Ejercicios resueltos termoquímica

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1. Calcule el cambio de entalpía a 1 bar de presión de la reacción: 
 
C2H6(g) → C2H2(g) + 2 H2(g) 
a) a 298 K 
b) a 500 K 
 
Solución.- 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) 
 
 
 
 
 
b) Ecuación de Kirchhoff: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Interpretación: Se absorbe 320,4 kJ de energía en forma de calor para transformar 1 mol 
de C2H6(g) (a 500 K y 1 bar) en 1 mol de C2H2(g) y 2 moles de H2(g) (a 500 K y 1 bar). 
 
 
 
 
 
 INICIO(1) FINAL(2) 
 
 
 
 
 
 
 
 C2H6(g) C2H2(g) H2(g) 
ΔHfo a 25 oC 
(kJ mol-1) -83,8 226,7 0 
Cp (J mol-1 K-1) 
Considere que Cp no es 
función de T 
52,5 43,9 28,8 
ΔH298 K = ΔHf(productos) - ΔHf(reactantes) = ΔHf(C2H2) + 2ΔHf(H2) - ΔHf(C2H6) 
ΔH298 K = 226,7 + 2(0) - (-83,8) = 310,5 kJ/mol 
 
Mol de reacción C2H6(g) → C2H2(g) + 2 H2(g) 
ΔH500 K = ΔH298 K + ʃΔCpdT 
ΔCp = Cp(C2H2) + 2Cp(H2) - Cp(C2H6) = 43,9 + 2(28,8) – 52,5 = 49 J mol-1 K-1 
ΔH500 K = ΔH298 K + ΔCpΔT 
 
ΔH500 K = 310,5 kJ/mol + (0,049 kJ mol-1 K-1)(500 – 298)K = 320,4 kJ/mol 
donde “mol” significa mol de reacción. 
C2H6(g) 
1 mol 
500 K y 1 bar 
C2H2(g) H2(g) 
1 mol 2 moles 
Ambos a 500 K y 1 bar 
2. (Ejercicio 27) En un reactor que trabaja a la presión de 1 bar se lleva a cabo la 
reacción: C2H6(g) → C2H2(g) + 2 H2(g) . 
Se hace ingresar al reactor 50 mol de C2H6(g) a 350 K. Debido a problemas en 
el reactor, solo reacciona parte del C2H6(g) obteniéndose a la salida del reactor 
una mezcla de gases que contiene 40 moles de H2. Si la mezcla gaseosa sale 
a 600 K, calcule el cambio de entalpía del proceso. 
(Busque datos de ∆Hfo y Cp en tablas) 
 
Solución.- 
 
 C2H6(g) → C2H2(g) + 2H2(g) 
Moles entrada 50 0 0 
Cambio -20 +20 +40 
Moles salida 30 20 40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
C2H6(g) 
50 moles 
350 K 
C2H6(g) C2H2(g) H2(g) 
30 moles 20 moles 40 moles 
Todos a 600 K 
ΔH = ¿? 
C2H6(g) 
50 moles 
298 K 
C2H6(g) C2H2(g) H2(g) 
30 moles 20 moles 40 moles 
Todos a 298 K 
ΔH2 
ΔH1 ΔH3 
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 
ΔH1 = nCpΔT = 50x52,5(298-350) = -136500 J = -136,5 kJ 
ΔH3 = nCpΔT = 30x52,5(600-298) + 20x43,9(600-298) + 40x28,8(600-298) = 1088710 J 
ΔH2 = ΔHf(productos) - ΔHf(reactantes) = ΔHf(C2H2) + 2ΔHf(H2) - ΔHf(C2H6) 
ΔH2 = 226,7 + 2(0) - (-83,8) = 310,5 kJ/mol de reacción 
 
