Problemas Tema4

PROBLEMAS DE QUÍMICA Curso 2009 - 10 TEMA 4 Pg. 1

Colegio Ntra. Sra. del Carmen VALLADOLID José A. Toquero Sánchez

TEMA 4 ( Tema 4 de las Universidades )

( Tema 6 Libro de texto ) 1. ¿ Qué sistema tiene mayor energía y mayor entropía de los dos siguientes ?

a) 2 litros de agua a 90 ºC, separados de 2 litros de agua a 10 ºC. b) 4 litros de agua a 50 ºC. S: Tienen la misma energía y más entropía el a)

2. Determinar la entalpía de formación del ácido acético: CH3-COOH, con los datos siguientes: C (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH = -94,1 Kcal/mol H2(g) + O2 (g) H2O (l) ΔH = - 68,3 Kcal/mol CH3-COOH (l) + O2(g) CO2 (g) + H2O (l) ΔH = - 208 Kcal/mol S: Δ H = -116,8 Kcal/mol

3. A 25 ºC, el calor de formación del agua (vapor) es ΔH = - 57,8 Kcal/mol, mientras que, si el agua formada queda en estado líquido, el calor es ΔH = - 68,3 Kcal/mol. Hallar el calor latente de vaporización del agua, expresándolo en Kcal/mol y Kcal/gramo. S: 10,5 Kcal/mol = 0,583 Kcal/g

4. Calcular el calor de la reacción : CS2 + Cl2 CCl4 + S2Cl2, con los datos : a) calor de formación del sulfuro de carbono : 15,84 Kcal/mol (endotérmica) b) calor de formación del cloruro de carbono : 33,6 Kcal/mol ( exotérmica ) c) calor de formación del dicloruro de azufre : 0,11 Kcal/gr. ( exotérmica ) S: Δ H = - 64,29 Kcal/mol

5. A partir de los siguientes datos: - calor de formación del dióxido de carbono : - 393,5 Kj. - calor de formación del agua : - 285,8 Kj. - calor de combustión del metano : - 890,4 Kj. calcular : a) entalpía de formación del metano. b) calorías desprendidas en la combustión de 25,0 grs. de metano. S: a) - 74,7 Kj/mol b) - 333.900 cal

6. Defina las magnitudes termodinámicas que caracterizan la evolución de los procesos químicos. Cite ejemplos en los que se ponga de manifiesto su importancia. S: Definir entalpía, entropía y entalpía libre

7. El calor de combustión del butano gas, a presión constante y 25 ºC, es de - 688 Kcal/mol, para dar dióxido de carbono gas y agua líquida. Si los calores de formación de estas sustancias son - 94 y - 68,3 Kcal/mol, respectivamente, calcular el calor de formación del butano a presión constante. S: Δ H = - 29,5 Kcal/mol

8. Se quema completamente metano con oxígeno, y se obtienen 1,98 grs. de dióxido de carbono, liberándose 9560 cal. Calcular el calor de formación del metano, si el del dióxido de carbono es - 94000 cal/ mol y el del agua líquida - 68000 cal/mol. S : Δ H = - 17,555 Kcal/mol



9. Define entropía y entalpía. Indica si hay alguna relación entre ellas.

10. Calcular el calor de formación del etileno, C2H4, si : - calor de combustión del etileno : - 331,6 Kcal/mol. - calor de formación del CO2 : - 94,05 Kcal/mol. - calor de formación del agua : - 68,38 Kcal/mol. S: Δf Hº = 6,74 Kcal/mol

11. Enuncie la ley de Hess e indique sus aplicaciones.

12. ¿ Cuál será el calor de combustión del etanol, sabiendo que al quemarlo se produce dióxido de carbono y agua, conociendo los calores normales de formación a 25 ºC del etanol: - 66,2 Kcal/mol, del anhídrido carbónico : - 94,1 Kcal/mol, y del agua : - 68,4 Kcal/mol. S: Δ H = - 327,2 Kcal/mol

13. Calcule el calor de formación del metano gaseoso a partir de sus constituyentes, si Metano (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔHº = - 212,80 Kcal/mol H2 (g) + 1/2 O2 (g) H2O (l) ΔHº = - 68,32 Kcal/mol C ( grafito) + O2 (g) CO2 (g) ΔHº = - 94,05 Kcal/mol Todos los valores de ΔHº se han determinado a 298 K. S : Δ H = - 17,89 Kcal/mol

