Reacciones químicas a volumen o presión constantes 08

TERMODINÁMICA QUÍMICA

 

En la reacción de combustión del benceno (C6H6):

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

realizada a presión constante y a 25 ºC, se desprenden 42,32  kJ por cada gramo de benceno que se quema. Se pide:

a)  Formula de la ecuación termoquímica correspondiente, de forma que intervenga el DH. 

b)  Calcular el DU para esta misma reacción a 25 ºC.

 

 

Solución:

Datos: T = 298 K; QP = –42,32 kJ/g

a)  Como la reacción se realiza a presión constante: DH = Qp, luego lo que necesitamos saber es el calor que se desprende por mol de benceno quemado.

Peso molecular del benceno:

 

Pm (C6H6) = 6·12 + 6·1 = 78

 

DH = –42,32 (kJ/g)·78 (g/mol) = –3301 kJ/mol 

 

C6H6 (l) + (15/2) O2 (g) 6 CO2 (g) + 3 H2O (l),  DH = –3301 kJ/mol

 

b)  Aplicando el primer principio de la termodinámica: 

 

DH = ΔU + W

 

DH = ΔU + P ΔV ΔU = DH – Δn R T

 

Dn = Snº moles gases (producto) – Snº moles gases (reactivos)

 

Dn = 6 moles – (15/2) moles = –1,5 moles

 

                     

Estos resultados nos indican que si la reacción se realiza a volumen constante, se desprenden 3297,3 kJ y si se efectúa a presión constante, se desprenden 3301 kJ. La diferencia es la energía gastada en el trabajo de expansión.

 

 

 

 

 

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Reacciones químicas a volumen o presión constantes 07

TERMODINÁMICA QUÍMICA

 

La siguiente reacción de combustión del propano, la cual transcurre a temperatura constante de 100 ºC y a presión de 1 atm, es:

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

 

Si en esta reacción se desprende 1620,79 kJ por cada mol de propano reaccionado, halla:

a)  La variación de entalpía de la reacción.

b)  La variación de su energía interna.

 

 

Solución:

a)  Como la reacción se realiza a presión constante y es exotérmica:

 

DH = –1620,79 kJ

 

b)  Aplicando el primer principio de la termodinámica:  

 

DH = ΔU + W

 

DH = ΔU + P ΔV ΔU = DH – Δn R T

 

Dn = Snº moles gases (producto) – Snº moles gases (reactivos)

 

Dn = (3 + 4) moles – (1 + 5) moles = 1 mol

 

 

 

 

Estos resultados nos indican que si la reacción se realiza a volumen constante, se desprenden 1623,9 kJ y si se efectúa a presión constante, se desprenden 1620,79 kJ. La diferencia es la energía gastada en el trabajo de expansión.

 

 

 

 

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Reacciones químicas a volumen o presión constantes 06

TERMODINÁMICA QUÍMICA

 

La combinación del azufre con el oxígeno viene expresada por la siguiente reacción:

S (s) + O2 (g) SO2 (g),   DH = –296,8 kJ

Calcula la variación de su energía interna.

 

 

Solución:

Dato: DH = –296,8 kJ

Primer principio de la termodinámica:

 

DH = ΔU + W

 

DH = ΔU + P ΔV ΔU = DH – Δn R T

 

Dn = Snº moles gases (producto) – Snº moles gases (reactivos)

 

Dn = 1 mol – 1 mol = 0

 

ΔU = DH = –296,8 kJ

 

Como no ha habido un aumento de volumen de los gases, el valor de la entalpía prácticamente coincide con el de la energía interna.

 

 

 

 

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Reacciones químicas a volumen o presión constantes 05

TERMODINÁMICA QUÍMICA

 

Al reaccionar cloro (gas) con hidrógeno a 25 ºC y 1 atm se desprenden 602,7 calorías por cada gramo de cloruro de hidrógeno formado. Calcula la variación de entalpía y la variación de energía interna, y escribir las ecuaciones termoquímicas correspondientes. Da el resultado en kJ.

 

Solución:

Datos: Qr = –602,7 cal/g; t = 25 ºC; P = 1 atm

La reacción se realiza a presión constante.

Peso molecular del cloruro de hidrógeno:

 

Pm (HCl) = 1 + 35,5 = 36,5

 

Variación de entalpía:

 

 

 

Variación de energía interna:

 

 

 

 

 

 

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Reacciones químicas a volumen o presión constantes 04

TERMODINÁMICA QUÍMICA

 

Si la reacción de combustión de la glucosa es:

 

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

 

¿qué relación existe entre QV y QP?

 

 

Solución:

Primer principio de la Termodinámica:

 

DU = DH – W

 

DU = DH – P DV = DH – Dn R T

 

DU = QV        DH = QP

 

QV = QPDn R T

 

Dn = Snº moles gases (producto) – Snº moles gases (reactivos)

 

Dn = 6 moles – 6 moles = 0

 

QV = QP

 

Como Dn = 0 también DV = 0, luego se trata de un proceso isocórico (volumen constante)

 

 

 

 

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