Termoquímica. Actividades de aprendizaje Hoja Nº 3

LEY DE HESS. Cálculo de la entalpía estándar de reacción a partir de las entalpías estándar de formación

1.- La reacción de oxidación catalítica del amoníaco es el punto de partida para la obtención industrial del ácido nítrico y sucede según la ecuación siguiente: 4 NH₃ (g) 5 O₂ (g) → 6 H₂O (l) + 4 NO (g).Calcula la entalpía de esta reacción utilizando datos de la tabla de entalpías estándar de formación. Sol: ΔH^o= -1168 kJ 
Datos ΔH^o_f [NH₃(g)]=-46,3 kJ·mol^-1; ΔH^o_f [O₂(g)]= 0; ΔH^o_f [H₂O(l)]=-285,8 kJ·mol^-1;ΔH^o_f [NO(g)]=+90,4 kJ·mol^-1

2.- Calcula la entalpía estándar de la reacción de síntesis del disulfuro de carbono, CS₂ (l), a partir de sus elementos, C (grafito), y azufre, S(s). A partir de estos datos: 
C (grafito) + O₂ (g) → CO₂ (g) ΔH^o=-393,5 kJ S(s) + O₂(g) → SO₂ (g) ΔH^o= -296,1 kJ
CS₂ (s) + 3 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 SO₂ (g) ΔH^o=-1072 kJ Sol: 86,3 kJ 
3.- Formula la reacción de descomposición del CaCO₃ (s) y calcula la entalpía estándar a partir de los datos de las entalpías de formación. Sol: +177,8 kJ

Datos: ΔH^o_f [CO(g)]=-393,5 kJ·mol^-1; ΔH^o_f [CaO(s)]=-635,6 kJ·mol^-1; ΔH^o_f [CaCo₃(s)]=-1206,9 kJ·mol^-1 
4.- Formula la reacción de síntesis de un mol de metanol CH₃OH (l) y calcula la entalpía de la reacción a partir de la siguientes ecuaciones termoquímicas: Sol: -238,7 kJ 
CH₃OH (l) + 3/2 O₂ (g) → CO₂ (g) + H₂O (l) ΔH^o=-726,4 kJ 
C (grafito) + O₂ (g) → CO₂ (g) ΔH^o=-393,5 kJ H₂ (g) + ½ O₂ (g) →H₂O (l) ΔH^o=-285,8 kJ

Cálculo de la entalpía estándar de reacción a partir de las entalpías de enlace 
5.- Calcula la entalpía estándar de la reacción de combustión del gas hidrógeno, según la ecuación siguiente, a partir de los datos que aparecen en la tabla de entalpías de enlace: 2 H₂ (g) + O₂ (g) → 2 H₂O (l) 
ΔH_H-H= 436,4 kJ·mol^-1; ΔH_O=O = 498,7 kJ·mol^-1; ΔH_O-H= 460,4 kJ·mol^-1 Sol: - 468,5 kJ·mol^-1 
6.- Utilizando los valores de las entalpías de enlace que aparecen en las tablas (se incluyen), determina con carácter aproximado la entalpía estándar de cada una de las siguientes reacciones: 
a) Br₂ (g) + 3 F₂ (g) → 2 BrF₃ (g) Sol: - 537,7 kJ 

b) Hidrogenación de eteno con formación de etano: CH₂═CH₂ (g) + H₂ (g) → CH₃─CH₃ (g) Sol: -118,6 kJ

c) Combustión del etanol: C₂H₅OH (g) + 3 O₂ (g) → 2 CO₂ (g) + 3 H₂O (g) Sol: 1015,9 kJ.

ENTROPÍA: Cálculo de la variación de entropía en procesos químicos 
7.- Calcula la variación de entropía que experimenta un mol de hielo al fundir a la temperatura de 0 ºC y a la presión externa de 1 atm, según la ecuación; H₂O (s) ↔H₂O (l). Calor de fusión latente del hielo, L_F= 334.000 J·kg^-1. Supón que el proceso de fusión del hielo es reversible. Sol: ΔS= 22,05 J·K^-1 

Entropía molar estándar 
8.- Calcula el cambio de entropía estándar de 100 g de agua cuando se congela a 0 ºC.

Datos: S^o [H₂O (s)]= 43,2 J·mol^-1·K^-1; S^o [H₂O (l)]= 69,9 J·mol^-1·K^-1 Sol: - 148, 3 J·K^-1

9.- Calcula el cambio de entropía en el proceso etanol (l) →etanol (g), supuesto éste reversible, sabiendo que el calor molar de vaporización del etanol a 25 ºC es 36,4 kJ·mol^-1.

Si la entropía estándar del etanol líquido es 161 J·mol^-1K^-1, calcula la entropía estándar del vapor de etanol. Sol: 122 J·mol^-1·K^-1; 283 J·mol^-1K^-1 

Entropía estándar de reacción 
10.- A partir de los datos de la tabla de entropías molares estándar, calcula la variación de entropía que tiene lugar en las reacciones siguientes: a) CaCO₃ (s) → CO₂ (g) + CaO (s); b) N₂ (g) + 3 H₂ (g) → 2 NH₃ 

Sol: ΔS^o= 160,5 J·K^-1; ΔS^o= - 199 J·K^-1 

11.- Calcula la variación de entropía en las siguientes reacciones en condiciones estándar:

a) H₂ (g) +Cl₂ (g) →2 HCl (g); b) S (s) + O₂ (g) → SO₂ (g); c) MgCO₃ (s) → MgO (s) + CO₂ (g) 

Sol: 20 J·K^-1; 11,6 J·K^-1; 174,7 J·K^-1

12.- Predice si en cada una de las siguientes reacciones hay aumento o disminución de la entropía:
a) Ag⁺ (aq) + Cl^- (aq) → AgCl (s); b) NH₄Cl (s) → NH₃ (g) + HCl (g); c) H₂ (g) + Br₂ (g) → 2 HBr (g)