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TERMODINÁMICA QUÍMICA
PROBLEMAS.
1.-
Para determinar el calor de la reacción:
S(s) + O2(g) ----> SO2(g)
se introducen 4,0 g de azufre en un vaso calorimétrico con exceso de oxígeno. Si después de la reacción 924 g de
agua, que rodean al vaso, incrementan su temperatura desde 21,81C hasta 31,51C, determine el calor asociado
con la reacción anterior. A partir del dato obtenido y sabiendo que la entalpía normal de formación del SO 3(g) vale
- 395 KJ, determine el calor a presión constante para la reacción:
SO2(g) + 2 O2(g) ---> SO3(g)
Desprecie el calor absorbido por el propio vaso calorimétrico.
DATO. Calor específico del agua: 4180 J/Kg.1C.
2.
La combustión del acetileno (C2H2) produce dióxido de carbono y agua.
a. Escriba la ecuación química correspondiente a dicho proceso.
b. Determine el calor molar de combustión del acetileno.
c. Determine el calor producido cuando se quema 1 Kg de acetileno.
DATOS.
ΔH0f(kJ/mol)
Acetileno
CO2
Agua(vap)
223,75
- 393,5
- 241,8
3.-
Dadas las siguientes reacciones a 1 at de presión:
H2(g) + Cl2(g) ----> 2 HCl(g)
ΔH1 = -184 KJ
2 H2(g) + O2(g) ----> 2 H2O(l)
ΔH2 = -483 KJ
a.)
) Se trata de reacciones endotérmicas o exotérmicas?.
b.) )Qué valor la asignaría a la entalpía normal de formación del HCl (g) ? . ) Y a la del H2O(l) ?.
c.)
Cómo relaciona el valor de ΔH para una reacción con las entalpías normales de formación de productos y
reactivos ?
4.-
La combustión, a la presión atmosférica de 1 at, de un gramo de metano, con formación de CO 2(g) y H2O(vap),
libera 50 KJ.
a.)
)Cuál es el valor de ΔH para la reacción:
CH4(g) + 2 O2(g) ---> CO2(g) + 2 H2O(vap)
b.) Si ΔHfo[CO2(g)] = -394 KJ/mol y ΔHfo[H2O(vap)] = -242 kj/mol, determine el valor de ΔHfo del metano.
5.-
Para la reacción química:
C(grafito) + 2 H2(g) ---> CH4(g)
C(grafito)
H2(g)
CH4(g)
ΔHfo(KJ/mol)
0
0
-74,8
So (J/K.mol)
5,74
130,7
186,9
A partir de estos datos,determine
a)
ΔHo . b) ΔSo . c) ΔGo para esta reacción. ) Qué le sugiere el valor obtenido para esta última magnitud ?.
6.-
Dadas las ecuaciones:
2 N2(g) + O2(g) ---> NO2(g) ΔH1 = -12,27 Kcal.
N2(g) + 2 O2(g) ---> N2O4(g) ΔH2 = -23,44 Kcal.
Hallar la variación de entalpía en la reacción;
N2O4(g) <===> 2 NO2(g)
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Selectividad
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1
CUESTIONES TEÓRICAS.
7.-
Comente las siguientes afirmaciones indicando razonadamente si le parecen correctas o corrigiéndolas si le
parece necesario:
a.)
La entalpía normal de formación del Na(l) es cero.
b.) El calor a presión constante y el calor a volumen constante para una misma reacción química presentan el
mismo valor.
c.)
La ley de Hess se cumple debido a que la variación de entalpía de una reacción depende del camino
recorrido por la misma.
8.-
La variación de energía libre, o de Gibbs, puede ser positiva, negativa o nula. ) Qué nos indica en cada caso ?.
9.-
Comente las siguientes afirmaciones indicando razonadamente si le parecen correctas o corrigiéndolas si lo
considera necesario:
a.)
En un sistema químico en equilibrio ΔGo vale cero.
b.) En un sistema químico en equilibrio ΔG vale cero.
c.)
En un sistema químico constituido por especies químicas gaseosas, una variación de la presión total de la
mezcla modifica la composición de la misma.
10.-
Un mol de un gas ideal es sometido a una transformación reversible desde un estado i a otro f y, posteriormente,
desde el estado f al i . )Cuál es la relación entre las ΔU ( U es la energía interna ) de las dos transformaciones?.
11.-
Comente las siguientes afirmaciones, indicando si le parecen correctas o no:
a.)
Una reacción exotérmica es una reacción espontánea.
b.) Una reacción en la que ΔS es positivo es una reacción espontánea.
c.)
