6 Física y Química 1º Bachillerato....

of 47/47
Física y Química 1º Bachillerato. Solucionario © Mcgraw-Hill Education 1-1 Física y Química 1º Bachillerato. Solucionario. 6 Actividades 1. Describe un ejemplo de sistema abierto, otro de sistema cerrado y otro de sistema aislado. Pregunta abierta, pero hay que tener en cuenta que: . En el sistema abierto, los procesos se realizan en condiciones ambientales y por tanto es válida la combustión de un papel o de una cerilla; la oxidación del hierro; la evaporación del agua,… . En los sistemas cerrados, es válido cualquier proceso que se realice en un recipiente cerrado para que no haya intercambio de materia con el exterior. Serían válidos la formación de amoniaco a partir de hidrógeno y nitrógeno, la descomposición de pentacloruro de fósforo en tricloruro y cloro,… También serían válidas reacciones en recipientes abiertos entre sustancias líquidas o sólidas como la neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido sódico, etc. . En los sistemas aislados, al no haber intercambio de calor con el exterior, forzosamente se deben realizar en un calorímetro: enfriamiento de un metal caliente en agua, disoluciones de distintas sales,... 2. Responde a las siguientes preguntas: a) ¿Por qué no se pueden conocer las propiedades microscópicas de un sistema químico? b) ¿Qué recursos tiene el investigador para conocer el estado de un sistema? a) Porque es prácticamente imposible determinar la posición, velocidad, energía, etc. de los miles de millones de partículas que hay en cualquier sistema químico. b) Por eso, el recurso más habitual es medir, de forma experimental o de forma indirecta mediante ecuaciones matemáticas, determinadas propiedades macroscópicas que informan sobre el estado del sistema en su conjunto y no de las partículas concretas. 3. Expresa con tus palabras qué se entiende por variables termodinámicas y cuándo estas se consideran funciones de estado. Se denominan variables termodinámicas a aquellas que informan sobre las características macroscópicas de un sistema material en su conjunto: temperatura, densidad, pH, masa, volumen,.. Dentro de estas variables, se consideran funciones de estado, a aquellas magnitudes cuyo valor depende exclusivamente de la situación del sistema en cada momento, de manera que la variación de una función de estado depende únicamente de las situaciones final e inicial y no del proceso que haya sufrido el sistema en ese intervalo. 4. a) ¿Qué se entiende por variable intensiva? ¿Y por variable extensiva?
  • date post

    29-Sep-2018
  • Category

    Documents

  • view

    249
  • download

    5

Embed Size (px)

Transcript of 6 Física y Química 1º Bachillerato....

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 1-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Actividades

    1. Describe un ejemplo de sistema abierto, otro de sistema cerrado y otro de

    sistema aislado.

    Pregunta abierta, pero hay que tener en cuenta que:

    . En el sistema abierto, los procesos se realizan en condiciones ambientales y por tanto es vlida la combustin de un papel o de una cerilla; la oxidacin del hierro; la evaporacin del agua,

    . En los sistemas cerrados, es vlido cualquier proceso que se realice en un recipiente cerrado para que no haya intercambio de materia con el exterior. Seran vlidos la

    formacin de amoniaco a partir de hidrgeno y nitrgeno, la descomposicin de pentacloruro de fsforo en tricloruro y cloro,

    Tambin seran vlidas reacciones en recipientes abiertos entre sustancias lquidas o

    slidas como la neutralizacin de cido clorhdrico con hidrxido sdico, etc.

    . En los sistemas aislados, al no haber intercambio de calor con el exterior, forzosamente

    se deben realizar en un calormetro: enfriamiento de un metal caliente en agua, disoluciones de distintas sales,...

    2. Responde a las siguientes preguntas:

    a) Por qu no se pueden conocer las propiedades microscpicas de un sistema

    qumico?

    b) Qu recursos tiene el investigador para conocer el estado de un sistema?

    a) Porque es prcticamente imposible determinar la posicin, velocidad, energa, etc. de

    los miles de millones de partculas que hay en cualquier sistema qumico.

    b) Por eso, el recurso ms habitual es medir, de forma experimental o de forma indirecta

    mediante ecuaciones matemticas, determinadas propiedades macroscpicas que informan sobre el estado del sistema en su conjunto y no de las partculas concretas.

    3. Expresa con tus palabras qu se entiende por variables termodinmicas y cundo estas se consideran funciones de estado.

    Se denominan variables termodinmicas a aquellas que informan sobre las caractersticas macroscpicas de un sistema material en su conjunto: temperatura, densidad, pH, masa, volumen,..

    Dentro de estas variables, se consideran funciones de estado, a aquellas magnitudes cuyo valor depende exclusivamente de la situacin del sistema en cada momento, de manera

    que la variacin de una funcin de estado depende nicamente de las situaciones final e inicial y no del proceso que haya sufrido el sistema en ese intervalo.

    4. a) Qu se entiende por variable intensiva? Y por variable extensiva?

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 2-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    b) Califica las siguientes magnitudes segn dicho criterio: volumen, masa, presin, densidad, temperatura, calor especfico, molaridad, normalidad, energa

    interna, superficie, pH, viscosidad.

    a) Variable intensiva es aquella cuyo valor es independiente de la masa que tenga el

    sistema. Por el contrario, el valor de la variable extensiva depende de la masa del sistema.

    b) Segn eso:

    Variables intensivas: presin, densidad, temperatura, calor especfico, molaridad, normalidad, pH, viscosidad

    Variables extensivas: volumen, masa, energa interna, superficie.

    5. Determina la variacin de energa interna que sufre un sistema cuando:

    a) Realiza un trabajo de 600 J y cede 40 caloras al entorno.

    b) Absorbe 300 caloras del entorno y se realiza un trabajo de compresin de 5

    kJ.

    Sabemos que: U = Q + W y siguiendo el criterio de signos propuesto:

    a) W = 600 J; Q = 40 cal 4,18 J cal1 = 167,2 J

    U = (167,2) J + (600) J ; U = 767,2 J

    b) Q = 300 cal 4,18 J cal1 = 1254 J; W = 5000 J

    U = 1254 J + 5000 J ; U = 6254 J

    6. En un recipiente cilndrico con un mbolo mvil se introducen 5 litros de un gas a 1,4 atm de presin. Si se le suministran 200 caloras, manteniendo la

    presin constante, el gas se expande hasta duplicar su volumen. Qu variacin de energa interna ha experimentado el gas?

    A partir del Primer Principio de la Termodinmica: U = Q + W

    Q = 200 cal . 4,18 J = 836 J (Se considera que Q > 0, ya que lo absorbe el

    sistema) Cal

    W = - p V; W = - 1,4 atm (10 5 )L; W = - 7 atm L

    W = - 7 atm L . 101,3 J = - 709 J (se considera W < 0, por ser trabajo de expansin)

    atm L

    Segn eso: U = 836 J 709 J; U = 127 J

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 3-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    7. Un recipiente cerrado con un mbolo mvil contiene 24 g de oxgeno a 25 C y presin atmosfrica. Si se suministra 2000 J al sistema, mantenindose la

    presin constante, determina:

    a) La temperatura final del oxgeno.

    b) El trabajo de expansin realizado por el gas.

    c) La variacin de energa interna del sistema.

    Datos: calor especfico del O2 (g) = 911 J kg-1 K-1 // R = 8,31 J mol-1 K-1

    a) Q = m ce t t = Q t = 2 103 J t = 91,5 K

    t = 91,5 C

    m ce 24 10-3 kg 911 J kg-1 K-1

    De donde se obtiene una temperatura final: 25 C + 91,5 C = 116,5 C

    b) En valor absoluto: W = - p V W = - n R T W = (24/32) moles O2 8,31 J mol-1 K-1 91,5 K

    De donde: W = 570 J

    Al ser un trabajo de expansin, el trabajo se considera negativo: W = -570 J

    c) Como U = Q + W U = 2000 J 570 J U = 1430 J

    8. Contesta razonadamente a las siguientes preguntas:

    a) Un sistema est realizando un trabajo sin que se le comunique calor. Podr hacerlo de manera indefinida?

    b) Cuando un sistema se expansiona sin intercambio de calor, su energa interna aumenta o disminuye?

    c) En los procesos isotrmicos, qu relacin hay entre el calor y el trabajo que

    el sistema intercambia con el entorno?

    d) En los procesos a volumen constante, es inviable una reaccin exotrmica?

    e) El calor de una reaccin a volumen constante es siempre menor que el calor de una reaccin a presin constante?

    f) En ciertas reacciones qumicas, la variacin de entalpa coincide con la

    variacin de la energa interna?

    a) No, ya que antes o despus se terminar la energa interna del sistema.

    b) El trabajo de expansin es negativo y como no adquiere calor del entorno, su energa interna disminuir.

    c) Si la temperatura del sistema se mantiene constante (proceso isotrmico), significa que la energa interna no se modifica; por lo tanto, el calor y el trabajo intercambiado

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 4-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    con el entorno sern de igual magnitud, pero de signos opuestos. Segn eso, cuando el trabajo sea de expansin, recibir calor del entorno; si es de compresin, ceder calor al

    entorno.

    d) No es inviable; simplemente disminuye la energa interna del sistema, ya que el

    trabajo es nulo (al ser el volumen constante) y si el proceso es exotrmico, el sistema cede calor.

    e) No. Que un calor sea mayor, menor o igual que el otro depende exclusivamente del

    trabajo de expansin o compresin que se da en el proceso que, a su vez, est relacionado con la variacin en el nmero de moles de las sustancias gaseosas que

    participan en la reaccin.

    De forma general Qp = Qv + n R T

    Como R y T siempre son valores positivos: si n > 0 Qp > QV

    si n < 0 Qp < QV

    f) S. Cuando el nmero de moles de sustancias gaseosas no cambia en la reaccin, n

    R T = 0 y por lo tanto: Qp = QV. Es decir: H = U

    9. La estequiometra de una hipottica reaccin entre gases es: A + 3 B 2 C

    Si la reaccin es exotrmica a presin constante, a volumen constante se desprender ms o menos calor? Y si el compuesto B fuera lquido?

    a) En la ecuacin entre gases A + 3 B 2 C, la variacin en el nmero de moles es:

    n = 2 4; n = 2 moles en estado gaseoso

    Como Qp = QV + n R T, al ser n < 0, se cumple que Qp < QV y por lo tanto, se

    desprender menos calor a volumen constante.

    b) Si la sustancia B fuera lquido, en ese caso n = 2 1; n = 1 mol en estado gaseoso

    Y por lo tanto Qp > QV , lo que nos indica que se desprendera ms calor a volumen

    constante.

    10. La reaccin entre 1 g de cinc y cido sulfrico en exceso desprende 2405 J en un recipiente abierto y 2443 J en un recipiente cerrado. A qu se debe esa diferencia?

    La reaccin que tiene lugar es: Zn (s) + H2SO4 (l) ZnSO4 (s) + H2 (g)

    En este caso, la variacin en el nmero de moles de sustancias en estado gaseoso es n = 1 y por lo tanto Qp > QV, de ah que se desprenda ms calor en un recipiente cerrado

    (QV) que en un recipiente abierto (Qp), ya que parte de la energa que se desprende en la reaccin se utiliza en vencer la presin atmosfrica cuando se desprende el hidrgeno molecular.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 5-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    11. Sabiendo que la reaccin 2 HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g) tiene una entalpa HR = +181,6 kJ a 25C y 1 atm de presin:

    a) Dibuja esquemticamente su diagrama de entalpa e indica si la reaccin es endotrmica o exotrmica. Cunta energa se intercambia al descomponer 100

    g de xido de mercurio (II)?

    b) Cuntos L de oxgeno se obtienen, medidos a 46 C y 1,5 atm, en el proceso anterior?

    a) La reaccin: 2 HgO(s) 2 Hg(l) + O2(g) es endotrmica ya que HR > 0.

