmula C14H30
cuyo calor de combustión es ΔHc= -7940
kJ.mol-1.
a)
Formule las reacciones de combustión de ambos
compuestos y calcule la energía liberada al quemar 10 L de cada uno
b)
Calcule la masa de dióxido de carbono liberada
al quemar 10 L de cada uno
Datos: Densidades: gasolina= 718
g.L-1; gasoil= 763 g.L-1
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