Termoquimica problemas resueltos

Para aprender Termodinámica resolviendo problemas

Silvia Pérez Casas

TERMOQUÍMICA.
Estado estándar
El estado estándar de un elemento es el estado más estable de ese
elemento a 298.15K y 1 bar. Por ejemplo, el estado estándar del oxígeno es O2
gaseoso y el estado estándar del carbono es el carbono grafito.

Calor de formación
El calor de formación es el calor que se cede o se absorbeen la formación
de un mol de compuesto a partir de sus elementos en su estado estándar. A presión
constante, qP = ∆H 0 ; y a volumen constante, qV = ∆U 0 . En ambos casos el
f
f
subíndice " f " significa formación, y el superíndice " 0" significa que ese valor está
reportado a 1 bar de presión.
Por ejemplo, el calor de formación del agua es el calor asociado a la
siguiente reacción:

1H 2 ( g ) + O2 ( g ) → H 2O(l ) (que en este caso es de –285.83 kJ mol-1 a presión
2
constante);
y el calor de formación de la acetona es el calor asociado a la reacción:

1
3C ( grafito) + 3H 2 ( g ) + O2 ( g ) → CH 3COCH 3 (l ) (que en este caso es de –248.1 kJ
2
mol-1 a presión constante)
Por convención, el calor de formación de un elemento en su estado estándar,
es cero.

Ley deHess.
El calor asociado a una reacción no depende del número de etapas en que
se realiza la reacción, solamente depende de los reactivos y de los productos.
A presión constante, qP = ∆H y
∆H 0 reaccion =

∑ ∆H

0
f productos

−

∑ ∆H

0
f reactivos

y a volumen constante qV = ∆U
Material didáctico en revisión

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SilviaPérez Casas

Relación entre ∆H y ∆U

∆H 0 = ∆U 0 + ( n productos − nreactivos ) gases RT
∆H 0 = ∆U 0 + ∆ngases RT

a la misma temperatura y presión.

Calor de combustión.
El calor de combustión de una substancia es aquél asociado a la reacción de
un mol de esta substancia con oxígeno para dar como productos CO2(g) y H2O(l).
Por ejemplo, la combustión del metano está representada por lareacción:

CH 4 ( g ) + 2O2 ( g ) → CO2 ( g ) + 2 H 2O (l ) , y el calor que se desprende de esta
reacción, es el calor de combustión.
Dependencia de ∆H con la temperatura.
0
0
∆H T 2 = ∆ H T 1 + ∫

T2

T1

( ∑ Cp productos − ∑ Cp reactivos ) dT

ecuación de Kirchhoff

T2

0
0
o bien, ∆H T 2 = ∆H T 1 + ∫ ∆Cpreaccion dT
T1

Dependencia de ∆U con la temperatura
0
0
∆U T 2 =∆ U T 1 + ∫

T2

T1

( ∑ Cv productos − ∑ Cv reactivos ) dT
T2

0
0
o bien, ∆U T 2 = ∆U T 1 + ∫ ∆Cvreaccion dT
T1

PROBLEMAS RESUELTOS.
1. La temperatura de una bomba calorimétrica aumenta en 1.59 K cuando se
hace pasar una corriente eléctrica de 3 A proveniente de una fuente de poder
de 12 V durante 25 s. Calcular la constante de la bomba.
Solución.
Con la fuente de poder seproporciona energía a la bomba calorimétrica que
produce un aumento de la temperatura de ésta. De acuerdo a la primera ley de
la Termodinámica:

Material didáctico en revisión

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iVt = Ccalorimetro ∆T
Ccalorimetro =

iVt 3 A × 12V × 25s
=
= 566 JK −1
∆T
1.59 K

2. Cuando se queman 150 mg de naftaleno,C10H8(s) en un calorímetro a
volumen constante, la temperatura aumenta en 3.05 K. Calcular la constante
del calorímetro.
Solución.
De tablas obtenemos el calor de combustión a volumen constante del naftaleno:

∆U = - 5152 kJ mol-1
De acuerdo a la primera ley:

∆U 0 combustion naftaleno + ∆U 0 calorimetro = 0
⎞
⎛
0.125 g
( − 5152kJ mol −1 ) ⎜
⎟ + Ccalorimetro ∆T = 0
⎝ 128.18 g / mol ⎠Ccalorimetro = 1.647 kJ K −1
3. Cuando se queman 0.31 g gramos de α-D-glucosa en la bomba calorimétrica
del problema anterior, la temperatura aumenta en 2.93 K. Determinar el calor
de combustión molar de la glucosa a) a volumen constante, b) a presión
constante,
Solución.
a) Dado que la reacción se realiza en una bomba calorimétrica, el volumen se
mantiene constante, por lo tanto se mide...