Si en una reacción ΔH y ΔS son positivos, ΔG se hace más negativo al aumentar la temperatura.
12.-
La reacción de formación de agua (vap), a 251C y 1 at es exotérmica y para la ecuación química:
2 H2(g) + O2(g) <===> 2 H2O(vap)
el valor de la entalpía de formación es de -484 KJ.
Justificar si es correcto afirmar que en la formación de 18 g de agua (vap) (la masa molar del agua es 18,0), a
251C y 1 at se absorben 484 KJ.
13.-
Explica, razonadamente, si las siguientes reacciones serán siempre espontaneas, si no lo será nunca, o si su
espontaneidad depende de la temperatura, y, en este último caso, cómo es esa dependencia :
a)
N2(g) + 3 Cl2(g) ----> 2 NCl3(g)
ΔH > 0
b)
Mg(s) + H2SO4(ac) ----> MgSO4(ac) + H2(g)
ΔH < 0
c)
N2(g) + 3 H2(g) ----> 2 NH3(g)
ΔH < 0
d)
2 Ag2O(s) ----> 4 Ag(s) + O2(g)
ΔH > 0
14.-
) Qué condición debe de cumplir una ecuación química gaseosa para que el calor a presión constante sea igual al
calor a volumen constante, a la misma temperatura ?.
15.-
) Una reacción química en la que ΔG < 0 puede ser no espontánea?.
16.-
Para la reacción de combustión del butano:
2 C4H10(g) + 13 O2(g) ----> 8 CO2(g) + 10 H2O(g)
ΔH < 0
Indique razonadamente si, a la misma temperatura, el calor desprendido a presión constante es igual, mayor o
menor que el desprendido a volumen constante.
17.-
Haciendo uso de la ecuación que relaciona la variación de la energía libre de un sistema con la variación de la
entalpía y de la entropía, explica por qué algunas reacciones endotérmicas transcurren espontáneamente. ) Qué
relación debe existir entre ΔH y TΔS para que suceda esto ?. Por qué muchas reacciones endotérmicas que no son
espontáneas a temperatura ambiente sí lo son a temperaturas más elevadas ?.
18.-
La reacción química: A(g) + B(g) ---> C(g) se realiza en un recipiente cerrado (volumen constante).El calor puesto
en juego en dicha reacción equivale a:
a.)
La variación de energía interna del sistema reaccionante.
b.) La variación de entalpía de dicho sistema.
c.)
A cualquiera de las dos, ya que ambas presentan el mismo valor.
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Comente las tres afirmaciones anteriores, vindicando su validez o su invalidez, justificando sus respuestas.
19.-
El proceso: H2O(s) ---> H2O(l) es endotérmico y transcurre de forma espontánea a 1 at de presión y temperaturas
superiores a 2731K. Ello se debe a que:
a.)
Los procesos endotérmicos son siempre espontáneos a temperaturas superiores a 2731K.
b.) La entropía del agua en estado líquido es mayor que la entropía del agua en estado sólido.
c.)
El término TΔS para el mencionado proceso se hace mayor que ΔH a partir de temperaturas superiores a
2731K.
Comente las anteriores afirmaciones, referidas a la espontaneidad del mencionado proceso, indicando cuál o
cuáles la parecen correctas, razonando adecuadamente sus respuestas.
20.-
Comente razonadamente las siguientes afirmaciones, referidas a una reacción exotérmica que transcurre a presión
constante, indicando si le parecen correctas o corrigiendolas en caso necesario:
a.)
Se absorbe energía del entorno.
b.) La entalpía de los productos es mayor que la de los reactivos.
c.)
ΔH tiene signo negativo.
21.-
) Para cuál de los siguientes procesos químicos que a continuación se indican, la variación de entalpía para dicho
proceso representa el calor o entalpía normal de formación del correspondiente compuesto?.
Justifique sus respuestas
i.) Cl(g) + H(g) ---> HCl(g)
ii.) Na(l) + 2 Cl2(g) ---> NaCl(s)
iii.) H2(g) + 2 O2(g) ---> H2O(l)
22.-
La reacción química A(g) ---> 2 B(g) presenta un valor de ΔGo = - 50 KJ.
De lo indicado puede inferir que:
a.)
La reacción es exotérmica.
b.) La transformación de reactivos en productos es termodinámicamente favorable.
c.)
La reacción transcurre de forma rápida.
Indique si las anteriores afirmaciones la parecen correctas, corrigiendolas en su caso, razonando claramente sus
respuestas.