Mol de reacción C2H6(g) → C2H2(g) + 2 H2(g) 
ΔH2 = 310,5 kJ/mol (20 moles) = 6210 kJ 
Finalmente: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 = -136,5 + 6210 + 1088,71 = 7162,21 kJ 
En el caso que estamos viendo, el término “mol de reacción” significa “1 mol de C2H6 que reacciona para 
producir 1 mol de C2H2 y 2 moles de H2”, entonces si se absorbe 310,5 kJ cuando reacciona 1 mol de C2H6, 
la conclusión lógica es que se absorbe 310,5x20 cuando reacciona 20 moles de C2H6. 
Otra forma de plantear: 
 
a) 
 
 
 
 
 
Ec de Kircchhof: ΔH350 K = ΔH298 K + ΔCpΔT 
 
ΔH350 K = 310,5 kJ/mol + (0,049 kJ mol-1 K-1)(350 – 298)K = 313,05 kJ/mol 
Para 20 moles de reactante: 
313,05x20 = 6261 kJ 
 
 
b) 
 
 
 
 
 
ΔH = nCpΔT = 20x43,9(600-350) + 40x28,8(600-350) = 507,5 kJ 
 
 
 
3) Los 30 moles sobrantes de C2H6 se llevan hasta 600 K 
 
 
 
 
 
 
ΔH = nCpΔT = 30x52,5(600-350) = 393,75 kJ 
 
ΔHproceso = 6261 + 507,5 + 393, 75 = 7162,25 kJ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
C2H6(g) 
20 moles 
350 K 
C2H2(g) H2(g) 
20 moles 40 moles 
350 K 
ΔH = ¿? 
 
C2H2(g) H2(g) 
20 moles 40 moles 
350 K 
C2H2(g) H2(g) 
20 moles 40 moles 
600 K 
C2H6(g) 
30 moles 
350 K 
C2H6(g) 
30 moles 
600 K 
3. En un reactor que trabaja a la presión de 1 bar se lleva a cabo la reacción: 
C2H6(g) → C2H2(g) + 2 H2(g) . 
Se hace ingresar al reactor 50 mol de C2H6(g) a 500 K. Todo el reactante 
reacciona y la mezcla gaseosa sale a 500 K. 
Calcule el cambio de entalpía del proceso. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Solución.- 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOTA: Cuando se tiene un sistema en el que los reactantes (entrada al reactor o 
estado termodinámico inicial) y los productos (salida del reactor o estado 
termodinámico final) están a la misma temperatura, se puede usar la ecuación de 
Kirchhoff. En este casos reactantes y productos tienen la misma temperatura (500 K). 
Usaremos la información obtenida en la pregunta (1): 
 C2H6(g) C2H2(g) H2(g) 
ΔHfo a 25 oC 
(kJ mol-1) -83,8 226,7 0 
Cp (J mol-1 K-1) 
Considere que Cp no es 
función de T 
52,5 43,9 28,8 
C2H6(g) 
50 moles 
500 K 
 C2H2(g) H2(g) 
 50 moles 100 moles 
 500 K 
ΔH = ¿? 
C2H6(g) 
50 moles 
298 K 
 C2H2(g) H2(g) 
50 moles 100 moles 
 298 K 
ΔH2 
ΔH1 = nCpdT ΔH3 
ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 
ΔH1 = nCpΔT = 50x52,5(298-500) = -530250 J = -530,25 kJ 
ΔH3 = nCpΔT = 50x43,9(500-298) + 100x28,8(500-298) = 1025150J = 1025,15 kJ 
ΔH2 = ΔHf(productos) - ΔHf(reactantes) = ΔHf(C2H2) + 2ΔHf(H2) - ΔHf(C2H6) 
ΔH2 = 226,7 + 2(0) - (-83,8) = 310,5 kJ/mol de reacción 
 
Mol de reacción C2H6(g) → 1C2H2(g) + 2 H2(g) 
ΔH2 = 310,5 kJ/mol (50 moles) = 15525 kJ 
Finalmente: ΔH = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 = -530,25 + 15525 +1025,15 = 16020 kJ 
ΔH500 K = 320,4 kJ/mol 
 
ΔH500 K = 320,4 kJ/mol x 50 moles = 16020 kJ