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QUÍMICA Entrega hasta el lunes 25 de mayo, a las 9:00 h. B4. Trans. energéticas y espontaneidad SOLUCIONES Unidad 4 y 5 del libro de texto

Muchas respuestas están tomadas de actividades realizadas por alumnos y

alumnas de BC1A y de BC1B. ¡Enhorabuena por el buen trabajo realizado! En este documento han colaborado con sus respuestas Jaime Marín, Inés García González, Inés García Pando, Iván Montiel, Sandra Ladero, Lucas Schuller y otras personas del BC1A y del BC1B. ¡Muchas gracias por vuestras aportaciones!

Contenidos:

- Termodinámica. Equivalente mecánico del calor. - Sistemas termodinámicos. Primer principio de la termodinámica. Energía interna. - Entalpía. Ecuaciones termoquímicas. Diagramas entálpicos. - Ley de Hess. - Segundo principio de la termodinámica. Entropía. - Factores que intervienen en la espontaneidad de una reacción química. Energía de Gibbs. - Consecuencias sociales y medioambientales de las reacciones químicas de combustión.

1. Razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) La energía interna de un sistema es una magnitud extensiva.

b) En un proceso, la variación que se produce en la energía interna de un sistema es igual a la suma del calor intercambiado más el trabajo realizado por o sobre el sistema.

En QUÍMICA, emplearemos SIEMPRE la primera formula, siguiendo el criterio de signos establecido por la IUPAC para el calor

y el trabajo: ΔU = Q + W

Toda la energía que ENTRA se considera positiva (el sistema absorbe calor o el exterior realiza un trabajo sobre el sistema).

Toda la energía que SALE se considera negativa (el sistema desprende calor o el realiza un trabajo sobre el exterior).


c) Según el criterio de signos de la IUPAC, si en un proceso un sistema intercambia 19 J en forma de calor con el exterior, y como consecuencia de ello su temperatura pasa de 40ºC a 24ºC, ese calor intercambiado tiene signo negativo.

d) Si un sistema intercambia 19 J en forma de calor con el exterior, experimenta un proceso adiabático.

e) El trabajo intercambiado en un proceso isócoro es nulo.

f) Si dos sistemas materiales tienen la misma masa y reciben la misma cantidad de calor, se puede afirmar que experimentan la misma variación de temperatura.

g) Un proceso isobárico es aquel en el que cambia la presión.

h) La unidad de calor en el S.I. es el Kelvin.


2. Razona la veracidad o falsedad de las siguientes afirmaciones:

a) Tienes café en un termo pero cuando te vas a servir una taza notas que se ha enfriado. Alguien te sugiere que agites enérgicamente el recipiente antes de servirte y así su temperatura aumentará.

b) Todas las reacciones endotérmicas son espontáneas.

Falso: la espontaneidad implica que la variación de la energía de Gibbs sea negativa, es decir, una disminución de G: ΔG < 0; Como ΔG = ΔH – TΔS, hay que tener en cuenta la variación de entalpía y la variación de entropía.

c) En la reacción de síntesis del amoniaco la entropía disminuye.

d) La entropía es una magnitud termodinámica que en el S.I. se expresa en Julios.

e) La entalpía es una magnitud termodinámica que en el S.I. se expresa en Julios.


f) Las reacciones en las que la energía libre de Gibbs aumenta son espontáneas.

g) Todas las reacciones se vuelven espontáneas si se eleva suficientemente la temperatura.

h) En la reacción de descomposición del oxido de plata para dar plata y oxígeno la entropía aumenta.

3. Un sistema está formado por dos moles de un gas encerrados en un recipiente adibático. Inicialmente ocupan un volumen de 10 L y pasan a ocupar un volumen final de 12 L manteniendo la presión de 758 mm de Hg durante todo el proceso.

a) Calcula el trabajo realizado por el sistema. b) Razona si la energía interna del sistema ha aumentado, disminuido o ha permanecido

constante.


4. En la combustión completa de un mol de acetileno (C2H2) se desprenden 1296 kJ. a) Escribe la ecuación termoquímica. b) Dibuja el diagrama energético del proceso y explícalo brevemente. c) Calcula qué masa de acetileno habrá que quemar para obtener 500 kJ d) Determina el volumen que ocupa, medido a 20ºC y 1 atmósfera, el dióxido de carbono

desprendido cuando se queman 2 moles de acetileno. La ecuación termoquímica se puede escribir de varias formas, indicando la variación de

entalpía o considerando la energía como un producto más que se obtiene (en las reacciones exotérmicas) o un reactivo (en las endotérmicas).

En este caso en que la reacción es exotérmica, se ven las dos posibilidades:


5. Se toman 1000 kg de caliza, de una riqueza del 75% en carbonato de calcio, y se lleva al horno, donde tiene lugar la transformación: CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) ΔE > 0

a) ¿Se absorbe o se desprende energía? ¿Es endotérmica o exotérmica? b) ¿Qué masa de óxido de calcio se obtendrá? c) Haz una estimación sobre la variación de entropía durante el proceso.

