Universidad Nacional Experimental del Tchira. Departamento de Qumica. Qumica General II. Prof. Marisabel Vivas Morales

Gua de Problemas Qumica General II.

Tema III: Termoqumica.

1.- Una muestra de 1,620g de naftaleno, C10H8(s), se quema por completo en una bomba calorimtrica y se observa un aumento de la temperatura de 8,44C. Si el calor de combustin del naftaleno es -5156Kj/mol. Cul es la capacidad calorfica de la bomba calorimtrica? 2.- Se quema en una bomba calorimtrica una muestra de 1,397g de Timol, C10H14O(s), sustancia empleada como conservante y antisptico. La temperatura aumenta 11,23C y la capacidad calorfica del calormetro es 4,68kj/C. Cul es el calor de combustin del timol? 3.- En una bomba calorimtrica se realiza un experimento con xilosa, C5H10O5(s), como sustancia combustible, obtenindose los siguientes datos:

Masa xilosa quemada: 1,183 g Capacidad calorfica del calormetro: 4,728 kJ/C Temperatura inicial del calormetro: 23,29C Temperatura final del calormetro: 27,19C

Cul es el calor de combustin de la xilosa, expresado en Kj por mol? Escriba la ecuacin qumica para la combustin completa de la xilosa, indicando el valor de H en esta ecuacin 4.- Se quema en exceso se oxgeno una muestra de 1,148 g de cido benzoico en una bomba que est inmersa en 1181 g de agua. La temperatura del agua se eleva de 24,96 a 30,25C. El calor de combustin del cido benzoico es -26,42kJ/g. En otro experimento se quema en la misma bomba calorimtrica una muestra de carbn en polvo de 0,895 g. la temperatura de 1162 g de agua se eleva de 24,98 a 29,81C. Cuntas toneladas mtricas de ese carbn deben quemarse para liberar un calor de 2,15x109kj? 5.- Se combinan 50 mL de HCl 1.0 M y 50 mL de NaOH 1.0 M en un calormetro a presin constante. La temperatura de la disolucin cambia de 21.0 C a 27.5 C. Calcula el cambio en la entalpa de la reaccin (suponiendo que la densidad de la disolucin es de 1.0 g/mL, y que su calor especfico es igual al del agua pura). 6.- Un calormetro de vaso de poliestireno contiene 100,0 mL de HCl 0,300 M a 20,3C. Cuando se aaden 1,82 g de Zn(s), la temperatura se eleva hasta 30,5C. Cul es el calor de reaccin por mol de Zn? Suponga que no se pierden calor hacia los alrededores.

Zn(s) + 2 H+(ac) Zn+2(ac) + H2(g)

7.-Cul de las siguientes reacciones se refiere al Hf del HCl(g)?

a) 1/2H2(g)+ 1/2Cl2(g) HCl(g)

b) NaCl(s) + H2SO4(l) NaHSO4(s) + HCl(g) c) Todas las respuestas son correctas.

d) H2(g)+ Cl2(l) HCl(l)

e) H2(g)+ Cl2(g) 2HCl(g) 8.- Calcular la entalpia de formacin del etano a partir de los datos suministrados por la tabla y la siguiente reaccin:

2 C6H14(l) + 19 O2(g) 12 CO2(g) + 14 H2O(l) H = -8326 kJ 9.- El calor de formacin molar del H2O2(l) es de -187.8 kJ/mol; en cambio, para el H2O(l), es de -285.8 kJ/mol. Calcula el calor de reaccin de:

2H2O2(l) 2H2O(l) + O2(g) 10.- El calor molar de formacin del benceno, C6H6(l), es de 49,028 kJ/mol; del acetileno, C2H2(g), es de 226,7 kJ/mol. Cul es el calor de reaccin para la formacin de exactamente 1mol de C6H6(l) a partir de C2H2(g)?

a) -631,1 kJ b) +24,5 kJ c) -177,7 kJ d) 177,7 kJ e) 631,1 kJ

11.- La reaccin neta que tiene lugar en la fotosntesis de las plantas es:

6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H12O6(s) + 6 O2(g) H=2803 kJ Determine la entalpia estndar de formacin de la glucosa, C6H12O6, a 298K, a partir de esta ecuacin y los calores de formacin del H2O, el CO2. 12.- El bicarbonato de calcio puede descomponerse de acuerdo a la ecuacin:

