Quimica

OPCIÓN A PROBLEMA 1.- A partir de los siguientes datos termoquímicos: calor de formación del metano (g) partiendo del carbono (grafito) − 17,89; calor de combustión de carbono (grafito) − 94,05; calor de formación del agua (l) − 68,32, todos ellos expresados en kcal · mol−1 y a 298 K. Calcula: a) El calor de combustión del metano. b) Cuántos gramos de metano haría falta quemar para calentar 30 Lde agua de densidad 1 g · mL−1 desde la temperatura de 15 ºC hasta 80 ºC. Para ello considera que la caloría es el calor necesario para elevar un grado a un gramo de agua en el intervalo del problema. DATOS: Ar (C) = 12 u; Ar (H) = 1 u. Solución: a) La ecuación química de la combustión del metano es: CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l). El calor de combustión del carbono (grafito) es laentalpía de formación estándar del CO2, y como se conocen las entalpías de formación estándar del metano y agua, aplicando la ley de Hess a las reacciones de formación del metano, CO2 y agua, se obtiene el calor de combustión del metano. Las ecuaciones de las reacciones de formación de las sustancias anteriores son: C (s) + O2 (g) → CO2 (g) ∆Hof = − 94,05 kcal · mol−1; 1 O2 (g) → H2O (l) ∆Hof = − 68,32kcal · mol−1; H2 (g) + 2 C (s) + 2 H2 (g) → CH4 (g) ∆Hof = − 17,89 kcal · mol−1. Invirtiendo la ecuación de la formación del metano (se le cambia el signo al calor de formación), multiplicando por 2 la ecuación de formación del agua, incluido su calor de formación, y sumándolas, se obtiene la ecuación de la reacción de combustión del metano con su calor de combustión: C (s) + O2 (g) → CO2 (g)∆Hof = − 94,05 kcal · mol−1; ∆Hof = − 136,64 kcal · mol−1; 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (l) CH4 (g) → C (s) + 2 H2 (g) ∆Hof = 17,89 kcal · mol−1. CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (l) ∆Hoc = − 212,8 kcal · mol−1. b) El calor que hay que suministrar en el calentamiento del agua es: Q = m · cesp · (tf − ti) = 30000 g H2O · 1 cal · ºC−1 · g−1 · (80 − 15) ºC = 1950 kcal. Estas kcal han de llevar signonegativo por ser desprendidas. Si un mol de metano desprende al quemarse 212,8 kcal, los gramos que han de emplearse para producir las 1.950 kcal son: 1 mol CH 4 16 g CH 4 − 1.950 kcal ⋅ ⋅ = 146,62 g CH 4 . − 212,8 kcal 1 mol CH 4 Resultado: a) − 212,8 kcal · mol−1; b) 146,62 g. CUESTIÓN 1.- Se tiene el siguiente equilibrio gaseoso: 2 CO + O2 ⇆ 2 CO2 ∆H = − 135 kcal. Indica de un modo razonado cómoinfluye sobre el desplazamiento del equilibrio: a) Un aumento de la temperatura. b) Una disminución en la presión. c) Un aumento de la concentración de oxígeno. Solución: a) Al aumentar la temperatura se comunica calor al sistema y éste se desplaza, para consumir el calor suministrado, en el sentido endotérmico de la reacción, hacia la izquierda, pues la reacción tal cual está escrita es exotérmica.b) Si se disminuye la presión, según Boyle-Mariotte aumenta el volumen, pues P · V = P´· V´, y para contrarrestar la disminución de presión provocada (el aumento de capacidad del reactor), el sistema evoluciona incrementando la descomposición del CO2 para producir más moléculas de CO y O2 , es decir,

el sistema desplaza el equilibrio en el sentido en el que aparece un aumento del número demoles (más cantidad de sustancia), hacia la izquierda. c) El aumento de la concentración de oxígeno, lo contrarrestar el sistema haciendo reaccionar parte del oxígeno añadido con monóxido de carbono para formar más dióxido de carbono; el sistema se desplaza hacia la derecha hasta alcanzar un nuevo equilibrio. CUESTIÓN 3.- La etiqueta de una botella de ácido nítrico señala como datos del mismo:densidad 1,40 kg/L y riqueza 65 % en peso, además de señalar sus características de peligrosidad. a) Qué volumen de la misma se necesitarán para preparar 250 mL de una disolución 0,5 M. b) Explica el procedimiento seguido en el laboratorio y dibuja y nombra el material necesario para su preparación. DATOS: Ar (N) = 14 u; Ar (O) = 16 u; Ar (H) = 1 u. Solución: a) Se necesita conocer la concentración...