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CUESTIONES Y PROBLEMAS DE TERMOQUÍMICA
1.- Un sistema realiza un trabajo de 150 J sobre el entorno y absorbe 80 J de calor. Halla la variación de la energía interna.
Sol: ΔUU^ =^ -70 J
2.- Para cierto proceso termodinámico, Q = 40 J y W = 25 J. Se repite el proceso en otras condiciones, pero empezando y terminando en los mismos estados. Calcula W en el segundo proceso si en este Q = -8 J. Sol: W= 73 J 3.- a) ¿Son siempre distintos los calores de reacción a volumen constante y a presión constantes?. b) Discute su relación para una reacción exotérmica en la que se produce un aumento de volumen. c) ¿No es una contradicción que Qp sea distinto de Qv para una determinada reacción?. 4.- Un gas está encerrado en un recipiente de paredes adiabáticas (no transfiere calor al exterior). Calcula la variación de energía interna cuando el volumen se reduce 50 cm^3 a la presión de 4 atm.
Dato: 1 atm = 101.300 Pa. , Sol: ΔUU^ =^20 ,^^26 J
5.- Deduce el valor de R en el S.I. Dato: 1 atm = 101.300 Pa. 6.- El calor de combustión del metano a volumen cte. es - 885,4 kJ/mol, a 298 K y 1 atm. Calcula el calor de combustión a presión constante. Dato: R = 8,31 J /mol .K Sol: - 890,35 kJ/mol 7.- A 1 atm y 298 K se quema CO para convertirlo en CO 2. Si se queman 14 g de CO, calcula: a) Variación de volumen. b) Trabajo exterior producido. c) Calor desprendido a presión constante. d) Variación de energía interna. Datos: ΔU^ Hf (kJ/mol) CO = -110 , CO 2 = - 393,5 ; Mat C =12 , O =16 ; 1 atm = 101. Pa Sol: a) – 6,109 litros. b) 618,84 J. c) –141,75 kJ, d) –141,13 kJ. 8.- A partir de los siguientes datos a 298 K y 1 atm: H 2 SO4 (aq) + Zn (^) (s) →^ ZnSO4 (aq) + H2 (g) ; ΔUH^ = - 335,1 kJ 2 H2 (g) + O2 (g) →^ 2 H 2 O (^) (l) ; ΔUH^ = - 571,6 kJ H 2 SO4 (aq) + ZnO (^) (s) →^ ZnSO4 (aq) + H 2 O (^) (l) ; ΔUH^ = - 211,4 kJ Calcula la entalpía estándar de formación del óxido de cinc. Sol: - 409,5 kJ/mol. 9.- Sabiendo que los calores de combustión del eteno, carbono e hidrógeno son respectivamente -337,3 , -94,05 y -68,4 kcal/mol, calcula el calor de formación del eteno. Sol: +12,4 kcal/mol 10.- En condiciones estándar, en la combustión de 14,5 g de butano se desprenden 172 kcal. Sabiendo que los calores de formación estándar del CO 2 y del H 2 O(l) son respectivamente -94 y -68,3 kcal/mol. Calcula: a) El calor de formación del butano. b) El calor de combustión del butano a volumen constante.
Datos: Mat C =12 , H =1 ; 1 cal = 4,18 J , Sol: a) -29,5 kcal/mol. b) - 685,9 kcal/mol. 11.- Dadas las siguientes reacciones: I2 (g) + H2 (g) →^ 2 HI (^) (g) + 3,34 kJ I2 (s) + H2 (g) →^ 2 HI (^) (g) - 50,16 kJ I2 (g) + H2 (g) →^ 2 HI (^) (aq) + 112,02 kJ Calcula: a) El calor molar latente de sublimación del yodo. b) El calor molar de disolución del yoduro de hidrógeno. Sol: a) 53,5 kJ. b) -54,34 kJ. 12.- En la fermentación de la glucosa (C 6 H 12 O 6 ) se obtiene alcohol etílico y dióxido de carbono. Calcula la variación de entalpía en la fermentación de la glucosa e indica si el proceso es exotérmico o endotérmico. Datos: Qcombustión de la glucosa = -2813,4 kJ/mol , Qcombustión del etanol = -1367,12 kJ/mol. Sol: - 79,16 kJ. 13.- Sabiendo que los calores de formación en condiciones estándar del FeS 2 , SO 2 y Fe 2 O 3 son respectivamente - 35, -70,9 y -198,5 kcal/mol. Calcula el calor de la siguiente reacción: 4 FeS2 (s) + 11 O2 (g) →^ 8 SO2 (g) + 2 Fe 2 O3 (s). Sol: - 824,2 kcal. 14.- Las entalpías estándar de formación del butano, CO 2 y H 2 O (^) (l) son respectivamente
- 124,73 kJ/mol, - 393,5 kJ/mol y - 285,85 kJ/mol. Calcula: a) ¿Cuántas calorías suministra la combustión de 4 kg de butano contenidos en una bombona?. b) El volumen de aire consumido en la combustión si la temperatura es de 25ºC y 1atm, sabiendo que el aire contiene un 20% en volumen de O 2. Datos: Mat C =12 , H =1 ; 1 cal = 4,18 J Sol: a) 47,49.10^3 kcal. b) 54.773,2 litros. 15.- ¿Qué cantidad de calor hay que suministrar a 1 Tm de piedra caliza del 80% en carbonato cálcico para descomponerla en cal viva (CaO) y dióxido de carbono, suponiendo un rendimiento de la reacción del 75% en cuanto al aprovechamiento de energía?. Dato: Calor de disociación térmica = + 42,55 kcal/mol. Sol: 453,87.10^3 kcal. 16.- El calor de combustión de etano (^) (g) es – 373 kcal/mol. Admitiendo que se utilice el 60% del calor, ¿cuántos litros de etano medido en c.n. deben quemarse para suministrar suficiente calor para elevar la temperatura de 50 kg de agua desde 1ºC hasta 90ºC ?. Dato: Ce del agua = 1 cal/g .ºC Sol: 445,3 litros. 17.- Teniendo en cuenta los siguientes datos a 1 atm. y 298 K: Entalpía estándar de formación del metano = - 74,9 kJ/mol Calor de sublimación del grafito = 718 kJ/mol Energía de disociación del hidrógeno = 436 kJ/mol Calcula la energía de disociación o energía media del enlace C – H del metano. Sol: 416,2 kJ/mol.
