T P 3 - Termodinámica(2)

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T.P.3 – TERMODINÁMICA 
 
1 – (a) CuS (S) + 2 O2 (g) → CuSO4 (S) 
 La diferencia de calor, o más exactamente el Cambio de Entalpía que se 
 da en una reacción, se calcula la siguiente expresión: 
ΔH°r = ΣnΔH°f (productos) – ΣnΔH°f (reactivos) 
 
 Entónces: 
 ΔH°r = ΣnΔH° (productos) – ΣnΔH° (reactivos) 
 
 = ΔH°f CuSO4(S) - ΔH°f CuS(S) 
 = -184 Kcal/mol – (-11,6) Kcal/mol = - 172,4 Kcal / mol 
 
 (b) 2NH3 (g) + 3/2 O2 (g) → N2 (g) + 3 H2O (l) 
 
 Se llama Entalpía Molar Estándar de Formación (ΔH°f) o "Calor 
Estándar de Formación" de un compuesto a la variación de Entalpía que 
acompaña la formación de 1 mol de una sustancia en su estado estándar a partir 
de sus elementos constituyentes en su estado estándar (la forma más estable 
de un elemento a 1 atmósfera de presión y a 25°C de temperatura). 
Se mide en unidades de energía por cantidad de sustancia. Se suelen dar 
en kilojulios por mol (kJ mol-1), pero puede venir dada en cualquier unidad con 
las mismas dimensiones. Todos los elementos en sus estados estándares 
(oxígeno gas, carbono sólido en forma de grafito, etc.) tienen una entalpía 
estándar de formación igual a cero, dado que su formación no supone 
ningún proceso. 
La variación de entalpía estándar de formación se usa en termoquímica 
para encontrar la variación de entalpía estándar de reacción. Esto se hace 
restándole la suma de las entalpías estándar de formación de los reactivos a la 
suma de las entalpías estándar de formación de los productos. 
Por lo tanto: ΔH°r = (3 moles ΔH°f (H20(l))) – (2 moles ΔH°f (NH3 (l)) 
 = [ 3 moles (- 68 Kcal/mol)] - [ 2 moles (-11 Kcal/mol)] 
 = -182 Kcal 
 
 2 - C6H6(l) + 15/2 O2(g) → 6CO2 (g) + 3 H2O (l) 
 
ΔH°c = Variación de Entalpía Estandart de Combustión 
 
 ΔH°c = [ 6 ΔH°fCO2(g) + 3 ΔH°f H2O(l)] - ΔH°f C6H6( 
 
https://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa
https://es.wikipedia.org/wiki/Mol
https://es.wikipedia.org/wiki/Julio_(unidad)
https://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno
https://es.wikipedia.org/wiki/Carbono
https://es.wikipedia.org/wiki/Grafito
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 =( -3268)Kj/mol = [ 6 moles (-394)Kj/mol + 3 moles(-286)Kj/mol] - ΔH°f C6H6(l) 
 
 Así, ΔH°f C6H6(l) = 46 Kj/mol 
 
 
 3 – C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) 
 Eteno Etano 
 
a) C2H4(g) + 3 O2 (g) → 2 CO2 (g) + 2 H2O(l) ; ΔH° = -337,7 Kcal 
 
b) H2(g) + ½ O2 (g) → H2O(l) ; ΔH° = -68 Kcal 
 
c) C2H6(g) + 7/2 O2(g) → 2CO2 (g) + 3 H2O(l) ; ΔH° = - 327,8 Kcal 
 
Si invertimos la ecuación c) obtendremos c* y podremos simplificar 
compuestos que se encuentran como reactivos y como productos 
entre las diferentes ecuaciones consideradas: 
 
 c*) 2CO2 (g) + 3 H2O(l) → C2H6(g) + 7/2 O2(g) ; ΔH° = 327,8 Kcal 
 
La ecuación final será: C2H4(g) + H2(g) → C2H6(g) ; ΔH° = -77,9 Kcal 
 
Si quiero pasarlo a KJ, tendré en cuenta que 4,184 KJ = 1 Kcal, por lo tanto el 
valor de ΔH° será también – 325,93 KJ 
 
 
 4 - 
 
a) C(s) + O2 (g) → CO2(g) ; ΔH° = -94 Kcal 
b) H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O(l) ; ΔH° = -68 Kcal 
c) C8H18(l) + 25/2 O2(g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l) ; ΔH° = -1302,7 Kcal 
 
Debemos invertir la ecuación c) obteniéndose c* y multiplicar la reacción 
a) por 8 y la b) por 9 para poder realizar las simplificaciones y llegar a la 
ecuación final de formación del Octano líquido: 
 
a) 8 C(s) + 8 O2 (g) → 8 CO2(g) ; ΔH° = -94 Kcal 
b) 9 H2 (g) + 9 (½) O2 (+ 1302,7 Kcal g) → 9 H2O(l) ; ΔH° = -68 Kcal 
c*) 8 CO2(g) + 9 H2O(l) → C8H18(l) + 25/2 O2(g) ; ΔH° = 1302,7 Kcal 
 
La Ecuación final será: 8 C(s) + 9 H2 (g) → C8H18(l) 
 