    Al ser HR >0, nos indica que Hf (productos) > Hf (reactivos).

    Su diagrama entlpico sera:

    H (kJ) |

    |

    Hproductos |.__2 Hg(l) + O2(g)

    |

    | | HR = +181,6 kJ

    Hreactivos |.2 HgO(s)_

    |__________________________________________________

    La reaccin es endotrmica.

    Como M.mol (HgO) = 216,6 g/mol y segn la estequiometra de la reaccin:

    100 g HgO . 1mol HgO . 181,6 kJ = 41,9 kJ se necesitan

    216,6 g HgO 2 mol HgO

    b) Los moles de O2 que se obtienen sern:

    100 g HgO . 1mol HgO . 1mol O2 = 0,231 moles de O2 se obtienen

    216,6 g HgO 2 mol HgO

    A partir de la ecuacin de los gases:

    pV = nRT V = nRT V = 0,231 mol 0,082 atm L mol-1 K-1 319 K V = 4,0 L

    de O2

    p 1,5 atm

    12. Escribe la ecuacin correspondiente a la reaccin de formacin de las

    siguientes sustancias:

    a) Glucosa (s): C6H12O6 b) Propanol (l): CH3 -CH2 -CH2OH

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 6-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    c) Benceno (l): C6H6 d) cido sulfrico (l): H2SO4

    e) Amoniaco (g): NH3 f) Butanona (l): CH3 -CO -CH2 -CH3

    Las ecuaciones de formacin que nos proponen son:

    a) 6 C(s) + 6 H2(g) + 3 O2(g) C6H12O6(s)

    b) 3 C(s) + 4 H2(g) + O2(g) C3H8O(l)

    c) 6 C(s) + 3 H2(g) C6H6(l)

    d) H2(g) + S (s) + 2 O2(g) H2SO4(l)

    e) N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g)

    f) 4 C(s) + 4 H2(g) + O2(g) C4H8O (l)

    13. La descomposicin trmica del clorato de potasio (KClO3) origina cloruro de potasio (KCl) y oxgeno molecular. Calcula el calor que se desprende cuando se

    obtienen 150 litros de oxgeno medidos a 25C y 1 atm de presin.

    Datos: Hf (kJ/mol): KClO3 (s) = - 91,2; KCl (s) = - 436

    La ecuacin de descomposicin trmica del clorato de potasio es:

    KClO3(s) KCl(s) + 3/2 O2(g)

    La variacin de entalpa de esa reaccin se obtiene mediante:

    HR = Hf (productos) Hf (reactivos):

    HR = [1 mol (-436 kJ mol-1) + 3/2 mol (0 kJ mol-1)] - [1 mol (-91,2 kJ

    mol-1)]

    HR = -344,8 kJ

    A partir de la ecuacin pV = nRT n = pV ; n = 1 atm. 150 L = 6,14 moles O2

    RT 0,082 atm L mol-1 K-1 298 K

    Como los 344,8 kJ que se desprenden se refieren a 3/2 moles de Oxgeno, quedar:

    6,14 moles O2. 344,8 kJ = -1411 kJ se desprenden

    1,5 moles O2

    14. Las entalpas estndar de formacin del propano (g), dixido de carbono (g) y agua (l), son respectivamente: -103,8; -393,5 y -285,8 kJ/mol. Calcula:

    a) La entalpa de la reaccin de combustin del propano.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 7-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    b) Las caloras generadas en la combustin de una bombona de propano de 1,8 litros a 25C y 4 atm de presin.

    La combustin del propano se puede expresar como:

    C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(l)

    a) A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos), tendremos:

    Hc = [3 mol (-393,5 kJ mol-1) + 4 mol (-285,8 kJ mol-1)] - [1 mol (-103,8 kJ mol-

    1) + 5 mol 0]

    Hc = (-1180,5) kJ + (-1143,2) kJ + (103,8) kJ Hc = -2219,9 kJ/mol

    propano

    b) Los moles de propano que hay en la bombona son:

    pV = nRT n = pV ; n = 4 atm. 1,8 L = 0,295 moles C3H8

    RT 0,082 atm.L.mol-1.K-1 .298K

    Por lo tanto: 0,295 moles C3H8 . 2219,9 kJ = -654,9 kJ se desprenden en esa

    combustin. mol C3H8

    15. En la reaccin del oxgeno molecular con el cobre para formar xido de cobre (II) se desprenden 2,30 kJ por cada gramo de cobre que reacciona, a 298 K y 760 mm Hg. Calcula:

    a) La entalpa de formacin del xido de cobre (II).

    b) El calor desprendido a presin constante cuando reaccionan 100 L de

    oxgeno, medidos a 1,5 atm y 27C.

    a) La reaccin de formacin del xido de cobre (II) es: Cu (s) + O2(g) CuO(s)

    Como M.mol (Cu) = 63,5 g/mol - 2,30 kJ . 63,5 g Cu = - 146 kJ/mol

    1 g Cu mol

    Segn eso: Hf (CuO) = -146 kJ/mol

    b) A partir de la ecuacin: pV = nRT n = pV n = 1,5 atm 100 L

    n = 6,1 mol O2

    RT 0,082 atm.L.mol-1.K-1 300 K

    Teniendo en cuenta la estequiometra de la reaccin:

    6,1 mol O2 . -146 kJ = -1781,2 kJ se desprende en ese proceso

    mol O2

    Nota: Se ha supuesto que el valor de Hf (CuO) no vara de manera significativa con el cambio de las condiciones estndar (298 K y 1 atm) a las condiciones que indica el

    enunciado (300 K y 1,5 atm)

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 8-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    16. En la combustin completa de 1 g de etanol (CH3CH2OH) se desprenden 29,8 kJ y en la combustin de 1 g de cido etanoico (CH3COOH) se desprenden 14,5

    kJ. Determina:

    a) Cul de las dos sustancias tiene mayor entalpa de combustin.

    b) Cul de las dos sustancias tiene mayor entalpa de formacin.

    La ecuacin de la combustin del etanol es:

    CH3 CH2OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2(g) + 3 H2O (l)

    -29,8 kJ . 46 g(etanol)__ = -1370,8 kJ/mol Hc etanol = -1371 kJ/mol

    g 1 mol

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    (-1370,8) kJ = [2 mol (-393,5 kJ mol-1) + 3 mol (-285,8 kJ mol-1)] - [(Hf etanol) + 0] De donde:

    Hf etanol = (-787) kJ + (-857,4) kJ + 1371 kJ Hf etanol = -273,6 kJ/mol

    De idntica manera, para el cido etanoico:

    CH3 COOH (l) + 2 O2 (g) 2 CO2(g) + 2 H2O (l)

    -14,5 kJ . 60 g (cido etanoico)__ = -870 kJ/mol Hc cido etanoico = -870

    kJ/mol

    g 1 mol

    Utilizando de nuevo la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    (-870) kJ = [2 mol (-393,5 kJ mol-1) + 2 mol (-285,8 kJ mol-1)] - [(Hf cido etanoico)

    + 0]

    Por lo tanto: Hf (cido etanoico) = (-787) + (-571,6) + 870 Hf (cido etanoico) =

    -488,6 kJ/mol

    Segn eso, y en valores absolutos:

    a) el etanol tiene mayor entalpa de combustin; es ms exotrmica. b) el cido actico tiene mayor entalpa de formacin; es ms estable.

    17. Teniendo en cuenta las siguientes entalpas de combustin:

    Hc carbn = -394 kJ/mol Hc metano (gas natural) = -890 kJ/mol

    Hc butano = -2 880 kJ/mol Hc octano (gasolina) = -5 460 kJ/mol

    a) Qu sustancia genera ms calor por gramo?

    b) Qu desventajas tienen el carbn y el octano frente a los dems?

    c) Qu ventaja tiene el gas natural frente a los dems?

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 9-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    d) Cul consideras que sera el ms beneficioso para una instalacin industrial ubicada en tu localidad?

    a) Teniendo en cuenta los datos que ofrece el enunciado:

    . Para el carbn: C (M.mol = 12 g/mol) -394 kJ . mol = -32,8 kJ/g

    mol 12 g

    . Para el metano: CH4 (M.mol = 16 g/mol) - 890 kJ . mol = -55,6 kJ/g

    mol 16 g

    . Para el butano: C4 H10 (M.mol = 58 g/mol) -2880 kJ . mol = -49,7 kJ/g

    mol 58 g

    . Para el octano: C8 H18 (M.mol = 114 g/mol) -5460 kJ . mol = -47,9 kJ/g

    mol 114 g

    Segn eso, el orden de mayor a menor capacidad calorfica por gramo de producto ser:

    CH4 > C4H10 > C8H18 > C

    b) La desventaja del carbn, adems de tener menor poder calorfico, es que es ms sucio de almacenar y es ms contaminante, ya que en su combustin suelen emitirse

    gases sulfurados que pueden originar fenmenos de lluvia cida.

    La desventaja de las gasolinas es que son ms caras que los otros combustibles y no

    representan una mejora en cuanto a su poder calorfico.

    c) Su poder calorfico es mayor, su combustin bastante limpia (emite menos dixido de

    carbono a la atmsfera) y su suministro es ms sencillo ya que los gasoductos que transportan el gas natural desde Argelia o desde Rusia estn facilitando su utilizacin

    industrial y domstica.

    d) Pregunta abierta. No es lo mismo la situacin en Asturias, que en Canarias.

    18. Un proceso industrial necesita 36200 kJ, que se obtienen quemando, a 25 C

    y 1 atm de presin, 422 L de una mezcla de etano y propano. Calcula:

    a) El calor de combustin del etano y del propano.

    b) La composicin molar, en porcentaje, del gas utilizado.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 10-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Datos: Hf (kJ/mol): etano (g) = -85; propano (g) = -104; CO2 (g) = -394; H2O (l) = -286

    a) La ecuacin de la reaccin de combustin del etano es: C2H6 (g) + 7/2 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)

    Hc = Hf (productos) Hf (reactivos) que se corresponde con:

    Hc = [2 mol (-394 kJ mol-1) + 3 mol (-286 kJ mol-1) ] - [ 1 mol (-85 kJ mol-1) +

    0]

    Hc = -1561 kJ/mol etano

    La ecuacin de la combustin del propano es:

    C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

    Utilizando la ecuacin: Hc = Hf (productos) Hf (reactivos)

    Hc = [3 mol (-394 kJ mol-1) + 4 mol (-286 kJ mol-1)] - [1 mol (-104 kJ mol-1) +

    0]

    Hc = -2222 kJ/mol propano

    b) Por otro lado, el n de moles de la mezcla gaseosa que se utiliza es:

    pV = nRT n = pV = 1 atm x 422 L = 17,27 mol

    RT 0,082 atm.L.mol-1.K-1 x 298 K

    Llamando x al n de moles de etano e y al n de moles de propano, se puede establecer el siguiente

    sistema de ecuaciones:

    x + y = 17,27

    1561x + 2222y = 36.200 Resolviendo el sistema anterior se obtiene: x = 3,29; y

    = 13,98

    Es decir, la mezcla est formada por 3,29 moles de etano y 13,98 moles de propano que

    supone un porcentaje molar de 19% de etano y 81% de propano.

    19. Calcula la entalpa de formacin estndar del etino (CH CH), sabiendo que las entalpas de combustin del C (s), H2 (g) y etino (g) son, respectivamente: -393,5; -285,8; y -1 300 kJ/mol.

