TEMA 5: TERMOQUÍMICA
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La termoquímica es la aplicación de los principios de la termodinámica a la química.
CONCEPTOS: sistema termodinámico, entorno, sistemas cerrados, abiertos, adiabáticos, sistemas aislados.
PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA: primer principio (introduce la función de estado "energía interna"; segundo principio (introduce la función de estado "entropía".
Funciones de estado: energía interna, entalpía y entropía.
Funciones de proceso: calor y trabajo.
´Tipos de reacciones químicas según la variación de entalpía y energía libre de Gibbs
Reacción endotérmica espontánea
Reacción endotérmica espontánea
Esta reacción química se produce de modo espontáneo en cuanto ponemos en contacto los dos reactivos. Dado que los productos tienen una entalpía mayor que los reactivos, éstos tienen que tomar energía del ambiente. Como resultado de esto, el ambiente experimenta una disminución de temperatura significativa.
Reacción endotérmica no espontánea
Reacción endotérmica no espontánea
Para que el cloruro de cobalto hexahidrato, el único reactivo, se transforme en los dos productos que aparecen en la ecuación química de arriba, necesita recibir energía en forma de calor. Esta energía la tienen que estar recibiendo todo el tiempo. Por eso es una reacción química endotérmica (necesita un aporte de calor) todo el tiempo. No ocurre de modo espontáneo.
Reacción exotérmica espontánea
Reacción exotérmica espontánea
La glicerina y el permanganato de potasio, en cuanto se ponen en contacto, reaccionan y se transforman en otras sustancias como se ve en el vídeo. Es, por tanto, una reacción espontánea. Junto con los productos, se genera mucha energía en forma de calor. Por tanto, es una reacción exotérmica.
Reacción exotérmica no espontánea
Reacción exotérmica no espontánea
En la reacción química que se muestra en el vídeo, una sustancia (el único reactivo) recibe energía en forma de calor durante unos segundos y, entonces, empieza a transformarse en otras sustancias. Una vez que empieza la reacción, ya no es necesario seguir suministrando energía en forma de calor; sólo se necesita esa energía para que la reacción comience. Mientras tiene lugar, se libera muchísima energía en forma de calor. Es una reacción exotérmica no espontánea (no ha bastado poner en contacto los reactivos, hemos tenido que calentar un poquito al principio). Esa energía que hay que suministrar al principio se debe a que esta reacción tiene una energía de activación elevada.
Tipo 1 - PROBLEMAS DE CÁLCULO DE VARIACIÓN DE ENTALPÍA DE UNA RQ A PARTIR DE DATOS DE ESA ÚNICA REACCIÓN
1.1 Se puede obtener peróxido de hidrógeno o agua oxigenada (H2O2) calentando agua en presencia de oxígeno. El proceso requiere un aporte de calor de 196 kJ por mol de oxígeno.
a) Dibuja el diagrama entálpico.
b) ¿Se trata de un proceso endotérmico o exotérmico?
c) Escribe la ecuación termoquímica del proceso.
d) ¿Qué cantidad de energía precisaremos para que reaccionen 40 g de agua con 15 L de oxígeno en condiciones estándar?
1.2 El isooctano, C8H18, es el componente fundamental de la gasolina. Arde, por acción del oxígeno del aire, en un proceso que se puede representar por el diagrama entálpico de arriba.
a) ¿Es un proceso endotérmico o exotérmico?
b) Escribe la ecuación termoquímica del proceso.
c) ¿Qué cantidad de energía se obtiene cada vez que se quema 1 kg de gasolina?
d) ¿Cuántos litros de dióxido de carbono, medidos a 1 atm y 25ºC, se vierten a la atmósfera cada vez que se quema 1 kg de gasolina?
1.3 El butano C4H10 es uno de los combustibles más utilizados en el ámbito doméstico. Se quema en presencia del oxígeno del aire formando dióxido de carbono y agua. Cada vez que se quema un mol de butano se desprenden 2878 kJ. Calcula:
a) ¿Es endotérmico o exotérmico el proceso?
b) Ecuación termoquímica del proceso.
c) Diagrama entálpico del proceso.
d) La cantidad de energía que se obtiene cuando se queman los 12,5 kg de butano de una bombona. Solución: 620 000 kJ.
e) La cantidad de dióxido de carbono (expresada en mol) que se vierten a la atmósfera cada vez que se gasta una bombona de butano. Solución: 861 mol.
1.4 Para cocer unos huevos necesitamos 1700 kJ. Por cada mol de butano que se quema, se desprenden 2878 kJ y el rendimiento de la cocina es del 60 %.
a) ¿Es endotérmico o exotérmico el proceso?
b) Escribe la ecuación termoquímica.
c) Dibuja el diagrama entálpico.
d) Determina la masa de butano que se consume al cocer unos huevos. Solución: 57,2 g.
1.5 La entalpía de combustión de una sustancia es la cantidad de energía que desprende cuando se quema 1 mol de la misma para obtener dióxido de carbono y agua. La entalpía de combustión del propano es -2219,2 kJ/mol. Calcula:
a) ¿es endotérmico o exotérmico el proceso?
b) ecuación termoquímica del proceso.
c) diagrama entálpico.
d) la cantidad de calor que se puede obtener cuando se quema una bombona con 11 kg de este gas. Solución: 554 MJ.
1.6 Cuando se calienta por encima de 500 ºC el óxido de mercurio, éste se descompone dando mercurio metálico y gas oxígeno. A partir del diagrama entálpico de arriba, responde a las siguientes preguntas:
a) ¿Es un proceso endotérmico o exotérmico?
b) Escribe su ecuación termoquímica.
c) ¿Qué masa de óxido de mercurio y de energía se necesita para obtener 5 g de mercurio? Solución: 5,40 g.
1.7 El proceso de obtención de hidrógeno y oxígeno gaseosos a partir de agua se puede expresar mediante el diagrama entálpico de la izquierda. Responde a las siguientes cuestiones:
a) ¿Es endotérmico o exotérmico?
b) Determina la variación de entalpía de la reacción para 1,5 mol de agua. Solución: 429 kJ
c) Determina la energía necesaria para obtener 10 g de hidrógeno. Solución: 1430 kJ.
Tipo 2.- PROBLEMAS DE APLICACIÓN DE LA LEY DE HESS
Problema 2.1 (solución: 180,5 kJ/mol)
Problema 2.1 (solución: 180,5 kJ/mol)
Problema 2.2 (solución: -98 kJ/mol)
Problema 2.2 (solución: -98 kJ/mol)
2.3 Uno de los métodos que permiten obtener etanol en el laboratorio consiste en hacer reaccionar el gas eteno con agua. Calcula la variación de entalpía de esta reacción sabiendo que la entalpía de combustión del eteno es -1411.2 kJ/mol y la del etanol es -1366,8 kJ/mol Solución: -44,4 kJ/mol
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