14. Conocidas las siguientes entalpías de formación: ΔH [ C3H8 (g) ] = - 103,8 Kj/mol ΔH [ CO2 (g) ] = - 393,5 Kj/mol ΔH [ H2O (l)] = - 285,5 Kj/mol así como la capacidad calorífica del agua: 4,18 Kj/Kg.ºK. a) Resuelva la ecuación termoquímica de combustión del propano a 298 K y p = 1,013.105 Pa. b) Determine la cantidad de propano necesaria para calentar, en las condiciones

anteriores, 50 litros de agua ( densidad 1 g/mL) desde 10 º hasta 70 ºC suponiendo que el rendimiento es del 70 %.

S : a) - 2.218,7 KJ / mol b) 355,256 g.

15. La gasolina puede ser considerada como una mezcla de octanos ( C8H18). Sabiendo que los calores de formación de : H2O (g) = - 242 Kj/mol ; CO2 (g) = - 394 Kj/mol y C8H18 (l) = - 250 Kj/mol a) Escriba la ecuación de combustión de la gasolina. b) Calcule la energía liberada en la combustión de 5 litros de gasolina ( d = 800

Kg/m3 ) c) ¿ Qué volumen de gas carbónico medido a 30 º C y presión atmosférica se

generará en tal combustión ? S : a) C8H18 (l) + 25/2 O2 (g) 8 CO2 (g) + 9 H2O (g) b) - 178.245,6 Kj c) V = 6.974,17 litros



16. Conociendo los datos siguientes: I2 (g) + H2 (g) 2 HI (g) ΔH = - 0,4 Kcal/mol I2 (s) + H2 (g) 2 HI (g) ΔH = 6 Kcal/mol I2 (g) + H2 (g) 2 HI (ac) ΔH = - 13 Kcal/mol calcular,

a) el calor de sublimación del yodo. b) el calor de disociación térmica del yoduro de hidrógeno. c) el calor de disolución del yoduro de hidrógeno.

S : a) 12,8 Kcal/mol b) 0,4 Kcal/mol c) – 12,6 Kcal/mol

17. Conociendo que el calor de combustión del gas etileno (C2H4) es - 331,6 Kcal/mol y los calores de formación del dióxido de carbono - 94,05 Kcal/mol y del agua (l) - 68,32 Kcal/mol, calcule el calor de formación del etileno gaseoso. S : Δ H = 6,86 Kcal/mol

18. Se conocen los siguientes datos termoquímicos : calor de formación del metano (g) partiendo de carbono (grafito) - 17,89 ; calor de combustión del carbono (grafito) - 94,05 ; calor de formación del agua (l) - 68,32 , todos ellos expresados en Kcal/mol y a 298 K. a) Calcule el calor de combustión del metano. b) Qué cantidad de metano haría falta quemar para calentar 30 litros de agua de densidad 1,002 desde la temperatura ambiente ( 15 ºC) hasta 80 ºC. Para ello tome en consideración la definición de caloría y acepte que el rango de temperaturas de aplicación se extiende a las del problema. S : a) Δ H = - 212,8 Kcal/mol b) m = 146,9 g.

19. Sabiendo que las entalpías de formación del CS2, CCl4 y S2Cl2 en fase líquida son, respectivamente, - 15840 cal/ mol, 33600 cal/ mol y 14300 cal/ mol, determine el calor de la reacción: CS2 + Cl2 CCl4 + S2Cl2 S : 63740 cal/ mol

20. Una muestra de carbonato cálcico se descompone térmicamente dando 12,8 g. de óxido de calcio (s) y dióxido de carbono (g). Calcular el calor absorbido o desprendido en el proceso. Datos : ΔHºf CaO (s) = - 633 Kj/mol ΔHºf CO2 (g) = - 393 Kj/mol ΔHºf CaCO3 (s) = - 1207 Kj/mol S : Se absorben 41,37 Kj.