    La ecuacin de formacin del etino a partir de sus elementos es:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 11-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    2 C (s) + H2 (g) CH CH (g)

    Los datos que ofrece el enunciado del problema se pueden expresar mediante las

    ecuaciones:

    (1) C (s) + O2 (g) CO2(g) H1 = -393,5 kJ/mol

    (2) H2 (g) + O2 (g) H2O (l) H2 = -285,8 kJ/mol

    (3) CH CH (g) + 5/2 O2 2 CO2(g) + H2O (l) H3 = -1300 kJ/mol

    Si se multiplica la ecuacin (1) por dos, se mantiene la ecuacin (2), se invierte la ecuacin (3) y se suman todas las sustancias de las tres ecuaciones ya modificadas, se

    obtiene:

    2 C(s) + 2 O2(g) + H2(g) + O2(g ) + 2 CO2(g) + H2O(l) 2 CO2(g) + H2O(l) + C2 H2 (g) + 5/2 O2(g)

    Que simplificando, equivale a: 2 C (s) + H2 (g) CH CH (g)

    Aplicando la ley de Hess, las operaciones aritmticas que se han realizado con las

    ecuaciones (1), (2) y (3) tambin se realizan con las entalpas de la reaccin. Por lo tanto:

    HR = 2 H1 + H2 + (-H3)

    HR = 2 (-393,5) kJ + (-285,8) kJ + (1300) kJ

    HR = + 227,2 kJ/mol etino

    20. Los calores de combustin del buta-1,3-dieno (g), hidrgeno (g) y butano (g) son, respectivamente: -2 540; -285,8; y -2 880 kJ/mol. Halla la variacin de entalpa que se produce en la reaccin de hidrogenacin del buta-1,3-dieno a

    butano.

    La reaccin de hidrogenacin del buta-1,3-dieno se puede expresar como:

    CH2 = CH CH = CH2 (g) + 2 H2 (g) CH3 CH2 CH2 CH3 (g)

    Los datos que ofrece el enunciado son:

    (1) CH2 = CH CH = CH2 (g) + 11/2 O2 (g) 4 CO2(g) + 3 H2O (l) H1 = -2540

    kJ/mol

    (2) H2(g) + O2 (g) H2O (l) H2 = -285,8

    kJ/mol

    (3) CH3 CH2 CH2 CH3 (g) + 13/2 O2 (g) 4 CO2(g) + 5 H2O (l) H3 = -2880

    kJ/mol

    Manteniendo la ecuacin (1), multiplicando la ecuacin (2) por dos e invirtiendo la

    ecuacin (3),

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 12-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    se obtiene la suma:

    C4H6(g) +11/2 O2(g) + 2H2(g) + O2(g)+ 4 CO2(g) + 5 H2O(l) 4 CO2(g) + 3 H2O(l) +

    2H2O(l)+ C4H10+13/2 O2

    Que simplificando, equivale a:

    CH2 = CH CH = CH2 (g) + 2 H2 (g) CH3 CH2 CH2 CH3 (g)

    Realizando esas mismas operaciones con las entalpas de reaccin (ley de Hess):

    HR = H1 + 2 H2 + (-H3)

    HR = (-2540) kJ + 2 (-285,8) kJ + (+2880) kJ

    HR = -231,6 kJ/mol buta-1,3-dieno

    21. La levadura y otros microorganismos fermentan la glucosa a etanol y dixido de carbono segn: C6H12O6(s) 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g)

    a) Aplicando la ley de Hess, calcula la entalpa estndar de esa reaccin.

    b) Calcula la energa desprendida en la obtencin de 4,6 g de etanol a partir de glucosa.

    Datos: Entalpas de combustin estndar (kJ mol-1): glucosa = -2813; etanol = -1367

    a) La ecuacin de la reaccin: C6H12O6(s) 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g)

    se puede obtener a partir de las ecuaciones de las reacciones de combustin de la

    glucosa y el etanol:

    (1) C6H12O6(s) + 6 O2 (g) 6 CO2(g) + 6 H2O (l)

    (2) C2H5OH(l) + 3 O2 (g) 2 CO2(g) + 3 H2O (l)

    Manteniendo la ecuacin (1) e invirtiendo la ecuacin (2) multiplicada por dos se

    obtiene:

    C6H12O6(s) + 6 O2 (g) + 4 CO2(g) + 6 H2O (l) 6 CO2(g) + 6 H2O (l) + 2 C2H5OH(l) + 6 O2 (g)

    Que simplificando equivale a: C6H12O6(s) 2 C2H5OH(l) + 2 CO2(g)

    Realizando esas mismas operaciones con las entalpas de reaccin (ley de Hess):

    HR = H1 + 2 (-H2 ) HR = (-2813) kJ + 2 (+1367) kJ HR = -79 kJ

    b) 4,6 g etanol x 1 mol etanol x - 79 kJ = -3,95 kJ se desprenden en el proceso 46 g etanol 2 mol etanol

    22 Las entalpas estndar de formacin del NH3(g) y del H2O(l) son respectivamente:

    -46,11 y -285,8 kJ/mol. Adems, se sabe que:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 13-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    NH3(g) + 5/4 O2(g) NO(g) + 3/2 H2O(l) HR= -292,3 kJ

    A partir de esos datos, calcula la variacin de entalpa estndar de la reaccin:

    N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

    a) La reaccin que nos piden: N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

    se puede obtener a partir de las ecuaciones que nos aporta el enunciado:

    (1) N2 (g) + 3/2 H2 (g) NH3 (g) H1 = -46,11 kJ

    (2) H2 (g) + O2 (g) H2O (l) H2 = -285,8 kJ

    (3) NH3(g) + 5/4 O2(g) NO(g) + 3/2 H2O(l) H3= -292,3 kJ

    Multiplicando por dos la ecuacin (1), invirtiendo la ecuacin (2) y multiplicndola luego

    por tres y manteniendo la ecuacin (3) multiplicada por dos. Se obtendra:

    N2 (g) + 3 H2 (g) + 3 H2O (l) + 2 NH3(g) + 5/2 O2(g) 2NH3 (g) + 3H2 (g) + 3/2 O2

    (g) + 2NO(g) + 3 H2O(l)

    Que, simplificando queda como: N2(g) + O2(g) 2 NO(g)

    Aplicando la ley de Hess: HR = 2 H1 + 3 (-H2 ) + 2 H3

    HR = 2 (-46,11) kJ + 3 (+285,8) kJ + 2 (-292,3) kJ HR = +180,6

    kJ

    Nota: Aunque esa ecuacin se corresponde con la reaccin de la obtencin de NO a partir de sus elementos, hay que tener en cuenta que ese valor no equivale a la entalpa de

    formacin del NO, ya que en dicha reaccin se forman dos moles de NO. Por lo tanto: Hf (NO) = +90,3 kJ/mol

    23. A partir de los datos de la Tabla 6.2, calcula la entalpa de la reaccin de hidrogenacin del buta-1,3-dieno a butano. Compara el resultado con el obtenido

    en la Actividad 21.

    La hidrogenacin del butadieno transcurre segn:

    CH2 = CH CH = CH2 (g) + 2 H2 (g) CH3 CH2 CH2 CH3 (g)

    En este proceso se rompen dos enlaces H H y dos enlaces C = C de los reactivos y se forman cuatro enlaces C H y dos enlaces C C de los productos.

    A partir de la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados)

    tendremos:

    HR = [2 mol (436 kJ/mol) + 2 mol (613 kJ/mol)] - [4 mol (414 kJ/mol) + 2 mol (347 kJ/mol)] HR = (872 + 1226) (1656 + 694)

    HR = -252 kJ/mol

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 14-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Este valor es ligeramente superior al obtenido en la Actividad 21, ya que los valores de las

    entalpas de enlace son valores promedio que dan un valor aproximado, pero no exacto. En general, son ms concluyentes los valores obtenidos a partir de las entalpas de

    reaccin.

    24. Calcula la entalpa de la reaccin: CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g) a

    partir de:

    a) Las energas de enlace.

    b) Las entalpas de formacin.

    Datos: Hf (kJ/mol): (CH4) = -74,9; (CH3Cl) = -82; (HCl) = -92,3

    Energas de enlace (kJ/mol): C H= 414; Cl Cl = 244; C Cl = 330; H Cl =

    430

    a) En la reaccin CH4(g) + Cl2(g) CH3Cl(g) + HCl(g)

    se rompe un enlace Cl Cl y un enlace C H, formndose un enlace H Cl y un enlace

    C Cl

    A partir de la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados) y teniendo en cuenta los valores que nos ofrece el enunciado:

    HR = [1 mol (244 kJ/mol) + 1 mol (414 kJ/mol)] - [1 mol (430 kJ/mol) + 1 mol (330 kJ/mol)] De donde se obtiene que: HR = -102 kJ

    b) Si se utiliza la ecuacin HR = Hf (productos) Hf (reactivos), tendremos:

    HR = [1 mol (-82 kJ mol-1) + 1 mol (-92,3 kJ mol-1)] - [1 mol (-74,9 kJ mol-1) +

    0]

    HR = -99,4 kJ

    Los dos valores son similares.

    25. El eteno se hidrogena para dar etano, segn:

    CH2 - CH2 (g) + H2 (g) CH3 - CH3 (g) HR = -130 kJ

    Calcula la energa del enlace C = C, si las energas de los enlaces C-C, H-H y C-H

    son respectivamente 347, 436 y 414 kJ/mol.

    De la reaccin de hidrogenacin de eteno a etano que nos indica el enunciado:

    CH2 = CH2(g) + H2(g) CH3 CH3(g) HR = - 130 kJ

    Se deduce que se han roto un enlace C = C y un enlace H H, formndose dos enlaces C

    H y un enlace C C.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 15-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Utilizando la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados) quedar:

    - 130 kJ = [1 mol (C = C) kJ/mol + 1 mol (436 kJ/mol)] - [2 mol (414 kJ/mol) + 1 mol (347 kJ/mol)]

    De donde se obtiene que la entalpa del enlace C = C es de 609 kJ/mol

    26. A partir de los siguientes datos:

    Entalpa estndar de sublimacin del C(s) = 717 kJ/mol

    Entalpa de formacin del CH3 - CH3(g) = -85 kJ/mol

    Entalpa media del enlace H - H = 436 kJ/mol

    Entalpa media del enlace C - C = 347 kJ/mol

    a) Calcula la variacin de entalpa de la reaccin:

    2 C (g) + 3 H2 (g) CH3 - CH3 (g) e indica si es exotrmica o endotrmica.

    b) Determina el valor medio del enlace C - H.

    a) Los datos que ofrece el enunciado son:

    (1) C(s) C(g) H1 = 717 kJ/mol

    (2) 2 C(s) + 3 H2(g) CH3 CH3(g) H2 = - 85 kJ/mol

    La ecuacin 2 C(g) + 3 H2(g) CH3 CH3(g) equivale a la inversa de la ecuacin (1) multiplicada por dos, ms la ecuacin (2).

    Si hacemos esas operaciones se obtiene: 2 C(g) + 2 C(s) + 3 H2(g) 2 C (s) + CH3 CH3(g),

    que simplificando equivale a la ecuacin que nos piden: 2 C(g) + 3 H2(g) CH3 CH3(g)

    Aplicando la ley de Hess:

    HR = 2 (- H1) + H2 HR = 2 (-717) kJ + (-85) kJ

    HR = -1519 kJ y por lo tanto es un proceso exotrmico.

    b) En esa reaccin se han roto 3 enlaces H H y se han formado 6 enlaces C H y un enlace C C

    Utilizando la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados), tendremos:

    - 1519 kJ = [3 mol (436 kJ mol-1) ] - [6 mol (C H ) + 1 mol (347 kJ mol-1)]

    De donde se obtiene: H (C-H) = 413 kJ/mol

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 16-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    27. El propano es un combustible fsil muy utilizado.

    a) Formula y ajusta su reaccin de combustin.

    b) Calcula la entalpa estndar de combustin e indica si el proceso es

    endotrmico o exotrmico.

    c) Calcula los litros de dixido de carbono que se obtienen, medidos a 25 C y 760 mm Hg, si la energa intercambiada ha sido de 5990 kJ.

    Datos: Energas medias de enlace (kJ/mol): (C-C) = 347; (C-H) = 414; (O-H) = 460;

    (O=O) = 498; (C=O) = 745

    a) La reaccin de combustin del propano es: C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O

    (l)

    b) En esa reaccin se comprueba que se rompen ocho enlaces C-H; dos enlaces CC y

    cinco enlaces

    O = O. Y se forman 6 enlaces C = O y ocho enlaces O H.