Ca(HCO3)2(s) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g) Si conocemos que los calores de formacin en (kJ/mol) son; Ca(HCO3)2(s), -1207; CaCO3(s), -1354; H2O(l), -285.9; CO2(g), -393.5. Cul es el cambio en el calor cuando 2,5 g of Ca(HCO3)2(s) se descomponen por completo en un recipiente cerrado? 13.- El calor molar de combustin del etanol, C2H6O(l), es de -1368 kJ/mol. El calor molar de formacin del H2O(l) es de -285.83 kJ/mol; del CO2(g), es de -393.51 kJ/mol. Cul es el calor molar de formacin del etanol?

a) -295 kJ/mol b) -277 kJ/mol

c) 295 kJ/mol d) 688 kJ/mol

e) -688 kJ/mol

14.- El calor producido por la combustin de 1,00 g de benceno (C6H6(l), Hcomb = -3268 kJ/mol) se absorbe por 100,0 g de agua a 0,0C. Calcula la temperatura final del agua.

a) 100,0 C b) 89,5 C

c) 90,0 C d) 95,9 C

e) 78,1 C

15.- El calor de combustin del propeno, C3H6(g), es -2058kJ/mol C3H6(g). Utilice este valor y los calores de formacin estndar para calcular el calor de hidrogenacin de propeno a propano, segn la reaccin: CH3CH=CH2(g) + H2(g) CH3CH2CH3(g) H = ? 16.-Cul ser el volumen de agua que se podr llevar a ebullicin y convertido en vapor desde la temperatura inicial de 34C al quemar 136Kg de metanol, CH3OH, teniendo en cuenta que se aprovecha el 87% del calor desprendido por el alcohol durante su quema y sabiendo que su calor de combustin es -726,3Kj/mol? 17.- Un gas natural tiene una composicin de 83,0 por ciento de CH4, 11,2 por ciento de C2H6 y 5,8 por ciento de C3H8, en moles. Se quema a presin constante y en exceso de oxigeno una muestra de 385L este gas, medida a 22,6C y 739 mmHg. Cunto calor, expresado en kilojulios, se libera en la reaccin de combustin? 18- Utilice la ley de Hess para determinar H de la reaccin C3H4(g) + 2H2(g) C3H8 (g)

H2(g) + O2(g) H2O(l) H = -285,8 kJ C3H4(g) + 4 O2(g) 3 CO2(g) + 2 H2O(l) H = -1937 kJ C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l) H = -2219,1 kJ

19.- La reaccin para la hidrogenacin de Acetileno se muestra a continuacin:

__ C2H2 (g) + __ H2 (g) ___ C2H6 (g) Compruebe si la hidrogenacin del acetileno es endotrmica a condiciones estndar a partir de los siguientes datos:

H2O (l) Hf = -285,8 kj/mol

C2H2 (g) + 5/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + H2O (l) H = -1297 kj/mol

C2H6 (g) + __O2 (g) __CO2 (g) + __H2O (l) H = -1550 kj/mol 20.- Calcular el calor de formacin del metano (CH4) utilizando los siguientes datos.

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l) H = -887,0 Kj/mol.

C(s) + O2(g) CO2(g) H = -393,5 Kj/mol.

H2(g) + O2(g) H2O(l) H = -285,8 Kj/mol. 21.- El sustituto de gas natural (SGN) es una mezcla de gases que contiene CH4(g) y que puede utilizarse como combustible. Una reaccin para obtener esta mezcla es

4 CO(g) + 8 H2(g) 3 CH4(g) + CO2(g) + 2 H2O(l) H = ? Utilizando los datos adecuados de entre los que se dan a continuacin, calcule H para esta reaccin del SGN.

C(grafito) + 1/2 O2(g) CO(g) H = -110,5 kJ CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g) H = -283,9 kJ H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H = -285,8 kJ C(grafito) + 2 H2(g) CH4(g) H = -74,81 kJ CH4(g) + 2 O2(g) CO2(g) + H2O(l) H = -890,3 kJ

22.- Dadas las siguientes ecuaciones termoqumicas, calcular el calor latente molar de sublimacin del Iodo.