6. Existen “calentadores químicos” que permiten calentar la comida sin necesidad de hacer fuego. Estos calentadores contienen magnesio en una bolsa y al añadir agua se produce la reacción:

Mg(s) + H2O(l) → Mg(OH)2 + H2(g) desprendiéndose 353 kJ cuando reacciona un mol de magnesio. a) Dibuja un diagrama energético del proceso, indica si es endotérmico o exotérmico y

escribe la ecuación termoquímica del mismo.

b) Si cada bolsa contiene 10 g de magnesio del 95 % de pureza, ¿qué cantidad de agua habrá que añadir para que reaccione la totalidad del magnesio?

c) ¿Cuánta agua habrá reaccionado cuando se hayan desprendido 2 L de hidrógeno, medido en condiciones normales?


7. Cuando se calienta, el monóxido de mercurio se descompone originando mercurio (líquido) y oxígeno (gas) y absorbiéndose 90,7 kJ por mol de HgO que reacciona.

a) Escribe la ecuación termoquímica del proceso.

b) Haz una estimación sobre la variación de entropía durante el proceso. c) Justifica explica por qué el HgO es estable a bajas temperaturas pero se descompone

cuando se calienta. d) Si en una experiencia se han obtenido 58 g de mercurio y la riqueza en HgO del mineral

empleado es del 60 % ¿qué masa de mineral se ha hecho reaccionar? La ecuación termoquímica se puede escribir de varias formas, indicando la variación de entalpía o considerando la energía como un producto más que se obtiene (en las reacciones exotérmicas) o un reactivo (en las endotérmicas). En este caso en que la reacción es endotérmica, se ven las dos posibilidades:

8. Calcula la variación de entalpía correspondiente a las siguientes reacciones a partir de los datos de entalpías de formación:

a) C(s) + CO2(g) → 2 CO(g)

Al ajustar la ecuación para dos moles, la energía intercambiada se debe multiplicar por 2 (aunque parezca un M de Mg es una H de Hg)

QUÍMICA B4. Trans. energéticas y espontaneidadUnidad 4 y 5 del libro de texto

b) 2 NaHCO3(s) → NaCl

¡No se obtiene NaCl sino Na

La reacción correcta es:

DATO: ΔHf(Na2CO

9. A partir de las energías de enlace, calcula la entalpía de la reacción de descomposición del ácido fórmico: H-COOH → COdescomposición se obtendría Hprocedimiento de resolución es correcto).

Dato: E (C-O) = 351 kJ/mol

10. a) Señala cuales de las siguientes reacciones corresponden

1) C(grafito) + O2

2) S(s) + O2(g) → SO3) CS2(l) + 3 O2(g)

b) A partir de los datos anteriores calcula la entalpía estándar de la reacción de síntesis del disulfuro de carbono CSpartir de sus elementos C(grafito) y S(s).

QUÍMICA Entrega hasta el lunes 25 de mayo, a las 9:00 h.B4. Trans. energéticas y espontaneidad SOLUCIONESUnidad 4 y 5 del libro de texto

Cl(s)+ CO2(g) + H2O(l) ¡ERROR!

¡No se obtiene NaCl sino Na2CO3!

La reacción correcta es: 2 NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2

CO3(s)) = - 1131 kJ/mol

A partir de las energías de enlace, calcula la entalpía de la reacción de descomposición del ácido CO2(g) + H2O (g) (Esta reacción química es incorrecta,

descomposición se obtendría H2 en lugar de H2O) pero tal como está plprocedimiento de resolución es correcto).

a) Señala cuales de las siguientes reacciones corresponden reacciones de formación:

(g) → CO2(g) ΔHº = -393,5 kJ → SO2(g) ΔHº = -296,1 kJ (g) → CO2(g) + 2 SO2(g) ΔHº = -1072 kJ

b) A partir de los datos anteriores calcula la entalpía estándar de la reacción de síntesis del disulfuro de carbono CS2(l) a partir de sus elementos C(grafito) y S(s).

Entrega hasta el lunes 25 de mayo, a las 9:00 h. SOLUCIONES

2O(l)

A partir de las energías de enlace, calcula la entalpía de la reacción de descomposición del ácido (Esta reacción química es incorrecta, en la reacción de

lanteado el ejercicio, el

reacciones de formación:

QUÍMICA B4. Trans. energéticas y espontaneidadUnidad 4 y 5 del libro de texto

DATOS:

QUÍMICA Entrega hasta el lunes 25 de mayo, a las 9:00 h.B4. Trans. energéticas y espontaneidad SOLUCIONESUnidad 4 y 5 del libro de texto

Entrega hasta el lunes 25 de mayo, a las 9:00 h. SOLUCIONES

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