    Utilizando la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados), quedar:

    HR = [8 mol (414 kJ/mol) + 2 mol (347 kJ/mol) + 5 mol (498 kJ/mol)] -

    - [6 mol (745 kJ/mol) + 8 mol (460 kJ/mol)]

    HR = 6496 kJ 8150 kJ HR = -1654 kJ /mol de propano

    Como HR < 0, el proceso ser exotrmico.

    c) 5990 kJ x 3 mol CO2 = 10,86 moles de CO2 se obtienen

    1654 kJ

    A partir de la ecuacin pV = nRT

    V = nRT V = 10,86 mol 0,082 atm L mol-1 K-1 298 K V = 265 L de CO2

    p 1 atm

    28. Explica qu se entiende por entropa y ordena de mayor a menor la entropa:

    1 gramo de hierro, 1 gramo de cloro, 1 gramo de alcohol, en condiciones

    ambientales.

    La entropa es una magnitud termodinmica que nos informa sobre el grado de desorden de un sistema. Lgicamente las sustancias en estado gaseoso tendrn mayor entropa que en estado lquido y estas ms que las que estn en estado slido, considerndose que la

    entropa de una sustancia pura y perfectamente cristalina en el cero absoluto es cero. La entropa se mide en J/K.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 17-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Basndonos en ese concepto, la entropa de esas sustancias a temperatura ambiente,

    vara segn:

    1 g Cl2 (g) > 1 g alcohol (l) > 1 g Fe(s)

    Un detalle a destacar es que si durante un proceso fsico-qumico se produce un aumento de la entropa general del Universo, podemos asegurar que ese proceso ha sido espontneo.

    29. Justifica si en los siguientes procesos se produce un aumento o una

    disminucin de entropa del sistema:

    a) 2 NH3(g) N2(g) + 3 H2(g)

    b) Be (s) + 1/2 O2 (g) BeO (s)

    c) H2O (s) H2O (l)

    d) CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l)

    e) Cl2 (g) + H2 (g) 2 HCl (g)

    En general, las sustancias en estado gaseoso tienen ms entropa que en estado lquido o en estado slido, ya que su mayor movilidad genera mayor desorden. Por eso, en los

    procesos en los que hay un aumento de sustancias gaseosas, tambin hay un incremento en la entropa del sistema.

    Si no se produce esa variacin de molculas en estado gaseoso, habr que fijarse si hay

    modificaciones en el nmero de molculas en estado lquido o en estado slido; si tambin hay una cierta igualdad en ese aspecto, suele haber mayor entropa en el miembro de la

    ecuacin que tenga mayor nmero de sustancias. Segn esos criterios, lo ms previsible es que:

    a) Aumenta la entropa, ya que aumenta el nmero de moles gaseosos de 2 a 4.

    b) Disminuye la entropa, ya que desaparece una sustancia en estado gaseoso,

    mantenindose las dems en estado slido.

    c) Aumenta la entropa, ya que el agua pasa de estar en estado slido a estado lquido.

    d) Disminuye la entropa, ya que inicialmente haba tres moles de sustancias en estado gaseoso y despus solo queda una en estado gas y dos en estado lquido.

    e) Habr muy poca diferencia, ya que el nmero de moles en estado gaseoso es el

    mismo en las sustancias iniciales y finales.

    30. Contesta las siguientes preguntas:

    a) Qu se entiende por muerte trmica del Universo?

    b) Por qu todos los valores de entropa de las sustancias son positivos?

    c) Qu afirma el Tercer Principio de la Termodinmica?

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 18-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    d) Puede haber reacciones espontneas en las que la entropa del sistema disminuya?

    a) Como los procesos naturales son espontneos, siempre cursan con incremento de la

    entropa del Universo. Cuando esta entropa alcance su valor mximo, ya no ser posible ninguna transformacin fsico-qumica, porque la entropa no podr aumentar ms. Se llegar entonces a la denominada muerte trmica del Universo.

    b) Porque el valor de la entropa a 25 C (298 K) siempre ser mayor que a 273C (0 K o cero absoluto) que se toma como referencia de las entropas; la diferencia entre

    ambos valores siempre ser positiva. c) Indica que en el cero absoluto, una sustancia pura y perfectamente cristalina tendr un valor de entropa cero, ya que estar infinitamente ordenada al ser nulo el desorden

    de sus partculas. Como esa situacin es imposible de conseguir (no habra movimiento de electrones dentro del tomo), tambin es imposible llegar a la temperatura del cero

    absoluto. d) Si, siempre que esa disminucin dentro del sistema sea inferior al aumento de entropa en el entorno del sistema. Lo que vaticina el 2 Principio de la Termodinmica

    es que la variacin total de entropa sea positiva, incluyendo en ese aspecto la variacin de entropa del sistema y del entorno.

    31. Calcula la variacin de entropa al formarse H2O (l) a partir de H2 (g) y O2 (g).

    Datos: S H2 (g) = 130,7 J/mol K; S O2 (g) = 204,8 J/mol K; S H2O (l) = 69,8 J/mol K

    La ecuacin de la formacin del agua a partir de sus elementos es:

    H2 (g) + O2 (g) H2O (l)

    Como la entropa es funcin de estado, la variacin de entropa de ese proceso se puede calcular a partir de la ecuacin: SR = S (productos) - S (reactivos)

    Que en este caso toma los siguientes valores:

    SR = [1 mol (69,8 J mol-1 K-1)] [1 mol (130,7 J mol-1 K-1)+ mol (204,8 J mol-1

    K-1)] SR = -163,3 J/mol.K

    Es lgico que el valor de SR sea negativo, ya que la entropa del producto (lquido) es

    ms ordenado que la de los reactivos (gases).

    32. Halla la variacin de entropa que tiene lugar en la combustin en condiciones estndar del etanol.

    Datos: S CO2(g) = 213,8 J/mol K; S CH3 CH2OH (l) = 160,5 J/mol K;

    S H2O (l) = 69,8 J/mol K; S O2 (g) = 204,8 J/mol K

    La ecuacin de combustin del etanol es:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 19-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    CH3 CH2OH(l) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l)

    A partir de la ecuacin: SR = S (productos) - S (reactivos), tendremos:

    SR = [2 mol (213,8 J mol-1 K-1) + 3 mol (69,8 J mol-1K-1)] -

    - [1 mol (160,5 J mol-1 K-1) + 3 mol (204,8 J mol-1 K-1)] De donde:

    SR = (637 J mol-1 K-1) - (774,9 J mol-1 K-1 ) SR = -137,9 J mol

    -1 K-1

    La disminucin de la entropa durante esa reaccin es lgica, ya que en los reactivos haba

    tres moles de sustancias gaseosas y en los productos solo dos.

    33. Contesta razonadamente a las siguientes cuestiones:

    a) Si una reaccin es endotrmica y se produce un aumento de orden en el sistema, nunca ser espontnea?

    b) Si una reaccin es espontnea y S es positivo necesariamente debe ser exotrmica?

    c) La reaccin: A (s) B (s) + C (g) es espontnea a cualquier temperatura. Por lo tanto, si

    S > 0, podemos deducir que H < 0?

    d) En la reaccin de descomposicin del cloruro de hidrgeno, tendrn valores parecidos G e H?

    e) Por qu muchos procesos de disolucin son endotrmicos y sin embargo espontneos a temperatura ambiente?

    a) La espontaneidad de una reaccin qumica est directamente relacionada con la variacin de la Energa libre de Gibbs, G, que debe ser negativa.

    Como G = H TS, si H > 0 (reaccin endotrmica) y S < 0 (aumento de orden en el sistema) la suma de los dos trminos siempre ser positiva, por lo tanto esa

    reaccin nunca ser espontnea.

    b) Si es espontnea se debe a que G < 0.

    Como G = H TS, si S > 0 el trmino entrpico favorece su espontaneidad; por lo

    tanto no es obligatorio que la reaccin sea exotrmica (H < 0), puede ser endotrmica siempre que el valor de H sea (en valor absoluto) menor que el producto TS.

    c) S, ya que si el proceso: A(s) B(s) + C (g) es espontneo a cualquier temperatura, significa que G < 0 en todo momento. Para T = 0 K, el trmino entrpico (TS) se anula y por lo tanto el trmino entlpico, H, tambin debe ser negativo para

    que la reaccin sea espontnea.

    d) S, ya que en la ecuacin de la reaccin de descomposicin del cloruro de hidrgeno:

    2 HCl (g) H2 (g) + Cl2 (g)

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 20-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    como el nmero de moles en estado gaseoso de los reactivos y de los productos es el mismo, la variacin de entropa durante el proceso debe ser casi nula (T.S 0) por lo

    tanto la variacin de la energa libre debe tener un valor similar a la variacin de entalpa: G H.

    e) Porque hay un incremento muy acusado de la entropa, ya que se pasa de una estructura ordenada del soluto a una desordenada en disolucin. Por lo tanto, si S >> 0, el aumento (en valor absoluto) del trmino entrpico TS compensa que el proceso

    sea endotrmico, H > 0.

    34. Para cierta reaccin qumica se sabe que: H= +10,2 kJ y S = 45,8 J/ K

    Justifica si son verdaderas o falsas las siguientes afirmaciones:

    a) Se trata de una reaccin espontnea porque aumenta la entropa.

    b) Se trata de una reaccin que libera energa en forma de calor.

    c) Es una reaccin en la que los productos estn ms ordenados que los

    reactivos.

    d) A 25 C la reaccin es espontnea.

    a) La condicin de espontaneidad es que el valor de G sea negativo. Como G = H TS, aunque en este caso se favorece la espontaneidad del proceso porque S > 0, no lo

    asegura porque H > 0 Por lo tanto, es falsa.

    b) En los procesos exotrmicos se cumple que H < 0. En este caso H > 0, por lo tanto es falsa.

    c) Si los productos estuvieran ms ordenados que los reactivos, el incremento de entropa sera negativo (ha disminuido el desorden); sin embargo S > 0, por lo tanto es

    falsa.

    d) Calculamos el valor de G a esa temperatura con los datos del enunciado:

    G = H TS G = 10,2 kJ 298 K 45,8 10-3 kJ/K G = 10,2 kJ 13,6 kJ

    G = 3,4 kJ Como G < 0, la reaccin es espontnea a esa temperatura. Verdadera.

    Actividades finales

    Lectura: Rafiacin solar y Efecto invernadero 1. Sabiendo que el radio medio de la Tierra es 6370 km, determina la superficie

    terrestre:

    A partir de la expresin: S = 4 R2 S = 4 (6,37106)2 m2; S = 5,11014 m2

    (Solucin: b)

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 21-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    2. A partir de los datos del texto, halla la energa solar media que recibe el conjunto de la Tierra en un da primaveral:

    Suponemos que al ser da primaveral el sol incide 12 horas sobre la superficie terrestre.

    Segn eso:

    5,11014 m2. 1.400 J . 3600 s . 12 horas . 49 = 1,511022 J (Solucin: a)

    m2.s hora da 100

    3. La superficie de la provincia de Guadalajara es de 12170 km2. Si se

    aprovechara la milsima parte de la energa solar media que recibe esa provincia en un segundo, a cuntos julios equivaldra?

    Teniendo en cuenta los datos del texto:

    12.170106 m2 . 1.400 J . 49 . 10-3 = 8,35109 J/s (Solucin: c)

    m2.s 100

    4. Sabiendo que por trmino medio, la entalpa de combustin de un litro de

    gasolina es de 34800 J, la energa obtenida en el apartado anterior, equivale a la combustin de:

    Estableciendo la relacin correspondiente:

    8,35109 J . 1 litro gasolina = 2,4105 litros de gasolina en cada segundo

    (Solucin: a)

    34800 J

    5. En la provincia de Guadalajara est la Central Nuclear de Trillo, con una potencia nominal de 1000 MW. Si se aprovechara esa milsima parte de la

    potencia absorbida por la radiacin solar en la provincia de Guadalajara, a cuntas centrales nucleares como la de Trillo equivaldra?