I2(g) + H2(g) 2HI(g) H = 0,8 Kcal

I2(s) + H2(g) 2HI(g) H = -12,0 Kcal 23.- El carbono se presenta naturalmente en dos formas alotrpicas, grafito y diamante. La entalpa de combustin del grafito es de -393.5 kJ, en tanto que la del diamante es de -395.4 kJ Calcula H de la reaccin de conversin de grafito a diamante

C(grafito) + O2(g) CO2(g) H = -393.5 kJ C(diamante) + O2(g) CO2(g) H = -395.4 kJ

24.- Calcular la variacin de entalpia a 1000K asociada a la siguiente ecuacin:

C6H6(g) + 3H2(g) C6H12(g) Sabiendo que:

C6H6(g) + 15/2 O2(g) 6CO2(g) + 3H2O(l) H = -3301,5 kJ/mol

C6H12(g) + 9 O2(g) 6CO2(g) + 6H2O(l) H = -3951,4 kJ/mol

H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(l) H = -285,9 kJ/mol Cp(C2H6(g)) = 4,30 kJ/mol K Cp(H2(g)) = 27,30 kJ/mol K Cp(C6H12(g)) = 0,87 kJ/mol K

25.- Para la siguiente reaccin: C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(l). a.- Es Exotrmica o Endotrmica a 25C. b.- Es espontanea a 25C. c.- Determine la entropa estndar del CO2. d.- Calcule el calor de reaccin a 450C. 26.- Determine si la reaccin siguiente es espontnea a condiciones estndar

2H2S (g) + SO2 (g) 2H2O (l) + 3S(s) 27.-Cul debe ser la temperatura si la siguiente reaccin tiene G = -45,5kJ, H = -24,6 kJ y S = 15,2 J/K? Fe2O3(s) + 3 CO (g) 2 Fe(s) + 3 CO2 (g) 28.- El nitrato de amonio slido se descompone a xido de dinitrgeno gas y agua lquida. Qu valor toma G a 298K? Esta favorecida la reaccin de descomposicin a temperaturas por encima o por debajo de 298K?

28.- Conociendo las propiedades termodinmicas, en condiciones estndar, para las sustancias que intervienen en la reaccin

C2H2 (g) + H2 (g) C2H4 (g) a) Halle el calor de reaccin a 698K. b) Es espontanea a 698K?

c) Que explica o justifica el signo de S de la reaccin? 29.- Dada la siguiente reaccin a 25C:

4NO(g) + 6H2O(l) 4NH3 (g) + 5 O2(g)

Calcule H y E a 323C en unidades de Kcal. Recuerde los datos de la tabla. Indique si espera que la entropa del sistema aumente o disminuya en cada una de las siguientes reacciones. Si no puede indicarlo simplemente con la ecuacin, explique por qu. (Ecuaciones sin ajustar)

a) CCl4(l) CCl4(g) b) CuSO4.3H2O (s) + 2 H2O(g) CuSO4.5H2O (s) c) SO3(g) + H2 (g) SO2(g) + H2O(g) d) H2S(g) + O2(g) H2O(g) + SO2(g)

30.- Se desea conocer si una reaccin es exotrmica o endotrmica a una temperatura Tx. En estas condiciones se determin que las variaciones de entropa para C y B fueron de 0,02782 Kcal/K y -0.00517 Kcal/K respectivamente. La reaccin en condiciones estndar es:

3 A(g) + 2 B(s) 4 C(l) (Utilice para los datos de tabla A= COCl2, B= Ca y C= HCN las unidades de energa deben estar referidas en Kcal, utilice tres decimales y R= 2x10-3 Kcal/(mol K)) 31.- La reaccin mostrada ocurre de forma espontanea a una temperatura Tx con un cambio de energa libre de -34831,57 Kcal sin embargo para el proceso empleado es indispensable que a esta temperatura la sustancia C se encuentre en fase gaseosa y que no se forme ningn vapor de B. Al llevar a cabo la reaccin a Tx se produce un cambio de entropa del sistema de 127,01464 kcal/K y la entropa asociada al enfriamiento de los reactivos es de -3,207139 kcal/K. Calcular la temperatura a la cual se lleva a cabo la reaccin, el calor de reaccin a la temperatura Tx y el cambio de energa interna de la reaccin.

2A (g) + 2 B(s) 5 C(l) a 298 K y 1 atm

Su

sta

nci

a

H

f

Kca

l/m

ol

G

f

Kca

l/m

ol

S

cal/

mo

l K

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l K

Cp

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K

H

ffv

ap

Kca

l/m

ol

A -11 -3,98 46 3,56 4,45 8,52 195,4 1351 239,76 5381

B 0 0 6,97 4,56 5,67 3,45 453,7 722,8 1604 32190

C -68,3 -56,7 16,7 9 18 7,92 273,2 1436,3 373,15 9717

32.- Con el fin de disminuir el tiempo de reaccin para la obtencin de oxigeno gas, se aument la temperatura de un reactor desde 25C hasta una temperatura Tx. En estas condiciones el Oxido de Mercurio se encontraba en forma slida, se determin la variacin de

entropa (S2) siendo este valor de 47,74 Kcal/K y la relacin existente entre S3 y S1 era de -

