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Capítulo 6: TermoquímicaDr. Alberto Santana
Universidad de Puerto Rico
Recinto Universitario de Mayaguez
Departamento de Quımica
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 1/21
Introducción
Las rxns. químicas envuelven la TRANSFERENCIA de calor.
Ej: En una rxn de combustión se libera calor (energía en formade
calor). Esta energía se puede usar para hacer trabajo como mover un
pistón... el resto es historia.
Termodinámica: estudio del calor y el trabajo.
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 2/21
Tipos de energía
Energía cinética: se relaciona al movimiento.E = 1
2mv2
1. Energía térmica: toda la materia la posee
2. Energía mecánica
3. Energía eléctrica
Energía potencial: se debe a la posición de un objeto. Se le llama
energía almacenada.E = mgh
1. Energía potencial química: atracción entre e− y núcleos
2. Energía gravitacional
3. Energía electrostática: atracción entre iones positivos y
negativos
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 3/21
Conceptos importantes
Calor y temperatura: no son la misma cosa. Amayor energía térmica, mayor será el movimientoatómico o molecular.
Sistema y sus alrededores
Direccionalidad del flujo de calor (equilibriotérmico)
Proceso exotérmico
Proceso endotérmico
Unidad de energía: el joule (J). Anteriormente seusaba la caloría, 1 cal = 4.184 J (exacto).
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Ejercicio 6.1
Un electrón (masa= 9.11 × 10−31 kg) viaja a unavelocidad de5.0 × 106 m/s. ¿Cuál es la energía cinéticadel electrón en J y en cal?E = 1
2mv2
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Solución Ejercicio 6.1
Un electrón (masa= 9.11 × 10−31 kg) viaja a unavelocidad de5.0 × 106 m/s. ¿Cuál es la energía cinéticadel electrón en J y cal?
E =1
2mv2
=1
2(9.11 × 10−31 kg)(5.0 × 106 m/s)2
=1.1 × 10−17J = 2.7 × 10−18 cal
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 6/21
Primera Ley de la Termodinámica
Ley de conservación de la energía.La energía total del universo es constante.
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 7/21
Calor de reacción
Tipo de rxn Efecto signo deqendotérmica envase se enfría +exotérmica envase se calienta -
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Entalpía y cambios en la entalpía
Usualmente las rxns ocurren bajo condicionescontroladas. Lo más común es tener P constante,hablamos deqp.
Se define el cambio en entalpía,∆H: función deestado que se usa para determinar el calor transferidodurante una rxn. La entalpía es una propiedadextensiva (depende la cantidad de sustancia).
Puedo definir∆H = Hprod − Hreact = qp.
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Ejercicio 6.2
El amoniaco se quema en presencia de un catalizador dePt:
4NH3(g) + 5O2(g)Pt→ 4NO(g) + 6H2O(ℓ)
La rxn produce 1170 kJde calor. Decida si la rxn esexotérmica o endotérmica. ¿Cuál es el valor deq?
Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 10/21
Ecuaciones termoquímicas y estequiometría
4NH3(g) + 5O2(g)Pt→ 4NO(g) + 6H2O(ℓ), ∆H = −1170 kJ
4NO(g) + 6H2O(ℓ)Pt→ 4NH3(g) + 5O2(g),∆H = 1170 kJ
2NO(g) + 3H2O(ℓ)Pt→ 2NH3(g) +
5
2O2(g),∆H = 585 kJ
Ejercicio 6.5: ¿Cuánto calor se genera de la reacción de10.0 g de hidrazina?
2N2H2(ℓ) + N2O4(ℓ) → 3N2(g) + 4H2O(g), ∆H = −1049 kJ
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Calor específico y transferencia de calor
La cantidad de calor que se transfiere (q) durante unproceso se define como:
q = s · m · ∆T (1)
dondes es el calor específico(
Jg·◦C
)
, m es la masa de la
muestra (g) y∆T es el cambio en temperatura (◦C) elcual se calcula comoTf − Ti.
q = s · m · (Tf − Ti) (2)
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Algunos valores de s
Compuesto Nombre s(J/g ·◦ C)
NH3(ℓ) amoniaco 4.70H2O(ℓ) agua 4.184C2H5OH(ℓ) etanol 2.44H2O(s) agua 2.06Cu cobre 0.385Fe hierro 0.449
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Problema
Ejercicio 16: El calor específico del cobre es 0.385J/g ·
◦ C. ¿Qué cantidad de calor se necesita paracalentar 168 g de cobre desde -12.2 hasta 25.6◦C?
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Ley de Hess
Puedo usar ecuaciones termoquímicas conocidas paradeterminar el∆H de otras que no conozca.
C(s) + 12O2(g) → CO(g) ∆H1 = −110.5 kJ
CO(g) + 12O2(g) → CO2(g) ∆H2 = −283.0 kJ
C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H3 = ∆H1 + ∆H2
donde∆H3 = −393.5 kJ
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Problema de Ley de Hess
Ejercicio 6.8: Manganeso metálico se puede preparar dela rxn de dióxido de manganeso con aluminio.
4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s)
Usando las siguientes ecuaciones termoquímicas,determine el valor de∆H para la rxn anterior.
2Al(s) + 32O2(g) → Al2O3(s) ∆H1 = −1676 kJ
Mn(s) + O2(g) → MnO2(s) ∆H2 = −520 kJ
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Soluciónal ejercicio 6.8
Meta:4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s)Dado:
2Al(s) + 32O2(g) → Al2O3(s) ∆H1 = −1676 kJ (1)
Mn(s) + O2(g) → MnO2(s) ∆H2 = −520 kJ (2)Multiplico (1) por 2; invierto (2) y la multiplico por 3.
4Al(s) +����3O2(g) → 2Al2O3(s) ∆H1 = 2 × (−1676) kJ
3MnO2(s) → 3Mn(s) +����3O2(g) ∆H2 = 3 × (520) kJ
4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s) ∆H3 = −1792 kJ
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Entalpía de formación estándar
Estado estándar: se refiere a las condicionestermomdinámicas escogidas para comparar datatermodinámica. (1 atm de presión y usualmente25◦C de temperatura).
La entalpía es estas condiciones se llama,∆H◦.
Estado (o forma) de referencia: la forma más estable(estado físico y alótropo) de un elemento bajocondiciones estándares.
Podemos hablar de entalpía de formación estándar,∆H◦
f (o calor de formación estándar): cambio enentalpía para la formación de un mol de sustancia ensu estado estándar a partir de los elemento en susestados de referencia.
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∆H◦
rxn
Convertir grafito en diamante:
C(grafito) → C(diamante), ∆H◦
rxn =?
Defino∆H◦
rxn = H◦
f (prod) − H◦
f (react).
∆H◦
rxn = 1.897 kJ/mol − 0 = 1.897 kJ/mol
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Ejercicio 6.9
Calcule el calor de vaporización,∆H◦
vap de agua.
H2O(ℓ) → H2O(g), ∆H◦
vap
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