Ejercicios de termoquímica: entalpías de formación y combustión

Ejercicios de Termoquímica

1. Conocidas las siguientes **entalpías estándar de formación**: del etano (g) -84,56 kJ/mol, del CO₂ (g) –393,5 kJ/mol y del H₂O (g) -242 kJ/mol, calcular la **entalpía de combustión** del etano (g).
2. La **entalpía de combustión** de un compuesto orgánico de fórmula C₆H₁₂O₆ es = –2540 kJ/mol. Sabiendo que la **entalpía estándar de formación** (∆H⁰_f) del CO₂ es –394 kJ/mol y el ∆H⁰_f H₂O es -242 kJ/mol, calcular la **entalpía de formación** del compuesto orgánico.
3. La **entalpía estándar de combustión** del etanol (l) es -1366 kJ/mol, la **entalpía estándar de formación** del CO₂ (g) -393,5 y la del H₂O (l) -285,8 kJ/mol. Calcular la **entalpía estándar de formación** del etanol.
4. Calcular el **calor de reacción** para la síntesis del acetileno (g), a partir de los siguientes **calores de combustión estándar**: C(grafito) -393,5 kJ/mol, H₂(g) -285,8 kJ/mol, C₂H₂(g) -1299,4 kJ/mol.
5. El **calor de combustión** de una gasolina (octano) es –3207 kJ por mol. Calcular el **calor estándar de formación** del octano a partir de los siguientes **calores de combustión estándar**: C(grafito) -393,5 kJ/mol, H₂(g) -285,8 kJ/mol.
6. Calcular la **entalpía estándar de combustión** del ácido acético conociendo que los **calores de combustión estándar** de H₂ (g), C (s) ácido acético (l) son, respectivamente, -285,9 kJ/mol, -393,13 kJ/mol y -870,7 kJ/mol.
7. Por el proceso Deacon se obtiene cloro (g) y vapor de agua, haciendo reaccionar cloruro de hidrógeno y oxígeno gaseosos. Calcular la **variación de entalpía** del proceso conociendo las siguientes **energías de enlace**:

(H-Cl) 432 kJ/mol, (O=O) 499 kJ/mol, (Cl-Cl) 243 kJ/mol, (O-H) 460 kJ/mol.

8. El tolueno (C₇H₈) es un hidrocarburo líquido muy importante en la industria orgánica, utilizándose como disolvente, y también en la fabricación de tintes, colorantes, medicamentos y explosivos como el TNT. Si cuando se quema un gramo de tolueno (C₇H₈) se desprenden 42,5 kilojulios, ¿cuál será el valor de su **entalpía de combustión**? Calcular la **entalpía estándar de formación** del tolueno, utilizando la **ley de Hess**. Datos: masas atómicas: C 12; H 1; O 16. **Entalpía estándar de formación** del CO₂ (g): –393,8 kJ/mol, **Entalpía estándar de formación** del H₂O (liq): –285,8 kJ/mol.

R.- ΔH⁰_f= +10.2 kJ/mol

9. Calcular la **entalpía estándar de formación** del sulfuro de carbono: C (s) + 2 S(s) ® CS₂ (l) a partir de las siguientes reacciones:

CS₂ (l)+ 3 O₂ (g) ® CO₂ (g) + 2 SO₂ (g) , ∆H = -1072 kJ

C (s) + O₂ (g) ® CO₂ (g) , ∆H = -393,71 kJ

S (s) + O₂ (g) ® SO₂ (g) ,∆H = -296,1 kJ

10. A partir de las **entalpías estándar de enlace**, determinar la **entalpía** para la reacción de hidrogenación del 1,3-butadieno a butano. (**Entalpías estándar**: Enlaces C=C ® 612,9 kJ; enlaces H-H ® 436,4 kJ; enlaces C-C ® 348,15 kJ; Enlaces C-H ® 415,32 kJ).
11. Partiendo de las ecuaciones termoquímicas a 25 ºC que se indican a continuación, calcular la **entalpía de formación** del ácido nitroso. ¿Es una **reacción exotérmica o endotérmica**?:

a) NH₄NO₂ (s) ® N₂ (g) + 2H₂O (l) , ΔH = -300,12 kJ
b) H₂ (g) + ½ O₂ (g) ® H₂O (l) , ΔH = - 284,24 kJ
c) N₂ (g) + 3H₂ (g) ® 2NH₃ (aq) , ΔH = - 170,54 kJ
d) NH₃ (aq) + HNO₂ (aq) ® NH₄NO₂ (aq) , ΔH = - 38,04 kJ
e) NH₄NO₂ (s) ® NH₄NO₂ (aq) , ΔH = + 19,85 kJ

12. Las **entalpías de formación** de los compuestos: FeS₂, Fe₂O₃, ambos sólidos y del SO₂ gas son -148,60; -830,92; y -296,78 kJ/mol, respectivamente. Calcular la **entalpía de reacción** para la tostación de la pirita, que transcurre según la reacción: 4 FeS₂ (s) + 11 O₂(g) ® 8 SO₂(g) + 2 Fe₂O₃(s).
13. Calcular la **entalpía de reacción**, para la reacción de combustión del metano a través de las **energías de enlace**: (C-H) 413 kJ/mol, (H-H) = 436 kJ/mol; (O=O) 494 kJ/mol; (C=O) 801 kJ/mol; (H-O) 482 kJ/mol.
    1. Calcular el trabajo que desarrolla el gas encerrado en un cilindro cuando sufre una expansión de 50 cm³ sometido a la presión constante de 5 atm.

