El benceno (C₆H₆) se puede obtener a partir del acetileno (C₂H₂) según la reacción siguiente:    3 C₂H₂ (g) → C₆H₆ (l)
Las entalpías de combustión a 25ºC y 1 atm, para el acetileno y el benceno son, respectivamente, – 1300 y – 3267 KJ / mol.
a) Calcula ΔHº de la reacción de formación del benceno a partir del acetileno, y deduce si es un proceso exotérmico o endotérmico.
b) Determina la energía (expresada en KJ) que se libera en la combustión de 1 gramo de benceno.
Datos: Masas atómicas: C = 12,0; H = 1,0.

Solución

La Ley de Hess nos dice que si una reacción puede escribirse como suma algebraica de otras reacciones parciales, la entalpía de la primera, será también la suma algebraica de las entalpías de las parciales. Esto es posible ya que la entalpía es una función termodinámica de estado, que depende sólo de los estados inicial y final, y no del camino por el que se ha llevado a cabo la reacción.

a) Escribimos las reacciones ajustadas de combustión del benceno y del acetileno, teniendo en cuenta que, como se trata de compuestos orgánicos, en la combustión obtendremos CO₂(g) y H₂O(l).

La reacción que queremos obtener es: 3 C₂H₂ (g) → C₆H₆ (l)
Buscamos la combinación lineal de las ecuaciones (1) y (2) que nos dará la (3)
3·(1) – (2)
3C₂H₂ + 15 / 2 O₂ – (C₆H₆ + 15 / 2 O₂ ) → 6 CO₂ + 3H₂O – (6 CO₂ + 3 H₂O)
3C₂H₂ → C₆H₆

ΔH_R3º = 3 · ΔH_R1º – ΔH_R2º = 3·(- 1300) – (- 3267) = – 633 KJ
Solución:Como la entalpía es negativa, se deduce que la reacción es exotérmica, se desprende calor al tener los productos menos energía que los reactivos.

b) La reacción de combustión del benceno es:
C₆H₆(l) + 15 / 2 O₂(g) → 6 CO₂(g) + 3 H₂O(l)
La entalpía de combustión del benceno es – 3267 KJ / mol
Calculamos la cantidad de gramos que hay en 1 mol de benceno:
PM_benceno = 12·6 + 1·6 = 78g
Si 78g de benceno desprenden 3267kJ cuando se queman
1g desprenderá x = 3267/78 = 41,88KJ

Solución: Cuando se quema 1g de benceno se desprenden 41,88KJ

Consultando una tabla de datos termodinámicos a 298 K, encontramos los
siguientes valores:

Justifique si para dicha temperatura las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas:
a) La formación de NO a partir de nitrógeno y oxígeno, en condiciones estándar, es un proceso endotérmico.
b) El NO es una sustancia más estable que el NO₂.
c) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO₂ es exotérmica.
d) La oxidación con oxígeno, en condiciones estándar, de NO a NO₂ es espontánea.

Solución

a) Verdadera. La formación de NO a partir de sus elementos es una reacción endotérmica puesto que en ella se produce una absorción de calor ya que ΔH_fº > 0
b) Falsa. Cuanto mayor sea el valor relativo de la entalpía de formación del compuesto, menos espontánea es su formación y más inestable es dicha sustancia. Por tanto, el NO₂ es más estable que el NO.
c) Verdadera. La reacción propuesta será la siguiente:
NO + ½ O₂ → NO₂
El calor de esta reacción se puede calcular aplicando la ley de Hess:
ΔH_Rº = ΔH_fºNO₂ – ΔH_fºNO = 33,18 – 90,25 = – 57,07 KJ
Así, esta reacción será exotérmica porque ΔH_Rº < 0.
d) No podemos asegurar si la reacción será o no espontánea. Probablemente, dependerá de la temperatura.
Para que una reacción sea espontánea tiene que cumplirse que ΔG_Rº < 0.
La reacción vuelve a ser: NO + ½ O₂ → NO₂
La energía libre de Gibbs:
ΔG_Rº = ΔG_RºNO₂ – ΔG_RºNO – 1/2ΔG_RºO₂

Puesto que no disponemos del dato de ΔG_RºO₂, no podemos conocer el resultado.
Cualitativamente, en los reactivos hay mas moles gaseosas que en los productos, de modo que podemos pensar que ΔS_R < 0, lo cual dificulta la espontaneidad de la reacción. Sin embargo, el término entálpico ΔH_Rº < 0, favorece la espontaneidad.
Como ΔG_Rº = ΔH_Rº – tΔH_Sº, la espontaneidad o no de la reacción dependerá de la T.
Por tanto la reacción será espontánea.