    De idntica manera:

    8,35109 J/s 8 centrales nucleares (Solucin: a)

    1000106 W

    Laboratorio

    1. Expresa la entalpa de esa reaccin de neutralizacin en J/mol de HCl.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 22-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    El valor concreto de la entalpa de esa neutralizacin depender de los datos experimentales recogidos en la prctica. El objetivo de esta pregunta, es que se den

    cuenta de que los clculos numricos se refieren habitualmente a un mol de sustancia y que la masa mol del NaOH (40 g/mol) es diferente de la del HCl (36,5 g/mol).

    2. Justifica si los resultados obtenidos seran diferentes si la prctica se realizara en verano o en invierno y por tanto, con diferente temperatura ambiental.

    Teniendo en cuenta el margen de error de toda prctica experimental en el mbito

    escolar, los resultados seran muy similares, ya que lo que se mide en el calormetro es el incremento de la temperatura del sistema, que es independiente de la temperatura inicial de las disoluciones.

    3. Realiza de nuevo la prctica teniendo en cuenta el valor del equivalente en

    agua del calormetro. Calcula el error relativo que se comete al no tenerlo en cuenta.

    Pregunta abierta, porque cada calormetro tiene un equivalente en agua especfico.

    Lo que s se percibir es que disminuye el valor de la entalpa de neutralizacin, ya que se

    tiene en cuenta el calor que se "utiliza" en calentar el calormetro y el termmetro.

    En cuanto a la determinacin del error relativo cometido en esta experiencia, es una manera prctica y til de repasar los contenidos de la Unidad 1.

    Problemas propuestos Primer Principio de la Termodinmica

    1. En una bomba calorimtrica se quema una muestra de 2,44 g de naftaleno slido (C10H8) a volumen constante, desprendindose 90,2 kJ. Qu calor se

    hubiera desprendido a presin atmosfrica y 25C?

    a) Qv es el calor que se intercambia entre el sistema y el entorno cuando el proceso tiene

    lugar sin que se modifique el volumen del sistema (volumen constante, proceso isocrico)

    Qp es el calor que se intercambia entre el sistema y el entorno cuando el proceso tiene lugar a presin constante (proceso isobrico)

    b) La masa molecular del naftaleno (C10H8) es 128 g/mol; por lo tanto:

    Qv = -90,2 kJ x 128 g C10H8 = -4732 kJ/mol Qv = - 4732 kJ/mol

    2,44g mol

    A presin atmosfrica y 25C, la combustin del naftaleno se puede expresar:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 23-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    C10H8(s) + 12 O2(g) 10 CO2(g) + 4 H2O(l)

    Como Qp = Qv + nRT , calculamos nRT = (10-12) mol x 8,31 J x 298 K ;

    molK

    nRT = -4953 J nRT = -4,95 kJ

    Segn eso: Qp = (-4732 kJ) + (-4,95 kJ); Qp = - 4737 kJ/mol naftaleno.

    De donde: 2,44 g naftaleno x - 4737 kJ = -90,3 kJ; por lo tanto se desprenden 90,3 kJ.

    128 g naftaleno

    2. Calcula la variacin de energa interna que tiene lugar en la combustin de 50

    g de ciclohexano (l) si el proceso tiene lugar en condiciones estndar.

    Datos: Hf (kJ/mol): C6H12 (l) = -62 ; CO2 (g) =-393,5; H2O (l) = -285,8 // R = 8,31 J mol-1 K-1

    La ecuacin de combustin del ciclohexano:

    C6H12 (l) + 9 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l)

    A partir de: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [6 mol (-393,5 kJ mol-1) + 6 mol (-285,8 kJ mol-1)] - [1 mol (-62 kJ mol-1) +

    9 mol (0)] HR = -4014 kJ/mol

    Sabiendo que: H = U + nRT U = H nRT

    nRT = (6-9) mol 8,31 J . 298 K; nRT = -7429 J nRT = -7,4 kJ

    mol K

    De donde: U = -4014 kJ (-7,4) kJ ; U = -4007 kJ/mol C6H12

    Como Mm(C6H12 ) = 84 g, para 50 g de ciclohexano

    50 g C6H12 x 4007 kJ = -2385 kJ; por lo tanto la energia interna ha diminudo

    2385 kJ.

    84 g C6H12

    3. Halla la variacin de energa interna que sufre un mol de agua a 25C cuando se transforma en vapor de agua a 125C, si la presin de 1 atm se mantiene

    constante.

    Datos: Ce H2O(l) = 4,18 J/g C; Ce H2O (v) = 1,92 J/g C; LVaporizacin = 2,25.103

    J/g

    El proceso que tiene lugar se puede esquematizar como:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 24-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    H2O(l)25C Q

    1 H2O(l)100C Q

    v H2O(v)100C Q

    2 H2O(v)125C

    . Q1 = m . ce . T1; Q1 = 18 g. 4,18 J . (100 25) C; Q1 = 5643 J

    g C

    . Qv = m. Lv; Qv = 18 g. 2,25.103 J ; Qv = 40,5.10

    3 J

    g

    . Q2 = m . ce T2; Q2 = 18 g. 1,92 J . (125 - 100) C; Q2 = 864 J

    g C

    QTotal = 5643 J + 40,5.103 J + 864 J; QTotal = 47007 J QTotal = 47 kJ

    QTotal > 0 porque es un calor que el sistema absorbe

    La variacin de volumen que sufre el sistema ser:

    V1(agua) 18 g . 1 mL ; V1 = 18 mL

    g

    V2(vapor) p.V = nRT V = nRT ; V = 1mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 398 K; V2 = 32,6

    L

    p 1 atm

    V = V2 V1; V 32,6 L

    De donde, en valor absoluto: W = p V; W = 1 atm 32,6 L; W = 32,6 atmL

    W = 32,6 atm L 101,3 J = 3300 J W = - 3,3 kJ (W

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 25-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    a) La ecuacin de la reaccin es:

    CS2(l) + 3 O2(g) CO2(g) + 2 SO2(g) HR = -1072 kJ

    Utilizando HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    - 1072 kJ = [1 mol (-393,5 kJ mol-1) + 2 mol (-296,4 kJ mol-1)] - [(Hf (CS2) + 3 mol (0)]

    De donde: Hf CS2 (l) = +85,7 kJ/mol

    b) -6000 kJ . 2 mol SO2 = 11,2 mol SO2 se liberan a la atmsfera

    -1072 kJ

    A partir de pV = nRT V = nRT ; V = 11,2 mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 298 K;

    p 1 atm

    V = 274 L de SO2 se desprenden

    5. El dixido de manganeso se reduce a manganeso metal reaccionando con el aluminio segn:

    Mn O2 (s) + Al (s) Al2 O3 (s) + Mn (s) (sin ajustar)

    a) Halla la entalpa de esa reaccin sabiendo que las entalpas de formacin valen:

    Hf (Al2 O3) = -1 676 kJ/mol; Hf (MnO2) = -520 kJ/mol

    b) Qu energa se transfiere cuando reaccionan 10,0 g de MnO2 con 10,0 g de

    Al?

    a) La reaccin que tiene lugar, ya ajustada, sera:

    3/2 MnO2(s) + 2 Al(s) Al2O3(s) + 3/2 Mn(s)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos) tendremos:

    HR = [1 mol (-1676 kJ mol-1) + 3/2 mol (0)] - [3/2 mol (-520 kJ mol-1) + 3/2 mol

    (0)]

    HR = -896 kJ/mol Al2O3

    b) Para determinar cul es el reactivo limitante del proceso:

    10 g MnO2 . 1 mol = 0,115 moles MnO2 10 g Al . 1 mol = 0,37 moles Al

    87 g 27 g

    En funcin de la estequiometra de la reaccin:

    0,115 moles MnO2 . 2 moles Al = 0,153 mol Al se necesitan, sobra Al falta MnO2

    1,5 mol MnO2

    Como nicamente hay 0,115 moles de MnO2, ste ser el reactivo limitante.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 26-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Segn eso: 0,115 moles MnO2 . (896 kJ ) = - 68,7 kJ; por lo tanto se

    desprenden 68,7 kJ. 1,5 mol MnO2

    6. Durante la fotosntesis, las plantas verdes sintetizan la glucosa segn la siguiente reaccin:

    6 CO2 (g) + 6 H2O (l) C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) HR=2815 kJ/mol

    a) Cul es la entalpa de formacin de la glucosa?

    b) Qu energa se requiere para obtener 50 g de glucosa?

    c) Cuntos litros de oxgeno, en condiciones estndar, se desprenden por cada gramo de glucosa formado?

    Datos: Hf (kJ/mol): H2O (l)=-285,8; CO2(g) = -393,5

    a) A partir de la reaccin de formacin de la glucosa:

    6 CO2 (g) + 6 H2O (l) C6H12O6(s) + 6 O2 (g) HR = 2815 kJ

    y utilizando la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos), tendremos:

    2815 kJ= [Hf (C6H12O6) + 6 mol (0)] - [6 mol (-393,5 kJ mol-1) + 6 mol (-285,8

    kJ mol-1)] Hf (C6H12O6) = -1261 kJ/mol

    b) Como la Mm (C6H12O6) = 180 g/mol:

    50 g (C6H12O6) x 2815 kJ = 782 kJ se necesitan

    180 g

    c) Segn la estequiometra de la reaccin:

    1 g (C6H12O6) x 1 mol (C6H12O6) x 6 mol O2 = 0,033 moles O2

    180 g mol (C6H12O6)

    A partir de pV = nRT

    V = n.R.T ; V = 0,033 mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 298 K ; V = 0,8 litros de O2

    p 1 atm

    7. Las entalpas de combustin del etano y del eteno son -1560 kJ mol-1 y -1410 kJ mol-1 respectivamente.

    a) Calcula el valor de Hf para el etano y para el eteno.

    b) Razona si el proceso de hidrogenacin del eteno a etano es un proceso endotrmico o exotrmico.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 27-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    c) Calcula el calor que se desprende en la combustin de 50,0 g de cada gas.

    Datos: Hf (kJ/mol): CO2(g) = -393,5; H2O(l) = -285,9

    a) Las reacciones de combustin ajustadas, seran:

    Etano: C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(l) HC = - 1560 kJ

    Eteno: C2H4(g) + 3 O2(g) 2 CO2(g) + 2 H2O(l) HC = - 1410 kJ

    Utilizando la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos) tendremos:

    Etano :

    -1560 kJ= [2 mol (-393,5 kJ mol-1) + 3 mol (-285,9 kJ mol-1)] - [1 mol Hf (C2H6) +

    7/2 mol (0)]

    De donde: Hf (C2H6) = -84,7 kJ/mol

    Eteno :

    -1410 kJ= [2 mol (-393,5 kJ mol-1) + 2 mol (-285,9 kJ mol-1)] - [1 mol Hf (C2H4) + 3 mol (0)]

    De donde: Hf (C2H4) = +51,2 kJ/mol

    b) La reaccin de hidrogenacin sera: C2H4(g) + H2 (g) C2H6(g)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos):

    HR = [1 mol (-84,7 kJ mol-1)] - [1 mol (+51,2 kJ mol-1) + 1 mol (0)]

    HR = -135,9 kJ. Es una reaccin exotrmica.

    c) A partir de la M.mol del etano y del eteno, tendremos:

    Etano 50 g C2H6 x 1 mol x -1560 kJ = -2600 kJ se desprenden 2600 kJ.