21. Explique y justifique si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas: a) En un proceso reversible la variación de energía libre de Gibbs es negativa. b) Un proceso donde la variación de entalpía es positiva y la variación de entropía

es negativa, nunca será espontáneo. c) Cuando un gas se disuelve en un líquido, la variación de entropía es menor que

cero. d) El calor que interviene en un proceso a volumen constante nos da la variación

de entalpía. S : a) Falso. ΔG = 0 b) Verdadero. c) Verdadero d) Falso



22. El calor de combustión del butano gaseoso a 1 atm. y 25ºC es ΔH = - 2875,8 Kj/mol. Las entalpías estándar de formación a 25ºC del CO2(g) y H2O(l) son, respectivamente, - 393,5 Kj/mol y – 285,83 Kj/mol. Calcular: a) La entalpía de formación estándar del butano. b) La variación de energía interna del proceso en condiciones estándar a la

temperatura indicada. S : a) – 127,5 Kj/mol b) 67,988 Kj/mol

EJERCICIOS CORRESPONDIENTES A PRUEBAS DE ACCESO A LA

UNIVERSIDAD

23. a) Determine la entalpía de reacción del siguiente proceso : ZnO (s) + CO (g) Zn (g) + CO2 (g) a partir de los siguientes datos : entalpía estándar de formación del ZnO (s) =- 348 Kj.mol-1 ; entalpía estándar de vaporización del Zn (s) = 133,76 Kj.mol-1 ; y entalpía de combustión del CO (g) = - 284,24 Kj.mol-1. b) Indique si el proceso es endotérmico o exotérmico. c) ¿ Se puede asegurar con los datos de los que se dispone que el proceso será

espontáneo? ( Jun – 97 )

S : a) 197,52 Kj/mol b) Endotérmico c) No

24. a) Calcule la entalpía de combustión del benceno líquido, sabiendo que las ΔHºf de CO2 (g) ; H2O (l) ; C6H6 (l) son, respectivamente, - 393,51 Kj/mol; - 285,83 Kj/mol ; + 49,0 Kj/mol.

b) Indique y justifique si el proceso anterior se produce con aumento o disminución de la entropía.

( Jun – 98 ) S : a) Entalpía = - 3267,55 Kj/mol b) Aumento de entropía

25. Explique y justifique si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas: a) Sabiendo que las entalpías de disolución del cloruro de calcio y nitrato de

amonio son – 82,8 Kj/mol y +26,2 Kj/mol respectivamente, las disoluciones en agua del primero sirven para calentar, y las del segundo para enfriar.

b) El primer principio de la termodinámica se enuncia como ΔU = +Q c) El calor de reacción a volumen constante siempre es mayor que el calor de

reacción a presión constante. d) Se sabe que la siguiente reacción: A(s) B(s) + C(g), es espontánea a

cualquier temperatura. Por lo tanto, si ΔS es positivo, podemos deducir que ΔH debe ser negativo.

( Jun – 00 ) S : a) Verdadera. b) Falsa c) Depende de la variación del número de moles. ΔH = ΔU + Δn.R.T d) Cierto en algunas condiciones. Falso en otras.



26. La entalpía estándar de formación del tolueno [ C6H5-CH3] es 11,95 Kcal/mol, y las entalpías estándar de formación del dióxido de carbono (g) y del agua (l) son, respectivamente, - 94,05 Kcal/mol y – 68,32 Kcal/mol. Calcule : a) La entalpía de combustión del tolueno b) ¿Cuántas calorías se desprenden en la combustión completa de 23,00 g de

tolueno?. ( Jun – 01 )

S : a) – 943,58 Kcal/mol b) 235.895 cal se desprenden

27. a) Calcular la entalpía estándar de combustión del gas propano. b) ¿Cuánto calor produce la combustión completa del propano contenido en una

bombona de 75 L. , si la temperatura es de 10ºC y la presión del gas en la bombona es de 15 atm.? Haga los cálculos suponiendo que el propano es un gas ideal. DATOS : las entalpías de formación estándar del agua (l) , dióxido de carbono (g) y propano (g) son – 286 kJ, - 394 kJ y – 104 kJ respectivamente.