Sol: 48,84 kcal. 27.- ¿Cuánto valdrá el calor de reacción entre el cloruro sódico y el nitrato de plata? Datos: ΔU^ Hf ( kcal/mol): NaCl = -97,11 , AgNO 3 = -2,8 , AgCl = -30,3 , NaNO 3 = - 106, Sol: -37,07 kcal/mol. 28.- Calcula el calor desprendido al obtener 300 g de decano a partir de sus elementos, sabiendo que el calor de combustión es -1610,2 kcal/mol y que los calores de formación del CO 2 y del H 2 O son respectivamente –94,05 y –68,8 kcal/mol. Datos: Mat C =12 , H = Sol: 184 kcal. 29.- Calcula el calor necesario para obtener 100 g de Ca(OH) 2 a partir de carbonato cálcico. Datos: ΔU^ Hf (kcal/mol): CaCO 3 = -289,1 , CO 2 = -94,05 , CaO = -151,7 , Ca(OH) 2 = -236; H 2 O = -68,8. Datos: Mat Ca = 40 , C = 12 , O = Sol: 37,63 kcal. 30.- a) Calcula ΔU^ G para la reacción de disociación del tetróxido de dinitrógeno en dióxido de nitrógeno a 298 K y a 373 K. b) Discute la espontaneidad de la reacción. Datos : ΔU^ Hf N 2 O 4 = 9,16 kJ/mol , ΔU^ Hf NO 2 = 33,2 kJ/mol Sf N 2 O 4 = 0,304 kJ/mol.K , Sf NO 2 = 0,24 kJ/mol .K Sol: a) 4,792 kJ/mol. b) - 8,408 kJ/mol. EJERCICIOS COMPLEMENTARIOS DE P.A.U. 1.- Se desea conocer la variación de entalpía que se produce en la combustión del etino. Para ello se dispone de las entalpías estándar de formación del agua líquida, dióxido de carbono gas y etino gas, que son respectivamente: -284 kJ/mol ,-393 kJ/mol y -230 kJ/mol. Calcula también el calor desprendido cuando se queman 1000 kg de etino. Datos: Ar (H) = 1 , Ar (C) = 12 Sol: -840 kJ/mol ; 3,23 10^7 kJ 2.- Razona la veracidad o falsedad de las afirmaciones: a) Todas las reacciones exotérmicas son espontáneas. b) En una reacción endotérmica y espontánea la entropía aumenta. c) Una reacción espontánea no puede ser endotérmica 3.- Una reacción química tiene ΔU^ H = 98 kJ y ΔU^ S = 125 J. K-1. Justifica en que intervalo de temperaturas será espontánea. 4.- La reacción global del proceso de fotosíntesis es : 6 CO 2 (g) + 6 H 2 O(l) C 6 H 12 O 6 (s) + 6 O 2 (g)
Sabiendo que a 25ºC la variación de entalpía de la reacción es 3402,8 kJ y que las entalpías estándar de formación de CO 2 (g) y del H 2 O(l) son -393,5 y -285,8 kJ respectivamente, determina la entalpía estándar de formación de la glucosa. Sol: -670 kJ/mol 5.- Las entalpías estándar de formación del metanol (líquido), dióxido de carbono (gas) y agua (líquida) son, respectivamente: -239,1 , -393,5 y -285,8 kJ/mol. Calcula ΔU^ H y ΔU (^) U del proceso de combustión del metanol a 25ºC. Sol: ΔU^ H= -726 kJ/mol; ΔU^ U = -724,76 kJ/mol.K 6.- En algunos países se utiliza el etanol como sustituto de la gasolina en los motores de los automóviles. Suponiendo que la gasolina esté compuesta únicamente por octano: a) Calcula la variación de entalpía de combustión del octano y del etanol. b) ¿Qué compuesto produce más calor por kg de combustible quemado? Datos: Masas atómicas: H = 1 ; C = 12 ; O = 16 ΔU (^) Hf (kJ/mol): Etanol(l) = -278 , Octano(l) = -270 , H 2 O(l) = -286 , CO 2 (g) = - Sol: a) – 5456 kJ/mol , - 1368 kJ/mol , b) octano 7.- Dada la siguiente reacción, sin ajustar, en fase gaseosa: Amoníaco + Oxígeno Monóxido de Nitrógeno + Agua a) Calcula el calor de reacción estándar. b) Calcula el calor absorbido o desprendido (especificar), cuando se mezclan 5 gramos de amoníaco con 5 gramos de oxígeno. Datos: ΔU^ Hf (kJ/mol): Amoníaco = - 46 , Monóxido de nitrógeno = 90 , Agua = - masas atómicas: N = 14 , H =1 , O = 16 Sol: a) – 227 kJ/mol , b) 28,33 kJ