    30 g mol

    Eteno 50 g C2H4 x 1 mol x -1410 kJ = -2518 kJ se desprenden.2518 kJ

    28 g mol

    8. La gasolina es una mezcla compleja de hidrocarburos que vamos a considerar como si estuviera formada nicamente por hidrocarburos saturados de frmula C8H18.

    a) Calcula el calor que se desprende en la combustin de 50 litros de gasolina (d = 0,78 g/mL).

    b) Halla la masa de CO2 que se emite a la atmsfera en esa combustin.

    c) Si el consumo de un vehculo es de 7 litros por cada 100 km, qu energa necesita por cada km recorrido?

    Hf (kJ/mol): CO2(g) = -394 kJ/mol; H2O(l) = -286 C8H18 (l) = -250 kJ/mol

    a) La ecuacin de combustin del octano es:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 28-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    C8H18(l) + 25 O2(g) 8 CO2(g) + 9 H2O (l)

    2

    Utilizando la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [8 mol (-394 kJ mol-1) + 9 mol (-286 kJ mol-1)] - [1 mol (-250 kJ mol-1) +

    25/2 mol (0)] HR = -5476 kJ/mol C8H18

    50 litros gasolina 50103 mL (C8H18) . 0,78 g = 39103 g C8H18

    mL

    39103 g C8H18 . 1 mol C8H18 . -5476 kJ = -1,87106 kJ se desprenden 1,87106 kJ

    114 g mol

    b) A partir de la estequiometra de la reaccin:

    39103 g C8H18 . 1 mol C8H18 . 8 mol CO2 . 44 g CO2 = 120421 g CO2 se emiten a la atmsfera

    114 g mol C8H18 mol CO2

    c) 7 litros 70 mL . 0,78 g . 5476 kJ = 2622 kJ

    100 km km mL 114 g km

    9. El denominado "gas de sntesis" se obtiene al calentar carbn a temperaturas elevadas en presencia de vapor de agua, obtenindose hidrgeno molecular y monxido de carbono.

    a) Formula la reaccin de obtencin del gas de sntesis.

    b) Calcula el calor intercambiado cuando reaccionan 150 g de carbn,

    suponiendo que su contenido en carbono es del 80% en masa.

    c) Calcula el volumen de monxido de carbono desprendido en la reaccin del apartado anterior, medido a 2000 mm Hg y 300 C.

    Datos:Hf (kJ mol-1): CO(g) = -110,5; H2O(g) = -242,8.

    a) La reaccin que nos proponen es: C(s) + H2O(g) H2(g) + CO(g)

    b) Calculamos la entalpa de esa reaccin a partir de la ecuacin:

    HR = Hf (productos) Hf (reactivos) De donde:

    HR = [1 mol (-110,5 kJ mol-1) + 1 mol (0)] - [1 mol (-242,8 kJ mol-1) + 1 mol

    (0)]

    HR = +132,3 kJ

    150 g carbn x 80 g C x 1 mol C x 132, 3 kJ = 1323 kJ se necesitan

    100 g carbn 12 g C mol C

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 29-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    c) 150 g carbn x 80 g C x 1 mol C = 10 moles de C reaccionan.

    100 g carbn 12 g C

    A partir de la estequiometria de la reaccin, comprobamos que tambin se obtienen 10 moles de CO

    Utilizando la ecuacin: pV = nRT

    V = n.R.T ; V = 10 mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 573 K ; V = 178,5 litros de CO

    p (2000/760) atm

    10. Se quema benceno (C6H6) en exceso de oxgeno, liberando energa.

    a) Formula la reaccin de combustin del benceno.

    b) Calcula la entalpa de combustin estndar de un mol de benceno lquido.

    c) Calcula el volumen de oxgeno, medido a 25 C y 5 atm, necesario para

    quemar 1 L de benceno lquido.

    d) Calcula el calor necesario para evaporar 10 L de benceno lquido.

    Datos: Hf (kJ mol-1): C6H6(l) = +49; C6H6(v) = +83; H2O(l) = -286; CO2(g) =

    -393;

    Densidad benceno(l) = 0,879 g cm-3

    a) C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O (l)

    b) A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [6 mol (-393 kJ mol-1) + 3 mol (-286 kJ mol-1)] - [1 mol (+49 kJ mol-1) +

    15/2 mol (0)] HC = -3265 kJ/mol C6H6

    c) Teniendo en cuenta que: 1 L 103 cm3 y que m= dV; 0,879 g cm-3 103 cm3 = 879 g C6H6 y la estequiometria de la reaccin de combustin del benceno:

    879 g C6H6 x 1 mol C6H6 x 7,5 mol O2 = 84,5 mol O2 reaccionan

    78 g C6H6 1 mol C6H6

    Utilizando la ecuacin: pV = nRT

    V = n.R.T ; V = 84,5 mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 298 K ;

    P 5 atm

    V = 413 litros de O2 se necesitan

    d) Para pasar el benceno de lquido a vapor, aunque no sea una reaccin qumica como tal, sino un proceso fsico, tambin se utiliza la expresin H = Hf (productos) Hf (reactivos).

    En este caso: H = H(v) - H(l) H = 83 kJ/mol 49 kJ/mol H = 34 kJ/mol

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 30-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    De donde, 10 L 104 cm3 x 0,879 g x 1 mol C6H6 x 34 kJ = 3832 kJ necesarios cm3 78 g 1 mol C6H6

    Ley de Hess

    11. El motor de una mquina cortacsped funciona con una gasolina que podemos considerar de composicin nica octano (C8H18). Calcula:

    a) La entalpa estndar de combustin del octano, aplicando la ley de Hess.

    b) El calor que se desprende en la combustin de 2,00 kg de octano.

    Datos: Hf (kJ/mol): CO2(g) = -393,8; C8H18(l) = -264,0; H2O(l) = -285,8

    a) La combustin del octano se puede expresar como:

    C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2(g) + 9 H2O (l)

    Los datos que proporciona el enunciado son:

    (1) 8 C(s) + 9 H2(g) C8H18 (l) H1 = -264 kJ

    (2) C(s) + O2(g) CO2 (g) H2 = -393,8 kJ

    (3) H2(g) + O2 H2O (l) H3 = -285,8 kJ

    Se puede obtener la ecuacin de combustin del octano, invirtiendo la ecuacin (1),

    multiplicando por ocho la ecuacin (2) y multiplicando por nueve la ecuacin (3).

    Sumando estas ecuaciones modificadas, quedara:

    C8H18 (l) + 8 C(s) + 8 O2(g) + 9 H2(g) + 9/2 O2 (g) 8 C(s) + 9 H2(g) + 8 CO2 (g) + 9

    H2O (l)

    Que simplificando, equivale a: C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2(g) + 9 H2O (l)

    Aplicando la ley de Hess: HR = (- H1) + 8 H2 + 9 H3

    HR = (+264) kJ + 8 (-393,8) kJ + 9 (-285,8) kJ HR = -5459 kJ

    b) 2 kg 2 103 g C8H18 x 1 mol C8H18 x -5459 kJ = -9,58 104 kJ se liberan

    114 g mol

    12. Sabiendo que las entalpas estndar de combustin del hexano (l), del

    carbono (s) y del hidrgeno (g) son respectivamente: -4192; -393,5; y -285,8 kJ/mol, halla:

    a) La entalpa de formacin del hexano lquido en esas condiciones.

    b) Los gramos de carbono consumidos en la formacin del hexano cuando se han intercambiado 50 kJ.

    a) La ecuacin de formacin del hexano a partir de sus elementos en condiciones estndar es:

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 31-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    6 C (s) + 7 H2 (g) C6 H14 (l)

    Las ecuaciones que se indican en el enunciado son:

    (1) C6 H14 (l) + 19/2 O2(g) 6 CO2 (g) + 7 H2O (l) H1 = -4192 kJ/mol

    (2) C (s) + O2 (g) CO2(g) H2 = -393,5 kJ/mol

    (3) H2(g) + O2 (g) H2O (l) H3 = -285,8 kJ/mol

    Invirtiendo la ecuacin (1), multiplicando por seis la ecuacin (2), multiplicando por siete la ecuacin (3) y sumando todas ellas, se obtiene:

    6 CO2(g) + 7 H2O(l) +6 C(s) + 6 O2(g) + 7 H2(g) + 7/2 O2(g) C6 H14(l) + 19/2 O2(g) + 6 CO2(g) + 7 H2O(l)

    Que, simplificando equivale a: 6 C (s) + 7 H2 (g) C6 H14 (l)

    Aplicando la ley de Hess:

    HR = (-H1 ) + 6 H2 + 7 H3

    HR = 4192 kJ + 6 (-393,5) kJ + 7 (-285,8) kJ HR = -169,6 kJ/mol

    Es decir, la entalpa de formacin del hexano(l) es Hf = -169,6 kJ/mol

    b) -50 kJ x 6 moles C x 12 g C = 21,2 g de C

    - 169,6 kJ 1 mol C

    13. Calcula la variacin entlpica de la fermentacin de la glucosa segn:

    C6H12O6 (s) 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)

    Si las entalpas de combustin de la glucosa y del etanol son -2813 y -1367

    kJ/mol respectivamente.

    La ecuacin de la fermentacin de la glucosa es:

    C6H12O6 (s) 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)

    Las ecuaciones de combustin de la glucosa y del etanol son respectivamente:

    (1) C6H12O6(s) + 6 O2 (g) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) H1 = -2813 kJ/mol

    (2) C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l) H2 = -1367 kJ/mol

    La ecuacin inicial se puede obtener manteniendo la ecuacin (1) e invirtiendo la ecuacin (2) multiplicada por dos. Sumando ambas, se obtendra:

    C6H12O6(s) + 6 O2 (g) + 4 CO2 (g) + 6 H2O (l) 6 CO2 (g) + 6 H2O (l) + 2 C2H5OH (l) + 6 O2 (g)

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 32-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Que simplificando equivale a: C6H12O6(s) 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)

    Aplicando la ley de Hess, tendremos que:

    HR = H1 + 2 (-H2 ) HR = (-2813) kJ + 2(1367) kJ HR = -79 kJ/mol

    glucosa

    14. El calor desprendido en el proceso de obtencin del benceno a partir de etino es:

    3 C2H2(g) C6H6(l) H= -631 kJ

    a) Calcula la entalpa estndar de combustin del benceno, si la del etino es -1302 kJ/mol.

    b) Qu volumen de etino, medido a 26C y 15 atm, se necesita para obtener 0,25 L de benceno?

    Datos: densidad del benceno = 880 g/ L

    a) La reaccin de combustin del benceno es: a) C6H6(l) + 15/2 O2(g) 6 CO2(g)

    + 3 H2O (l)

    A partir de los datos que da el enunciado:

    (1) 3 C2H2(g) C6H6(l) H1= -631 kJ

    (2) C2H2(g) + 5/2 O2(g) 2 CO2 + H2O (l) H2= -1302 kJ

    Se obtiene la ecuacin de combustin del benceno invirtiendo la ecuacin (1) y multiplicando por tres la ecuacin (2). Quedara:

    C6H6(l) + 3 C2H2(g) + 15/2 O2(g) 3 C2H2(g) + 6 CO2 + 3 H2O (l)

    Utilizando la ley de Hess: HR = (- H1)+ 3 H2

    HR = (+631) kJ + 3 (-1302) kJ HR = -3275 kJ

    b) Teniendo en cuenta la estequiometria de la obtencin del benceno:

    0,25 L benceno x 880 g x 1 mol C6H6 x 3 mol C2H2 = 8,46 mol C2H2

    L 78 g 1 mol C6H6

    Utilizando la ecuacin: pV = nRT

    V = n.R.T ; V = 8,46 mol 0,082 atm.L.mol-1.K-1 299 K ;

    p 15 atm

    V = 13,8 litros de C2H2 se necesitan

    15. A partir de los datos suministrados:

    a) Calcula la variacin de entalpa de la reaccin de hidrogenacin del acetileno

    (etino) para dar etano en condiciones estndar.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 33-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    b) Cunta energa se libera cuando se hacen reaccionar 10,0 g de hidrgeno con 2 moles de acetileno en condiciones estndar?