En el proceso de descomposición térmica del carbonato de calcio, se forma óxido de calcio y dióxido de carbono. Sabiendo que el horno en el que ocurre el proceso tiene un rendimiento del 65%, contesta a los siguientes apartados:
a) Formula la reacción y calcula su variación de entalpía
b) Calcula el consumo de combustible ( carbón mineral ), en toneladas, que se requiere para obtener 500kg de óxido cálcico.

Datos: ΔHfº carbonato de calcio = -1206,9kJ/mol; ΔHfº óxido de calcio = -393,1kJ/mol; ΔHfº dióxido de carbono = -635,1kJ/mol; 1kg de carbón mineral desprende 8330kJ; Ca=40; O=16

Termoquímica-J2002BP1

La descomposición del tetraóxido de dinitrógeno para dar lugar a dióxido de nitrogeno ocurre espontáneamente a temperaturas altas. Los datos termodinámicos a 298K se incluyen en la tabla adjunta. Determina pra dicha reacción.
a) ΔH⁰ e ΔS⁰ a 298ºK
b) Variación de energía interna a 298K
c) Si la reacción es espontánea a 298K en condiciones normales
d) La temperatura a partir de la cual el proceso es espontáneo ( considera que ΔH⁰ e ΔS⁰ son independientes de la temperatura )

Datos: R=8,31 J/K.mol

A temperatura elevada, un mol de etano se mezcla con un mol de vapor de ácido nítrico, que reaccionan para formar nitroetano (CH₃CH₂NO₂) gas y vapor de agua. A esa temperatura, la constante de equilibrio de dicha reacción es Kc=0,050
a) Formula la reacción que tiene lugar
b) Calcula la masa de nitroetano que se forma
c) Calcula la entalpía molar estándar de la reacción
d) Determina el calor que se desprende o absorbe hasta alcanzar el equilibrio
Datos: H=1, C=12, N=14, O=16

Solución:

a) CH₃-CH₃ (g) + HNO₃(g) ↔ CH₃-CH₂NO₂ (g) + H₂O(g)

b) Como tenemos la constante de equilibrio, podemos calcular las concentraciones de cada sustancia cuando se alcanza el equilibrio:

Se trata de una reacción en fase gaseosa en la que existe el mismo número de moles en los reactivos que en los productos, de modo que el volumen de la reacción no va a variar a lo largo de toda la reacción, es decir, el equilibrio no depende del volumen:

Kc=0,050=[nitroetano][agua]/[etano][ac. nítrico]=x.x/(1-x)(1-x)

0,050 =(x/(1-x))² → (0,050)^1/2=x/1-x →x=0,18 moles

PM(nitroetano)=75g/mol → m(nitroetano)=0,18moles.75g/mol = 13,5g

c) Para calcular la entalpía de la reacción sabemos que: ΔH_R=ΣΔH_p-ΣΔH_r
ΔH_R=ΔH(nitroetano)+ΔH(agua)-ΔH(etano)-ΔH(ac. nítrico)=-232,9kJ → reacción exotérmica.

d) Puesto que se trata de una reacción exotérmica, el calor será desprendido.

Como sabemos que ΔH_R=-232,9kJ y que en el equilibrio han reaccionado 0,18moles:

Q = 0,18moles.(+232,9kJ)=41,9kJ se desprenden

Considera la reacción química siguiente: 2Cl(g) → Cl₂(g)
Contesta de forma razonada:
a) ¿Qué signo tiene la variación de entalpía de dicha reacción?
b) ¿Qué signo tiene la variación de entropía de esta reacción?
c) ¿La reacción será espontánea a temperaturas altas o bajas?
d) ¿Cuánto vale ΔH de la reacción, si la energía de enlace Cl-Cl es 243kJ/mol?

Sea la reacción CH₃- CH = CH₂ + HBr(g) → Producto(g)
a) Completa la reacción e indica el nombre de los reactivos y del producto mayoritario
b) Calcula ΔH de la reacción
c) Calcula la temperatura a la que la reacción será espontánea.
Datos: ΔS_reacción=-114,5J/K.mol; ΔH_f(propeno)=20,4kJ/mol; ΔH(ac. bromhídrico)=-36,4kJ/mol; ΔH_f(producto mayoritario)=-95,6kJ/mol