R.- -25,3 J

15. Calcular los **calores de formación** del pentano líquido, a presión constante y a volumen constante, conociendo los datos siguientes:

ΔH para la combustión del pentano líquido = -3486,9 kJ/mol
ΔH para la combustión del carbono sólido = - 393,5 kJ/mol
ΔH para la formación del agua líquida = - 285,8 kJ/mol

16. Calcula la **variación de entalpía de formación** del amoniaco, a partir de los siguientes datos de **energías de enlace**: E (H-H) = 436 kJ/mol; E (N-H) = 389 kJ/mol; E (N≡N) = 945 kJ/mol.

R.- -40,5 kJ/mol

17. Mediante la fotosíntesis se transforma dióxido de carbono y agua en hidratos de carbono, como la glucosa, obteniéndose la energía necesaria de la luz del sol. A partir de los siguientes datos tomados a 25 ºC y 1 atm para la reacción CO₂ (g) + H₂O (l) ® C₆H₁₂O₆ (s) + O₂ (g) , responda a las siguientes cuestiones: a) calcule la energía solar mínima para formar 9 gramos de glucosa; b) ¿se trata de un proceso espontáneo a 298 K?. Razone y justifique su respuesta

R.- a) 140,0 kJ ; b) G⁰ = +2878 kJ/mol (proceso no espontáneo).

18. La **entalpía estándar de formación** del propano es -183,8 kJ.mol^-1, la del CO₂ (g) -393,5 kJ.mol^-1 y la del H₂O (l) -285,8 kJ.mol^-1. Calcule: a) la **entalpía de combustión** del propano, b) el volumen de aire, en condiciones normales, que necesitamos para quemar 1 kg del mismo. (Dato: el aire contiene un 21 % de O₂), c) la masa de propano necesaria para calentar 50 mL de agua, de densidad 1 g/mL, desde 25 ºC hasta 50 ºC, si la capacidad calorífica del agua es 4,18 kJ.kg^-1.K^-1.

R.- a) – 2140 kJ/mol; b) 12129 L; c) 0,107 g.

19. Teniendo en cuenta las **energías de enlace**: (Cl-Cl) 243,8 kJ/mol, (C-Cl) 327,8 kJ/mol, (H-Cl) 432,4 kJ/mol, (C-H) 415,3 kJ/mol, determinar la **entalpía normal de reacción** del proceso: CH₄ (g) + Cl₂ (g) ® CH₃Cl (g) + HCl (g).
20. La **entalpía de combustión** del butano es ΔHc = - 2642 kJ /mol, si todo el proceso tiene lugar en fase gaseosa. Calcule la **energía media del enlace** O–H y determine el número de bombonas de butano (6 kg de butano /bombona) que hacen falta para calentar una piscina de 50 m³ de 14 a 27ºC.

Masas atómicas: C = 12 ; O = 16; H = 1; Ce (**calor específico** del agua) = 4,18 kJ/K ; densidad del agua = 1 kg/L . **Energías medias de enlace**: E (C-C) = 346 kJ / mol; E(C = O) = 730 kJ / mol; E(O = O) = 487 kJ / mol ; E (C-H) = 413 kJ / mol.

R.- 10 bombonas.

21. Para la reacción de combustión del etanol líquido a 25 ºC, conteste a las siguientes preguntas con ayuda de los datos de la tabla que se adjunta: a) Escriba la reacción y calcule su ΔG a 25 ºC; b) calcule la **variación de energía interna** a 25 ºC; c) explique si la reacción sería o no espontánea a 727 ºC (supóngase que ΔH y ΔS son independientes de la temperatura). Datos: R = 8,31 J.mol^-1
22. Calcular el **calor de combustión** del butano, a presión constante y a volumen constante, sabiendo que los **calores de formación** de dióxido de carbono, agua líquida y butano son, respectivamente, -393,5; -285,8 y -125,0 kJ/mol.
23. La acetona (CH₃COCH₃) es un disolvente muy utilizado en el hogar, como disolvente del esmalte para las uñas. Conociendo las siguientes ecuaciones termoquímicas:

a) H₂(g) + ½ O₂(g) ® H₂O(l), ΔH= -286 kJ/mol

b) C (s) + O₂(g) ® CO₂(g), ΔH= -393,13 kJ/mol

c) CH₃COCH₃ + 4 O₂(g) ® 3 CO₂(g) + 3 H₂O(l), ΔH= -1786 kJ/mol

Calcular el **calor de formación** para la acetona CH₃COCH₃, a volumen constante y a presión constante.