    Datos: HC (kJ/mol): C2H2 = -1301; C2H6 = -1560; Hf H2O (l) = -285,8 kJ/mol

    a) La reaccin de hidrogenacin es: C2H2(g) + 2 H2(g) C2H6(g)

    Las reacciones que da el enunciado son:

    (1) C2H2(g) + 5/2 O2 (g) 2 CO2(g) + H2O (l) H1 = -1301 kJ

    (2) C2H6(g) + 7/2 O2 (g) 2 CO2(g) + 3 H2O (l) H2 = -1560 kJ

    (3) H2(g) + O2 (g) H2O (l) H3 = -285,8 kJ

    Para obtener la reaccin de hidrogenacin del etino, se mantiene la ecuacin (1), se

    invierte la ecuacin (2) y se multiplica por dos la ecuacin (3). Sumando todas, quedar:

    C2H2(g) + 5/2 O2(g) + 2 CO2(g) + 3 H2O (l)+ 2 H2(g) + O2 (g) 2CO2(g) + H2O(l)

    + C2H6(g) + 7/2 O2(g) + 2 H2O (l)

    que simplificando equivale a: C2H2(g) + 2 H2(g) C2H6(g)

    Aplicando la ley de Hess: HR = H1 + (- H2) + 2 H3

    HR = (-1301) kJ + (1560) kJ + 2 (-285,8) kJ HR = -312,6 kJ

    b) Hay que comprobar cul es el reactivo limitante.

    10 g H2 x 1 mol H2 = 5 mol H2 pueden reaccionar

    2 g H2

    Segn la estequiometria de la reaccin: 2 moles C2H2 x 2 mol H2 = 4 mol H2

    reaccionan. 1 mol C2H2

    Sobra hidrgeno, luego el reactivo limitante es el C2H2. Por lo tanto:

    2 moles C2H2 x -312,6 kJ = -625,2 kJ se liberan 625,2 kJ

    1 mol C2H2

    Entalpas de enlace

    16. El etanol se utiliza como alternativa a la gasolina en algunos motores de

    vehculos.

    a) Escribe la reaccin ajustada de combustin del etanol para dar dixido de carbono y agua y calcula la energa liberada cuando se quema una cantidad de

    etanol suficiente para producir 100 L de dixido de carbono, medido a 1 atm y 25 C.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 34-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    b) Calcula la energa necesaria para romper todos los enlaces de una molcula de etanol, expresando el resultado en eV.

    Datos: Energas de enlace (kJ mol-1): (C-C) = 347; (C-H) = 414; (O-H) = 460; (C-O) = 351;

    Hf (kJ/mol): CO2(g) = -393,8; etanol(l) = -277,6; H2O(l) = -285,8; 1 eV = 1,6 10-19 J

    a) La ecuacin de combustin del etanol es: C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [2 mol (-393,5 kJ mol-1) + 3 mol (-285,8 kJ mol-1)] - [1 mol (-277,6 kJ mol-1)

    + 3 mol (0)] HR = -1366,8 kJ

    Utilizando la ecuacin de Clapeyron:

    pV = nRT n = pV n = 1 atm 100 L n = 4,09 mol de CO2 se forman RT 0,082 atm.L.mol-1.K-1 298 K

    Segn la estequiometra de la reaccin: 4,09 mol CO2 x -1366,8 kJ = -2797 kJ se liberan 2797 kJ 2 mol CO2

    b) Para romper todos los enlaces de una molcula de etanol, hay que romper 5 enlaces (C

    H),

    1 enlace (C C), 1 enlace (C O) y 1 enlace (O H).

    Numricamente:

    H(enlaces rotos) = 5 mol (414 kJ/mol) + (347 kJ) + (351 kJ) + (460 kJ)

    H(enlaces rotos) = 3228 kJ/mol

    Para una molcula: 3228 103 J x 1 mol x 1 eV = 33,5 eV

    mol 6,02 1023 molculas 1,6 10-19 J

    17. Calcula el valor de la entalpa de formacin del etanol en estado gaseoso,

    segn:

    2 C(s) + 3 H2(g) + 1/2 O2(g) C2H5OH(g)

    Datos: Energas de enlace (kJ/mol): (H-H) = 436; (O=O) = 498; (C-C) = 347;

    (C-H) = 414;

    (C-O) = 352; (O-H) = 460; Ho(sublimacin) C(s) = 718 kJ/mol

    En la formacin de un mol de C2H5OH(g) a partir de sus elementos, y con los datos que aporta el enunciado, se deben sublimar dos moles de C(s) y se rompen 3 moles de

    enlaces H-H y medio mol de enlaces O=O. Adems, se forman un mol de enlaces C-C, cinco moles de enlaces C-H, un mol de enlaces C-O y otro mol de enlaces O-H.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 35-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    A partir de la ecuacin: HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados)

    HR =[2 mol (718 kJ/mol) + 3 mol (436 kJ/mol) + 1/2 mol (498 kJ/mol)] -

    - [1 mol (347 kJ/mol) + 5 mol (414 kJ/mol) + 1 mol (352 kJ/mol) + 1 mol (460 kJ/mol)]

    HR = -236 kJ/mol C2H5OH(g) Hf C2H5OH(g) = -236 kJ/mol

    18. Calcula la variacin de entalpa estndar de la hidrogenacin del etino a

    etano:

    a) A partir de las energas de enlace.

    b) A partir de las entalpas de formacin.

    Energas de enlace (kJ/mol): C H = 415; H H = 436; C C = 350: C C = 825

    Hf (kJ/mol): etino = 227; etano = 85

    a) La ecuacin de hidrogenacin se puede expresar como:

    CH CH(g) + 2 H2(g) CH3 CH3(g)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [ 1 mol (-85 kJ mol-1)] - [1 mol (227 kJ mol-1) + 2 mol (0)]

    HR = -312 kJ/mol

    b) Si tenemos en cuenta los enlaces rotos y formados, vemos que se rompe un enlace C C y dos enlaces H H y se forman cuatro enlaces C H y un enlace C C. Segn eso:

    HR = H (enlaces rotos) - H (enlaces formados)

    HR =[1 mol (825 kJ mol-1) + 2 mol (436 kJ mol-1) ] - [4 mol (415 kJ mol-1) + 1 mol

    (350 kJ mol-1)]

    HR = -313 kJ/mol

    Entropa y espontaneidad

    19. Para una determinada reaccin qumica se sabe que H= -35,4 kJ y S = -85,5 J K-1. Justifica si:

    a) La reaccin da lugar a un aumento o una disminucin del desorden del sistema.

    b) La reaccin ser espontnea en condiciones estndar.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 36-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    a) Como S = -85,5 J K-1 es negativo, nos indica que la entropa del sistema ha disminuido durante el proceso, Sproductos < Sreactivos ; por lo tanto, hay menos desorden

    en el sistema.

    b) La espontaneidad de una reaccin viene dado por la ecuacin de Gibbs: GR = HR

    - T SR.

    en la que se relaciona el aspecto entlpico y el aspecto entrpico de una reaccin qumica. Experimentalmente se comprueba que los procesos espontneos tienden a ser

    energticamente ms estables (HR 0); esta doble tendencia la recoge la ecuacin de Gibbs, que establece la necesidad de que

    G < 0 para que un proceso sea espontneo.

    En este caso:

    GR = HR - T SR GR = (-35,4 kJ) 298 K (-85,5 10-3 J/K) G R = -

    9,9 kJ

    Por lo tanto s es espontnea a esa temperatura.

    20. Dadas las siguientes ecuaciones termoqumicas:

    2 H2O2(l) 2 H2O(l) + O2(g) H = -196 kJ

    N2 (g) + 3 H2(g) 2 NH3 (g) H = -92,4 kJ

    a) Define el concepto de entropa y explica el signo ms probable de S en cada

    una de ellas.

    b) Explica si esos procesos sern o no espontneos a cualquier temperatura, a

    temperaturas altas, a temperaturas bajas, o no sern nunca espontneos.

    a) Por entropa se entiende la magnitud fsica que nos mide el grado de desorden de un sistema; es decir, a mayor desorden de las partculas del sistema, mayor entropa. Por lo tanto:

    En la reaccin (1), previsiblemente SR > 0 ya que se forma una sustancia gaseosa como producto de la reaccin y no haba gases entre los reactivos.

    En la reaccin (2) SR < 0 ya que se forman dos moles de una sustancia gaseosa y haba 4 moles gaseosos en los reactivos.

    b) La espontaneidad de una reaccin viene dado por la ecuacin de Gibbs: GR = HR

    - T SR que establece la necesidad de que G < 0 para que un proceso sea espontneo. Segn eso:

    - La reaccin (1) ser siempre espontnea, ya que HR < 0 y SR > 0 por lo que GR ser negativo a cualquier temperatura.

    - En la reaccin (2) se cumple que HR < 0 y SR < 0. Para que sea espontnea, el

    factor entlpico debe ser mayor (en valor absoluto) que el factor entrpico; eso es ms fcil de conseguir si la temperatura de la reaccin es baja.

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 37-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    21. Dada la reaccin: N2O(g) N2(g) + O2(g) siendo H = 43 kJ/mol y S= 80 J/mol K

    a) Justifica el signo positivo de la variacin de entropa.

    b) Ser espontnea a 25C? A qu temperatura estar en equilibrio?

    a) La entropa del sistema aumenta porque en los productos hay 1,5 moles de sustancias gaseosas y en los reactivos solamente 1 mol.

    b) Ser espontnea cuando sea negativa la variacin de la energa de Gibbs. En este caso:

    G = H - T. S G = 43 kJ (298 K 0,080 kJ/K) G = 19,2 kJ

    Como G > 0, a 25C la reaccin no ser espontnea.

    Estar en equilibrio cuando G = 0; eso se consigue si H = T S de donde:

    T = H ; T = 43 kJ ; T = 537,5 K A esa temperatura estar en equilibrio

    S 0,080 kJ/K

    22. Para la vaporizacin del agua: H2O (l) H2O (g) se sabe que: H = 44,3

    kJ/mol y S = 119 J/mol K. Determina la espontaneidad, o no, de dicho proceso a las temperaturas de 50 C, 100 C y 200 C.

    La ecuacin de la vaporizacin del agua es: H2O (l) H2O (g)

    A partir de la ecuacin de Gibbs: G = H - T. S y utilizando los datos del

    enunciado:

    a) Para 50 C G = (44,3) kJ 323 K (0,119) kJ/K G = 5,9 kJ (no espontneo)

    b) Para 100C G = (44,3) kJ 373 K (0,119) kJ/K G = 0 kJ (en equilibrio)

    c) Para 200C G = (44,3) kJ 473 K (0,119) kJ/K G = -12 kJ (espontneo)

    23. Se pretende obtener etileno (eteno) a partir de grafito e hidrgeno, a 25C y

    1 atm, segn la reaccin: 2 C(s) + 2 H2(g) C2H4(g). Calcula:

    a) La entalpa de reaccin en condiciones estndar. La reaccin es endotrmica o exotrmica?

    b) La variacin de energa libre de Gibbs en condiciones estndar. Es espontnea la reaccin en esas condiciones?

    Datos: S (J mol-1 K-1): C(s) = 5,7; H2(g) = 130,6; C2H4(g) = 219,2; Hf C2H4(g) = +52,5 kJ/mol

    a) 2 C(s) + 2 H2(g) C2H4(g) A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 38-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    HR = [ 1 mol (+52,5 kJ mol-1)] - [2 mol (0) + 2 mol (0)] HR = +52,5

    kJ/mol

    Al ser HR > 0 la reaccin ser endotrmica.

    b) Para hallar el valor de G, utilizamos la ecuacin de Gibss: G = H - T. S

    Calculamos primero el valor de S:

    SR = Sf (productos) Sf (reactivos)

    SR = [1 mol (219,2 J mol-1 K-1)] - [2 mol (5,7 J mol-1 K-1) + 2 mol (130,6 J mol-1

    K-1)]

    SR = -53,4 J K-1

    Sustituyendo valores: G = H - T. S G = +52,5 kJ 298 K (-53,4 10-3 J K-1)

    G = 68,4 kJ

    Al ser G > 0, el proceso no ser espontneo en esas condiciones.