23.-
Considere los siguientes procesos químicos:
i.)
NaCl(s) ---> Na+(ac) + Cl-(ac) .
ii.)
I2(s)
---> I2(g) .
iii.) H2(g) + 2 O2(g) ---> H2O(l)
Indique, de forma cualitativa, el signo que debe corresponderle a ΔS para
respuestas.
24.
Si tenemos el equilibrio: CO2(g) + H2(g) <===> CO(g) + H2O(g)
) Cómo le afectará al deslazamiento del mismo:
a.
Un aumento de temperatura.
b.
Una reducción a la mitad del volumen del recipiente ?.
c.
) Qué relación existe entre Kp y Kc en este equilibrio?.
Razone todas las respuestas.
(Junio - 1999)
estos procesos. Justifique sus
ΔH < 0
CUESTIÓN PRACTICA.
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3
25.-
Se desea determinar el calor de la reacción:
HCl(aq) + NaOH(aq) ---> NaCl(aq) + H2O
Indique el procedimiento a seguir y describa el material que utilizaría. Si al mezclar 50 g de disolución 1 M de
HCl con 50 g de disolución 1 M de NaOH la temperatura de la disolución resultante se incrementa desde 211C
hasta 27,51C, determine el calor de la reacción indicada.
DATOS. Calor específico del agua 4180 J/Kg.1C.
Considere la densidad de la disolución como 1000 Kg/m3.
26.-
La disolución de NaOH(s) en agua es un proceso exotérmico, mientras que el proceso de disolución de nitrito de
sodio en el mismo disolvente es endotérmico. ) Como se verificaría experimentalmente en el laboratorio este
distinto comportamiento ?.
27.-
En un recipiente con unas paredes que son buenas conductoras del calor tiene lugar una reacción química
exotérmica. Si este recipiente, perfectamente cerrado, se introduce en otro recipiente que contiene abundante
hielo y agua además de un termómetro. ) Por qué no varia la temperatura en el recipiente exterior?.
28.-
Describa el procedimiento que seguiría para determinar, de forma aproximada, el calor de disolución del NaOH
en agua, indicando el material que utilizaría. Si al disolver 1,2 g de NaOH (s) en 250 g de agua el incremento de
temperatura de la disolución es 1,241C, calcule el calor molar de disolución del NaOH.
DATO. Ce(disolución) = 4,18 J/g1C.
29.-
Se quiere determinar la ΔH del proceso de disolución de un compuesto iónico AB. Indica el procedimiento a
seguir y el material a utilizar.
Si al disolver 0,2 moles de dicha sustancia en 500 ml de agua se produce un incremento de temperatura de 21C.
) Cuál será el valor de ΔH en J/mol para dicho proceso de disolución ?.
30.-
Se desea determinar el calor de la reacción:
HCl(ac) + NaOH(ac) ---> NaCl(ac) + H2O
Indica el proceso a seguir y describe el material a utilizar. Si al mezclar 50 ml de ácido clorhídrico 1 M con 50
ml de disolución de hidróxido de sodio 1 M la temperatura varia de 211C a 27,51C, ) cuál será el calor de la
reacción anterior?.
DATOS. Ce(agua) = 4180 J/Kg.1C ;Densidad de las disoluciones= 1 g/ml.
31.-
Indique el procedimiento a seguir y describa el material a utilizar para la determinación, de forma aproximada,
del calor de disolución del hidróxido de sodio en agua. Si se disuelven 0,4 g de NaOH en 100 g de agua, la
temperatura de la disolución se incrementa en 1,031C . A partir de estos datos determine el valor de ΔH para el
proceso químico :
NaOH(s) ---> Na+(ac) + OH-(ac)
32.-
Se desea determinar en el laboratorio, de forma aproximada, el calor de neutralización entre disoluciones 0,1 M
de HCl(ac) y NaOH(ac) . Para ello dispone de 100 c.c de disolución 0,1 M de ácido y un frasco conteniendo
NaOH en forma de lentejas. Indique el procedimiento a seguir (incluyendo la preparación de la disolución 0,1
M de hidróxido de sodio) y describa el material a utilizar. Si en la reacción se liberan 550 J, ) Qué valor
asignaría al calor molar de neutralización entre ambas especies ?.
DATO. Considere el valor del calor especifico = 4180 J/Kg.1C .
33.-
Para determinar en el laboratorio el calor de disolución del NaOH (s) en agua . ) Qué material se necesita ?.
Describa detalladamente el procedimiento a seguir.
(Sept-1993)
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