 
 ΔH°f = 1302,7 Kcal + [8 (-94 Kcal) + 9 (- 68 Kcal)] = -61,3 Kcal 
 
 
 Importante! “ΔH°f es la Variación de Entalpía Molar Estandart” 
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 5 - 
 
a) CH3OH(l) + 3/2 O2 (g → 2 H2O(l) + CO2(g) ; ΔH° = - 726,4 Kj 
b) C(s) + O2 (g) → CO2(g) ; ΔH° = - 393,5 Kj 
c) H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O(l) ; ΔH° = - 285,8 Kj 
 
 
 Debemos invertir la ecuación a) obteniéndose a* y la ecuación c la 
 multiplicamos por 2 para poder simplificar y llegar a la ecuación final: 
 
 a*) 2 H2O(l) + CO2(g) → CH3OH(l) + 3/2 O2 (g)) ; ΔH° = 726,4 Kj 
b) C(s) + O2 (g) → CO2(g) ; ΔH° = - 393,5 Kj 
c) 2 H2 (g) + 2 (½ )O2 (g) → 2 H2O(l) ; ΔH° = 2 ( - 285,8) Kj 
 
La ecuación final será: 
 
 C(s) + ½ O2 (g) + 2 H2 (g) → CH3OH(l) ; ΔH° = - 238,7 Kj 
 
Para calcular este calor de formación pero para 1 gramo de Metanol: 
 
 M CH30H = 32 g/mol, En 32 g metanol ………… - 238,7 Kj 
 1 g metanol ………… X= - 7,46 kJ 
 
 
 
 6 – a) Trabajo de Expansión: W = - P ΔV 
 
 W= -1,4 atm(7,2 – 1,8)L = - 7,56 atm.L . (101 J /atm. L)= 
 W = - 763,56 Joules. 
 (se usó el pasaje de unidades de 1 atm.L = 101,3 J) 
 
 b) W = 0 
 
 n RT 1 mol. 0,082 atm L/Kmol (298 K) 
 7 - P.Vi = n RT => Vi = ---------- = ------------------------------------------ 
 P 1 atm 
 
 Vi = 24,4 L 
 
 Luego: W = - P ΔV => W = - (1 atm). (50 – 24,4 L) = 
 
 W = - 25,6 atm.L , si multiplico por 101: - 2585,6 Joules 
 
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 8 - Tarea 
 
 Ayuda !! : 
 
 Utilizar el Trabajo W= - ΔnRT (para calcular Δn sólo utilizo los 
 gases…) y luego calcular E. Interna como ΔEi = ΔH + W = ΔU 
 
 Además… el resultado hay que expresarlo en KJoules … 
 
 Respuestas: W = - 10168 J y ΔEi = 165,39 KJ 
 
 
 9 - ΔSR= (S°CO2 + 2 S°H2O) – (S°CH4 + 2 S°O2) = - 244,7J/mol K 
 
 Disminuye la Entropía (S) porque hay menos moles de gases 
 en los productos => aumenta el orden y ΔSR < 0 
 
 
 10 - ΔG°c = (ΔG°f CO2 + 2 (ΔG°f H2O) - ΔG°f CH4 
 
 ΔG°c = - 818 KJ / mol 
 (Recuerden que el gas Oxígeno es una sustancia pura …) 
 
 
 11 - Utilizo ΔG° = ΔH° - T ΔS° reemplazo los datos y sus 
 
 unidades y obtengo que ΔG° = - 137,82 KJ / mol y como es 
 un valor negativo se expresa que la formación del CO será 
 espontánea (ΔG° < 0) 
 
 
 12 - Se utiliza: ΔG° = - RT ln Kp reemplazo valores y unidades, 
 reagrupo y despejo ln Kp. Aplico antiln en ambos 
 miembros de la Ecuación y obtengo que Kp = 0,35 
 
 
 13 - a) Aplico ΔG° = - RT ln Kp = - 2463,6 J/ molpH2O . p CO 
 b) Utilizo ΔG = ΔG° + RT ln ------------------ 
 pH2 . p CO2 
 
 y reemplazando obtengo: ΔG = - 135,7 J/ mol 
 
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 14 - ΔG° = - RT ln Kp , despejo ln Kp y luego calculo Kp- 
 Así, Kp = 6.88 . 10-38 , pero además Kp = (pO2)1/2 = √𝒑𝑶𝟐 
 Kp = (6.88 . 10-38)2 = (√𝒑𝑶𝟐 )2 => 4,75.10-75 = pO2 
 
 
 15 – Usamos ΔG° = ΔH° - T ΔS° < 0 
 
 (-) = ΔH° - T ΔS° multiplicando todo por (-1): 
 
 ΔH° 178,0 Kj/ mol 
 ΔH° = T ΔS° T = ---------- = ------------------------ = 1109,72 K 
 ΔS° 0,1604 Kj/mol .K 
 
Hay que tener en cuenta que en el cálculo anterior y para simplificar 
unidades, debemos pasar de Joules a Kj el valor dado de ΔS° 
 
 
 Finalmente: t (°C) = (1109,72 K – 273 K) = 836,72 °C