2551,33. Se desea determinar: Tx, H(Tx), G(Tx), E(Tx),. (utilice solo las tablas anexas, las unidades de energa deben estar referidas en Kcal y utilice la trayectoria anexa) R = 2x10-3 Kcal/mol K

33.- Con el fin de disminuir los niveles de contaminacin para la produccin de C, se incrementa la temperatura (Tx) en un reactor hasta un valor que se encuentra entre las temperaturas de ebullicin de C y X. Dicha temperatura no permite la presencia de X en fase gas para evitar la contaminacin del aire. Durante todo el proceso se determin que para la temperatura Tx el calor de reaccin fue de -32360,01 Kcal, la variacin de la energa libre de Gibbs fue de 1,88 x 104 Kcal y la energa necesaria para calentar los reactivos fue 32510,61 Kcal. Se pide calcular: Tx, S(Tx) y E(Tx) Reaccin en condiciones estndar: 2X(s)+ 3B(l) 4C(l)

Propiedades de X

(Utilice para los datos de tabla B= H2O y C= Hg las unidades de energa deben estar referidas en Kcal y R= 2x10-3 Kcal/(mol K)) 34.- Las compresas fras instantneas, que se emplean para tratar lesiones de los deportistas, contienen NH4NO3 slido y una bolsa de agua. Cuando el paquete se comprmela bolsa se rompe y el slido se disuelve, con lo que disminuye la temperatura gracias a la reaccin endotrmica

NH4NO3(s) NH4NO3(ac) H = +25,7 kJ Cul es la temperatura final de una de esas compresas fras, que contiene 50,0 g de NH4NO3 disuelto en 125 ml d agua? Suponga un calor especifico de 4,18 J/(gr C) para la disolucin, una temperatura inicial de 25C y ninguna transferencia de calor entre la compresa fra y el ambiente. 35.- A continuacin se muestra el esquema de una paila panelera donde se realiza el proceso de concentracin del jugo de caa. La etapa mostrada consiste en la evaporacin de parte del agua contenida en el jugo con la finalidad de concentrar la glucosa. Para lograr esta evaporacin se usa vapor de agua a 120C, a estas condiciones el vapor condensa con un

Pf (C) Pe(C) Hf(Kcal/mol) G(Kcal/mol) S(cal/molK) Hfus(Kcal/mol) Hvap(Kcal/mol) Cp(s) (cal/molC) Cp(l) (cal/molC)

200 380 31,2 28,7 48,2 1671 13 16,9 8,58

cambio de energa igual a 569,44 cal/g. Si se emplean 20kg de vapor de agua Cunta agua puede evaporarse del jugo de caa si este se encuentra inicialmente a 25C? Suponga que el agua del jugo ebulle a 100C, que su calor especifico es 1 cal/g C y su entalpia de vaporizacin es 575,78 cal/g.

36.- La glicerina (C3H8O3) es un producto industrial usado en la elaboracin de cosmticos y medicamentos en forma de jarabes debido a su baja toxicidad, entre sus propiedades fsicas encontramos que tiene una densidad de 1,261 g/ml, un punto de fusin de 17,85C y de ebullicin de 289,85C. Se requiere calentar cierta masa de glicerina hasta 150C y para ello se queman 1000 Kg de Propano (C3H8) mediante la siguiente reaccin:

C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (g) (H = X Kj/mol C3H8) Debido a las condiciones del sistema empleado la reaccin debe ocurrir a 80C, y el 85% de la energa producto de esta reaccin se emplea para calentar la glicerina que se encuentra almacenada a 13C, Cuntos litros de glicerina pueden calentarse con esta masa de propano? Calor especifico glicerina: 2,43 Kj/Kg C (lquido) y 1,56 Kj/Kg C (slido) Entalpia molar de fusin: 176 Kj/Kg 37.- En una compaa que almacena combustibles sucede un accidente, debido a un error cometido por algn empleado se produce la quema de 10Kg de acetileno (C2H2). El cuarto de almacn se encontraba a 75C y las sustancias se estaban almacenadas como se muestra en la figura. Suponga que al producirse el incendio una parte de la energa liberada por la reaccin se gasta en calentar la sustancia que encontraba al lado de la bombona de acetileno (mercurio). Qu temperatura alcanza el mercurio si existen 300 Kg. de este metal en el almacn que absorben 50% de la energa producto de la reaccin?

Propiedades Termodinmicas a 298,15 K. (Termoqumica y Equilibrio de Fases)