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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