Primer principio de la Temodinámica 01

 

Halla la variación de energía interna de un gas que ha absorbido 800 J de calor y se expansiona venciendo fuerzas exteriores con lo que realiza un trabajo de 600 J.

 

Solución:

Datos: Q = 800 J; W = 600 J

Expresión matemática del Primer Principio de Termodinámica:

∆U = Q + W

Siendo:

∆U la energía interna que posee el sistema.

Q el calor intercambiado entre el sistema y el entorno (transferencia del calor)

W el trabajo intercambiado entre el sistema y el entorno (transferencia de energía en forma de trabajo)

Criterios de signos:

Si el calor es absorbido por el sistema (gana energía) Q > 0 y si es cedido por el sistema (pierde energía) Q < 0.

Si el trabajo es realizado por el sistema (pierde energía) W < 0 y si es realizado sobre el sistema (gana energía) W > 0.

Luego, en este problema, Q = +800 J y W = –600 J

Variación de la energía interna:

∆U = 800 J  + (–600) J = 800 J – 600 J = 200 J

El resultado positivo indica que el sistema ha aumentado su energía interna en 200 J.

En algunos tratados de Física se puede encontrar que el criterio de signos para el trabajo es al revés, es decir:

Si el trabajo es realizado por el sistema W > 0 y si es realizado sobre el sistema W < 0, y la expresión matemática del Primer Principio de la Termodinámica es:

∆U = Q – W

Por lo tanto, para este problema, el calor lo gana el sistema luego se considera positivo y el trabajo lo realiza el sistema luego también se considera positivo.

∆U = 800 J – 600 J = 200 J

 

 

 

Espontaneidad de las reacciones redox 03

 

Contesta de forma razonada las siguientes cuestiones:

 
a)      Indique si se produce alguna reacción al añadir un trozo de cinc metálico a una disolución acuosa de Pb(NO3)2, 1M.
 
b)      ¿Se producirá alguna reacción si añadimos plata metálica a una disolución de PbCl2, 1 M?
 
c)      Halla el potencial de la pila.
 
Datos: Potenciales de reducción:
 
 (Pb+2 / Pb) = –0,13 V ; (Zn+2 / Zn) = –0,76 V; (Ag+ / Ag) = 0,80 V 
 
Solución:
 
a) Reacción de disociación del nitrato de plomo (II):
 
Pb(NO3)2 (aq) → Pb+2 (aq) + 2 NO3 (aq)
 
Para que se produzca la reacción el plomo se debe reducir, ya que se encuentra en forma de Pb+2 en la disolución, por tanto será el oxidante y el cinc se debe oxidar, pues pasará a Zn+2, siendo el reductor.
 
E0 (Pb+2 / Pb) = –0,13 V, es el oxidante, por tener mayor potencial de reducción, y se reduce.
 
E0 (Zn+2 / Zn) = –0,76 V, el reductor, por tener menor potencial de reducción, y se oxida.
 
Por tanto, sí se produce reacción.

 

b)  Reacción de disociación del cloruro de plomo (II):

 
PbCl2 (aq) → Pb+2 (aq) + 2 Cl (aq)
 
Para que se produzca la reacción el plomo se debe reducir, ya que se encuentra en forma de Pb+2 en la disolución, por tanto será el oxidante y la plata se debe oxidar, pues pasará a Ag+, siendo el reductor.
 
E0 (Pb+2 / Pb) = –0,13 V, es el reductor, por tener menor potencial de reducción, y se oxida.
 
E0 (Ag+ / Ag) = 0,80 V, es el oxidante, por tener mayor potencial de reducción, y se reduce. Luego, no se produce reacción.
 
c)
      
Como el potencial de la reacción global es positivo, la reacción es espontánea en el sentido que está escrita, es decir, que el cinc reaccionará con el Pb+2, como ya se ha dicho en el apartado a).
 
 
Como el potencial de la reacción global es negativo, la reacción no es espontánea en el sentido que está escrita, luego la reacción no se producirá, como ya se había indicado en el apartado b).

 

 

Espontaneidad de las reacciones redox 02

 

Se mezclan en un vaso, A, volúmenes iguales de una disolución que contiene iones Ag+ y otra disolución que contiene iones Fe+2 . En otro vaso, B, se mezclan volúmenes iguales de disolución que contiene iones Ag+  y otra disolución que contiene iones Fe+3 . Razonar si en alguno de los vasos se producirá reacción. En caso de producirse, escribirla e identificar las especies oxidante y reductora.

 
Datos:
 
 
 
Solución:
 
Si en el vaso A se produce reacción, el ión Ag+ será el oxidante pues es el que tiene mayor potencial estándar de reducción y se reducirá pasando a Ag. Por consiguiente el reductor será el ión Fe+2 (su potencial estándar es menor), pasando a ión Fe+3, cosa que sí puede suceder. Por tanto sí habrá reacción.
 
Sin embargo en el vaso B, el ión Fe+3, por tener menor potencial estándar de reducción, sería el reductor por lo que debería oxidarse, para lo cual tendría que aumentar su número de oxidación, cosa que no es posible pues el ión Fe+3 posee su máximo número de oxidación. Por tanto no habrá reacción.
 
Vaso A:
 
Por tener mayor potencial de reducción estándar, E0 (Ag+ / Ag) = 0,80 V, el ión Ag+ es la especie oxidante, luego se reduce.
 
El ión Fe+2, por tener menor potencial de reducción estándar, E0 (Fe+3 / Fe+2) = 0,77 V, es la especie reductora, por tanto se oxida.
 
Veamos si efectivamente se produce la reacción.
 
Reacción global:
 
 
Como el potencial de la reacción global es positivo, la reacción es espontánea en el sentido que está escrita, es decir, que en el vaso A habrá reacción, como ya se ha dicho anteriormente.
 

Espontaneidad de las reacciones redox 01

 

¿Reaccionará la plata con el Sn2+? Razonarlo.

 
Datos: E0 (Ag+ / Ag) = +0,80 V; E0 (Sn2+ / Sn) = +0,14 V
 
Solución:
 
Reacción global:
 
En el electrodo de la plata tendrá lugar la reducción ya que ésta tiene mayor potencial de reducción que el estaño.
 
 
La reacción es espontánea en el sentido que está escrita ya que el potencial de la reacción global es positivo, luego la plata no reaccionará con el Sn2+.
 
Para que tuviera lugar la reacción debería ser espontánea en el sentido opuesto, o sea:
 
Sn2+ + 2 Ag → Sn + 2 Ag+
 
NOTA: Los coeficientes no afectan a E0.