( Sep – 01 ) S: a) – 2222 Kj b) 107.718,12 Kj se desprenden

28. La reacción de una mezcla de aluminio en polvo con óxido de hierro (III) genera

hierro y óxido de aluminio. La reacción es tan exotérmica que el calor liberado es suficiente para fundir el hierro que se produce. a) Calcular el cambio de entalpía que tiene lugar cuando reaccionan

completamente 53,96 g. de aluminio con un exceso de óxido de hierro (III) a temperatura ambiente?

b) ¿Cuántos gramos de hierro se obtienen si el rendimiento de la reacción es del 85 %?

Datos : ΔHºf ( Fe2O3) = - 822,2 Kj ΔHºf ( Al2O3) = - 1676 Kj ( Jun – 02 ) S : a) Δ H = - 853,8 Kj b) m = 95,12 g

29. a) Se tiene la reacción, no ajustada, CH3OH ( l ) + O2 ( g ) H2O ( l ) + CO2 ( g )

en la que, a presión constante, se desprenden 725,5 kJ por cada mol de metanol que reacciona. Calcular Δ H cuando : 1) en el proceso se obtienen 4 moles de CO2 ( g ) ; 2) la dirección de la reacción se invierte ( los reactivos se convierten en productos y viceversa ) y se obtienen 2 moles de metanol.

b) ¿Cuál o cuáles de las siguientes sustancias tienen valor de entalpía de formación estándar distinta de cero, a 25ºC y 1 atm de presión: Fe (s) , Ne (g), H (g), CH4 (g) y Hg (s)?. Razone las respuestas. ( Sep – 03 )

S: a) 1) Δ H = - 2902 kJ 2) Δ H = + 1451 kJ b) Sólo la del CH4, pues los demás son elementos en estado estable.



30. El CaCO3 (s) se descompone a 850ºC para dar CaO(s) y CO2 (g). a) Calcular el cambio de entalpía en kJ cuando en la reacción se producen 48,02

g de CO2 . b) ¿Es termodinámicamente espontánea esta reacción? Haga un razonamiento

cualitativo. Datos : Entalpías de formación por mol a 850ºC : CaCO3 (s) : - 1206,9kJ ; CaO(s): - 635 kJ ; CO2 (g) : - 393,5 kJ ( Jun – 04 )

S : a) ΔH = 194.7 kJ b) Con los datos parece que ΔG < 0 , luego espontánea.

31. Se conocen la siguientes entalpías de formación estándar: - 84,5 kJ / mol para el etano, - 393,5 kJ / mol para el dióxido de carbono y – 285,5 kJ / mol para el agua. El calor específico del agua es 4,18 J ºC-1g-1 .

a) Calcular el calor de combustión molar del etano. b) ¿Qué volumen de etano, medido a 23,0 ºC y 752 mm Hg se necesita para

calentar 855 g de agua desde 18 ºC hasta 90 ºC? ( Sep – 04 )

S : a) Δ H* = - 1559 kJ / mol b) V = 4 L de C2H6

32. A partir de los siguientes datos termoquímicos: calor de formación del metano (g) partiendo del carbono (grafito) – 17,89 ; calor de combustión del carbono (grafito) – 94,05 ; calor de formación del agua (l) – 68,32 , todos ellos expresados en Kcal/mol y a 298 K. Calcule:

a) El calor de combustión del metano. b) Cuántos gramos de metano haría falta quemar para calentar 30 litros de agua

de densidad 1 g / cm3 desde la temperatura de 15ºC hasta 80ºC. Para ello considere que la caloría es el calor necesario para elevar un grado la temperatura de 1 gramo de agua en el intervalo del problema.

( Jun – 05 ) S : a) Δ H * = - 212,8 Kcal / mol b) m = 146,62 g de CH4

33. Contesta de un modo razonado a las siguientes preguntas: a) ¿Qué valores tienen que tener las magnitudes termodinámicas para que una

reacción sea espontánea? b) ¿Podría lograrse por calentamiento que una reacción no espontánea a 25ºC

fuese espontánea a temperatura más alta? ( Sep – 05 )

S : a) Debe ser Δ G < 0 , con sus posibilidades diferentes b) Si, en el caso de reacciones endotérmicas con aumento de desorden.