    24. Determina a partir de qu temperatura la combustin del etanol es

    espontnea:

    Sustancia S (J K-1mol-1) Hf (kJ mol-1)

    C2H5 OH (l) 160,7 -277,6

    O2 205 -------

    H2O (l) 70,0 -285,8

    CO2 (g) 213,6 -393,5

    La combustin del etanol se puede expresar mediante la ecuacin:

    CH3CH2OH (l) + 3 O2(g) 3 H2O(l) + 2 CO2(g)

    Utilizando la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos) y con los datos

    que se indican en el enunciado, tendremos:

    HR = [2mol (-393,5 kJ/mol) + 3 mol (-285,8 kJ/mol)] - [1 mol (-277,6 kJ/mol) + 3

    mol (0)] HR = -1366,8 kJ/mol

    De idntica manera: SR = Sf (productos) Sf (reactivos)

    SR = [3 mol (70 J mol-1 K-1) + 2 mol (213,6 J mol-1 K-1)] - [1 mol (160,7 J mol-1 K-

    1) + 3 mol (205 J mol-1 K-1)] SR = -138,5 J.mol-1K-1

    Aplicando la ecuacin de Gibbs: G = H - T.S, calculamos a qu temperatura se

    establecera un equilibrio (G = 0)

    Si G = 0 H = T.S T = H = -1366,8 kJ = 9869 K

    S -0,1385 kJ/K

    Es decir, para cualquier temperatura inferior a 9869 K, el proceso ser espontneo

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 39-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    Aplica lo aprendido

    25. El amoniaco (g) reacciona catalticamente con el oxgeno molecular para dar monxido de nitrgeno y agua lquida. Determina, a presin atmosfrica y 25C,

    el calor que se intercambia con el entorno segn se realice el proceso a volumen constante o a presin constante.

    Datos: Hf (kJ/mol): NH3 (g) = -46,2 ; NO (g) = +90,3 ; H2O (l) = -285,8

    La reaccin se puede expresar como:

    4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(l)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [4 mol (+90,3 kJ/mol) + 6 mol (-285,8 kJ/mol)] - [4mol (-46,2 kJ/mol) + 5 mol (0)] HR = -1169 kJ

    Como HR = Qp Qp = -1169 kJ/ 4 mol NH3

    Como Qp = Qv + nRT Qv = Qp - nRT

    nRT = (4-9) mol x 8,31 J x 298 K nRT = -12382 J nRT = -12,4 kJ

    mol K

    Por lo tanto: Qv = -1169 kJ (-12,4 kJ) Qv = -1156,6 kJ/ 4 mol NH3

    26. Sabiendo que, en condiciones estndar, al quemar 2,50 g de etanol se

    desprenden 75 kJ y al hacer lo mismo con 1,50 g de cido actico (acido etanoico) se obtienen 21 kJ, calcula para el proceso: CH3 - CH2OH(l) + O2(g)

    CH3 - COOH(l) + H2O(l)

    a) Los calores de combustin molares de etanol y cido actico.

    b) El valor de H de la reaccin del enunciado.

    c) El valor de U de la reaccin del enunciado.

    Dato: R = 8,31 J mol-1 K-1

    a) Sabiendo que Mm (CH3 CH2OH) = 46 g/mol y Mm (CH3 COOH) = 60 g/mol,

    tendremos:

    -75 kJ x 46 g = -1380 kJ/mol etanol

    2,5 g 1 mol

    - 21 kJ x 60 g = -840 kJ/mol cido etanoico

    1,5 g 1 mol

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 40-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    b) La ecuacin del enunciado: CH3 CH2OH(l) + O2(g) CH3 COOH(l) + H2O(l)

    se puede obtener a partir de las ecuaciones de las entalpas de combustin del etano y del cido actico, utilizando la ley de Hess. Quedara:

    (1) CH3 CH2OH (l) + 3 O2(g) 3 H2O(l) + 2 CO2(g) H1 = -1380 kJ

    (2) CH3 COOH (l) + 2 O2(g) 2 H2O(l) + 2 CO2(g) H2 = -840 kJ

    Sumando a la primera ecuacin la inversa de la segunda, quedar:

    CH3 CH2OH (l) + 3 O2(g) + 2 H2O(l) + 2 CO2(g) 3 H2O(l) + 2 CO2(g) + CH3 COOH(l) +

    2 O2(g)

    Que simplificando equivale a: CH3 CH2OH(l) + O2(g) CH3 COOH(l) + H2O(l)

    Utilizando la ley de Hess: HR = H1 + (-H2) HR = (-1380 kJ) + (+840 kJ)

    HR = -540 kJ

    c) Para calcular la variacin de energa interna que ha experimentado el sistema, aplicamos la ecuacin: H = U + pV U = H - pV U = H - n R T

    siendo n la diferencia de moles en estado gaseoso entre los productos y los reactivos.

    Numricamente:

    U = H - nRT U = -540 kJ - [(0-1 mol) 8,31 10-3 kJ mol-1 K-1 298 K]

    U = -540 kJ - (-2,5 kJ) U = -537,5 kJ

    27. Una mezcla de 5,00 g de carbonato de calcio e hidrogenocarbonato de calcio se calienta hasta la descomposicin de ambos compuestos, obtenindose 0,44 g

    de agua. Si las ecuaciones de descomposicin son: CaCO3 (s) CaO (s) + CO2(g)

    Ca(HCO3)2 (s) CaO(s) + 2 CO2 (g) + H2O (g)

    a) Halla la composicin de la mezcla en % en masa.

    b) Calcula el calor que se tiene que suministrar para descomponer 10,0 g de carbonato de calcio.

    Datos: Hf (kJ/mol): CaCO3 = -1 206; CaO = -635; CO2 = -393 kJ/mol

    CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

    Ca(HCO3)2(s) CaO(s) + 2 CO2(g) + H2O (v)

    Segn las ecuaciones del enunciado, toda el agua se obtiene de la descomposicin de

    hidrogenocarbonato de calcio, por lo que:

    0,44 g H2O .1 mol = 0,0244 mol H2O 1 : 1 0,0244 mol Ca(HCO3)2 .162 g = 3,96 g

    Ca(HCO3)2 18 g mol

    Por lo tanto, habr 5,00 3,96 = 1,04 g de CaCO3

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 41-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    que en porcentaje equivale a: (1,04/5,00)100 = 20,8 % de CaCO3 y 79,2 % de Ca(HCO3)2

    b) A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos) y con los

    datos que se indican en el enunciado, tendremos:

    HR = [1 mol (-635 kJ/mol) + 1 mol (-393 kJ/mol)] - [1 mol (-1206 kJ/mol)]

    HR = 178 kJ/mol

    En nuestro caso: 10 g CaCO3 x 1 mol CaCO3 x 178 kJ = 17,8 kJ se necesitan

    100 g CaCO3 mol

    28. Se denominan gases licuados del petrleo (GLP) a mezclas de propano y

    butano que pueden utilizarse como combustible en diferentes aplicaciones. Cuando se quema 1 kg de una muestra de GLP en exceso de oxgeno se

    desprenden 4,97 x 104 kJ. Calcula:

    a) Las entalpas molares de combustin del propano y del butano.

    b) Las cantidades (en moles) de propano y butano presentes en 1 kg de la

    muestra de GLP.

    c) Los kg de CO2 emitidos a la atmsfera en la combustin de 1 kg de muestra

    de GLP.

    Datos: Hf (kJ mol-1): CO2(g) = -393,5; H2O(l) = -285,8 propano (l) = -119,8;

    butano (l) = -148,0

    a) La reaccin de combustin del propano es: C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O

    (l)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    y con los datos del enunciado:

    HR = [3 mol (-393,5 kJ/mol)) + 4 mol (-285,8 kJ/mol))] - [1 mol (-119,8 kJ/mol)

    + 5 mol (0)] HR = -2203,9 kJ/mol propano

    De idntica manera, para el butano: C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) 4 CO2 (g) + 5 H2O (l)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos):

    HR = [4 mol (-393,5 kJ/mol) + 5 mol (-285,8 kJ/mol)] - [1 mol (-148 kJ/mol) +

    13/2 mol (0)] HR = -2855 kJ/mol butano

    b) Si llamamos x = gramos de propano e y = gramos de butano, y a partir de las

    masas molares de ambos compuestos, tendremos que:

    x g propano . 1 mol propano . 2204 kJ = 50,1x kJ

    44 g propano mol

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 42-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    y g butano . 1 mol butano . 2855 kJ = 49,2y kJ

    58 g butano mol

    se puede establecer el siguiente sistema de ecuaciones:

    x + y = 1000

    50,1x + 49,2y = 4,97 104 }

    Resolviendo dicho sistema, se obtienen los valores: x = 555,5 e y = 444,4

    Que expresado en moles sera: 555,5 g/44 g mol-1 = 12,63 moles de propano

    444,4 g/58 g mol-1 = 7,66 moles de butano

    c) A partir de las estequiometrias de las reacciones de combustin de ambos

    hidrocarburos:

    12,63 mol propano x 3 mol CO2 x 44 g CO2 = 1667,2 g CO2

    1 mol propano 1 mol CO2

    7,66 mol butano x 4 mol CO2 x 44 g CO2 = 1348,2 g CO2

    1 mol butano 1 mol CO2

    En total, se emitir a la atmsfera 3015,4 g de CO2 3,02 kg de CO2

    29. En la obtencin de CaO a partir de la descomposicin del carbonato de calcio

    se necesitan 179 kJ/mol de CaO. Si se utiliza gas propano como combustible y el rendimiento del proceso es del 75%, qu cantidad de propano se consume en la

    obtencin de 1 t de CaO?

    Datos Hf (kJ/mol): CO2 (g) =-393,5; H2O (l) = -285,8 ; C3H8 (g) = -103,8

    La ecuacin de combustin del propano es:

    C3H8(g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (l)

    Como HR = Hf (productos) Hf (reactivos)

    HR = [3 mol (-393,5 kJ/mol) + 4 mol (-285,8 kJ/mol)] - [1 mol (-103,8 kJ/mol) + 5 mol (0)] HR = -2219,9 kJ/mol

    Por otro lado: CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) HR = 179 kJ

    1 tonelada CaO 106 g CaO . 1 mol CaO . 179 kJ = 3,2106 kJ se necesitan

    56 g CaO mol CaO

    Como la Mm(C3H8) = 44 g/mol

    3,2106 kJ . 44 g C3H8 . 100 = 84,5103 g 84,5 kg de propano se necesitan

    2219,9 kJ 75

  • Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario

    Mcgraw-Hill Education 43-1

    Fsica y Qumica 1 Bachillerato. Solucionario.

    6

    30. Calcula los litros de gas butano, medido en condiciones normales, que hay que quemar para calentar 20 litros de agua de 15C a 35 C.

    Datos: Hf (kJ/mol): H2O (l) = -285,5; CO2 = -393,5; C4H10(g) = -124,7; ce (agua) = 4,18 kJ/ kg K

    a) El calor que se requiere para calentar el agua ser:

    Q = m ce t Q = 20 kg 4,18 kJ . (35 15) C; Q = 1672 kJ se necesitan

    kg C

    La reaccin de combustin del butano se expresa: C4H10 (g) + 13/2 O2 (g) 4 CO2 (g) +

    5 H2O (l)

    A partir de la ecuacin: HR = Hf (productos) Hf (reactivos):

    HR = [4 mol (-393,5 kJ/mol)) + 5 mol (-285,5 kJ/mol))] - [1 mol (-124,7 kJ/mol) + 13/2 mol (0)] H