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; Q_P = –42,32 kJ/g

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

Peso molecular del benceno:

P_m (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.

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.

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.

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

La reacción se realiza a presión constante.

Peso molecular del cloruro de hidrógeno:

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

Variación de entalpía:

Variación de energía interna:

Si la reacción de combustión de la glucosa es:

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

¿qué relación existe entre Q_V y Q_P?

Solución:

Primer principio de la Termodinámica:

DU = DH – W

DU = DH – P DV = DH – Dn R T

DU = Q_V        DH = Q_P

Q_V = Q_P – Dn R T

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

Dn = 6 moles – 6 moles = 0

Q_V = Q_P

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