34. Indique, razonando la respuesta, en cada caso, si las siguientes afirmaciones son ciertas o falsas:

a) La entalpía estándar de formación del Hg (s) es 0 . b) Todas las reacciones químicas en las que ΔG < 0 son muy rápidas. c) La absorción de calor por parte de un sistema contribuye al aumento de su

energía interna. ( Jun – 06 )

S : a) Falsa b) Falsa. No hay datos. c) Verdadera en parte.



35. El naftaleno ( C10H8 ) es un compuesto aromático sólido que se vende en forma de bolitas para combatir la polilla. La combustión completa de este compuesto para producir CO2 (g) y H2O (l) a 25ºC produce 5154 kJ / mol.

a) Escribe las reacciones de formación del naftaleno a partir de sus elementos y la reacción de combustión.

b) Calcula la entalpía estándar de formación del naftaleno. DATOS a 298 K : ΔHº CO2 = - 393,5 kJ/mol ΔHº H2O = - 285,8 kJ/mol ( Sep – 06 )

S : a) 10 C (s) + 4 H2 (g) C10H8 (s) C10H8 (s) + 12 O2 (g) 10 CO2 (g) + 4 H2O (l) b) Δ Hf = 75,8 kJ / mol ( endotérmica )

36. En relación con la energía libre estándar de reacción: a) Define dicho concepto. b) Define las condiciones estándar para los estados de la materia: gas, líquido,

elementos químicos sólidos y disoluciones. c) Calcula los cambios de energía libre estándar para la reacción de combustión

del metano (CH4). DATOS : ΔGf

o(CH4) = - 50,8 kJ/mol ; ΔGfo(H2O) = - 237,2 kJ/mol ; ΔGf

o(CO2) = - 394,4 kJ/mol (Sep – 07 )

S : c) Δ Gº = - 818 kJ/mol

37. El carbonato de calcio (s) se descompone térmicamente en óxido de calcio (s) y dióxido de carbono (g).

a) Calcula, a partir de los datos que se dan, el calor de la reacción de descomposición.

b) Calcula el calor absorbido o desprendido en el proceso, si se obtienen 12,8 g de óxido de calcio.

DATOS: Δ Hfº CaO (s) = - 633 kJ/mol Δ Hfº CO2 (g) = - 393 kJ/mol Δ Hfº CaCO3 (s) = - 1207 kJ/mol ( Jun – 08 )

S : a) Δ H = 181 kJ / mol ( absorbido) b) Se absorben 41,37 kJ

38. El CaCO3 (s) se descompone térmicamente para dar CaO (s) y CO2 (g). a. Calcula el cambio de entalpía en kJ cuando en la reacción se producen 48,02

g de CO2. b. Razona la espontaneidad de una reacción química en función de los

posibles valores positivos y negativos de ΔH y ΔS. DATOS: ΔHfº CaO (s) = - 635,6 kJ/mol ΔHfº CO2 (g) = - 393,5 kJ/mol ΔHfº CaCO3 (s) = - 1206,9 kJ/mol ( Jun – 09 )

S: a) ΔH = 194,044 kJ b) Visto en teoría.



39. La combustión del metano, CH4 (g), produce dióxido de carbono (g) y agua (l), siendo Δ H combustión = - 802 kJ mol-1.

a) Calcula la cantidad de energía que se desprende cuando se queman 3 g de dicho gas.

b) ¿Qué presión generará el CO2 desprendido si se recoge a 25ºC en un recipiente de 25 L.

c) Calcula el volumen de agua líquida que se produce. ( Sep – 09 )

S: a) ΔH = -150,375 kJ b) p = 0,183 c) V = 6,75 mL

40. Contesta razonadamente a las siguientes cuestiones: a) Dadas las reacciones:

KCl (s) K+ (g) + Cl- (g) ΔH = 718 kJ KCl (s) K (s) + ½ Cl2 (g) ΔH = 436 kJ K (s) + ½ Cl2 (g) K (g) + Cl(g) ΔH = 211 kJ Calcula ΔH para la reacción: K (g) + Cl (g) K+ (g) + Cl- (g)

b) Una reacción es espontánea a 975 ºC pero no es espontánea a 25ºC. ¿Qué signos tendrán ΔHº y ΔSº para dicha reacción?

( Sep – 09 ) S: a) ΔH = 71 kJ b) Ambas positivas

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