Examen 1Ev2009P2- J2002B1
La descomposición del tetraóxido de dinitrógeno en dióxido de nitrógeno, ocurre espontaneamente a temperaturas altas. Para dicha reacción, determina:
a) Variación de entalpía y de entropía para la reacción
b) Variación de energía interna
c) Si la reacción será espontánea a 298K
d) Temperatura a partir de la cual el proceso es espontáneo
Datos: R=0,082atm.L/K.mol=8,31J/mol.K
| Compuesto | ΔHfº(kJ/mol) | Sº(J/K.mol) |
| tetraóxido de dinitrógeno | 9,2 | 304 |
| dióxido de nitrógeno | 33,2 | 240 |
Solución:
a) Escribimos la reacción ajustada:
N2O4 (g) → 2NO2 (g)
La entalpía de la reacción la podemos calcular como:
ΔHR = ΣΔHp +ΣΔHr=2.ΔH(NO2) – ΔH(N2O4) =2(33,2) – 9,2 = 57,2kJ > 0 → reacción ENDOTÉRMICA
Para calcular la entropía de la reacción:
ΔSR = ΣSp +ΣSr=2.S(NO2) – S(N2O4) =2(240) – 304 = 176 J/K
b) Para calcular la variación de energía interna de la reacción utilizamos la relación: ΔH=ΔU + p.ΔV=ΔU + Δn.R.T
IMPORTANTE: Δn solo tiene que tener encuenta los moles gaseosos puesto que son los que suponen una variación apreciable de volumen en la reacción: Δn=2-1=1
ΔU=ΔH-ΔnRT= -57,2kJ – (1).8,31.10-3.298 =54,72kJ
c) Para estudiar la espontaneidad de una reacción tenemos que calcular la energía libre de Gibbs: ΔH=ΔH – T.ΔS = 57,2 – 298.0,176=4,75 > 0 → La reacción será no espontánea a 298K
d) En la energía libre de Gibbs hay que tener en cuenta dos términos: uno energético y otro entrópico. En este caso, el término energético dificulta la espontaneidad de la reacción puesto que es positivo, mientras que el término entrópico, favorece la espontaneidad de la reacción, puesto que aumenta el desorden. Por lo tanto, existirá una cierta temperatura a partir de la cual la reacción pasa de ser no espontánea a ser espontánea:
ΔG < 0 → reacción espontánea
Suponiendo que ΔH e ΔS no varían con la temperatura:
ΔH – T.ΔS < 0 → 57,2 – T.0,176 < 0 → 57,2 < T.0,176 → 57,2/0,176 < T → T > 325K