Posa't a prova amb els problemes de Termodinàmica química (I)

Exercicis

1. La següent reacció correspon a la reacció de formació del gas metà.

 

                             C (grafit) + 2 H2 (g)  → CH4 (g)


A partir de les dades entàlpiques de les reaccions següents, calculeu l'entalpia estàndard de formació del metà.

 

a- C (grafit) + O2 (g)   → CO2 (g)                                     ΔH° = -393,5 kJ

b- H2 (g) +  1/2 O2 (g)  →   H2O (l)                                  ΔH° = -285,8 kJ

c- CH4 (g) + 2 O2 (g)  →  CO2 (g) + 2 H2O (l)                  ΔH° = -890,4 kJ


Solució:

La reacció de formació del gas metà s'obté a partir de la següents combinació d'eqüacions:

                                       a + 2 · b ─ c 

 

C (grafit) + O2 (g)  → CO2 (g)                                   ΔH°A = -393,5 kJ

2 x [ H2 (g) +  1/2 O2 (g) →   H2O (l)]                  2·ΔH°B= 2·(-285,8 kJ)

 CO2 (g) + 2 H2O (l)  → CH4 (g) + 2 O2 (g)                 - ΔH°C= -(-890,4 kJ)

 

Operem les equacions, segons la combinació anterior: a + 2 · b ─ c  i simplifiquem:

C (grafit) + 2 H2 (g) + 2 O2 (g) + CO2 (g) + 2 H2O (l) →CH4 (g) +2 O2 (g) + CO2 (g) + 2 H2O (l) 

Per tant:

ΔH° = ΔH°A + 2·ΔH°B ─ ΔH°C = -393,5 + 2·(-285,8) ─ (-890,4) = - 74,7 kJ


 

2. L'età es produeix per hidrogenació de l'acetilè, segon la reacció:

C2H(g) + 2H2 (g)   → C2H6 (g)              ΔH° =?

Calculeu la variació de l’entalpia de la reacció a partir dels valors de les energies d’enllaç:

ΔH°CΞ= 898,4 kJ/mol ;  ΔH°C-C = 348,1kJ/mol; ΔH°C-H = 415,3 kJ/mol;  ΔH°H-H = 436,4 kJ/mol.


Solució:

En la formació de l'età a partir de l'acetilè es trenca un enllaç C≡C, dos enllaços H-H i es formen 1 enllaç C-C i quatre enllaços C-H.

L’entalpia de la reacció serà:

ΔH° = Energia enllaços trencats – Energia d’enllaços formats =

= [1 ·ΔH°CΞC + 2 ·  ΔH°H-H  ] ─ [1 ·  ΔH°C-C + 4 ·  ΔH°C-H ] =

= [1 · 898,4 kJ/mol + 2 · 436,4 ] ─ [1 · 348 + 4 · 415,3] = -238,1 kJ · mol-1


3. La reacció d'oxidació catalítica de l'amoníac és el punt de partida per a l'obtenció industrial de l'àcid nítric i es produeix segons l'equació:

 

4 NH3(g) + 5 O2(g)  → 6 H2O(l) + 4 NO(g)

Calculeu l'entalpia estàndard d'aquesta reacció a partir de les dades de les entalpies estàndard de formació.

 ΔH°[NH3(g)] = -46,3 kJ · mol-1 ; ΔH°f[O2(g)] = 0 

ΔH°f[NO(g)] = + 90,4 kJ · mol-1;  ΔH°f[H2O(l)] = -285,8 kJ · mol-1


Solució:

Apliquem l'expressió:

ΔH°reacció = Σ n · ΔH°f productes - Σ n · ΔH°f reactius =

= 6· ΔH°f[H2O(l)] + 4 · ΔH°f[NO(g)] - 4 ΔH°[NH3(g)] - 5 ΔH°f[O2(g)] = 

(2,5 p) = 6 mols· ( -285,8 kJ · mol-1) + 4 · (+ 90,4 kJ · mol-1) - 4 (-46,3 kJ · mol-1) - 0 = - 1168 kJ


4.  La següent reacció correspon a la cloració del metà.


En la taula següent hi teniu dades d'energies mitjanes d'enllaç:


A partir de les dades de la taula, quin valor té l'entalpia estàndard de la reacció de cloració del metà?

Pista: Recordeu que heu de tenir present els enllaços que es trenquen i els que es formen en el procés.   

Solució:

En la reacció de cloració del metà es trenquen 4 enllaços C-H i 4 enllaços Cl-Cl i es formen 4 enllaços C-Cl i 4 enllaços H-Cl.

L’entalpia de la reacció serà:

ΔH° = Energia enllaços trencats – Energia d’enllaços formats =

= [4· EC-H + 4 · ECl-Cl  ] ─ [4 · EC-Cl + 4 · EH-Cl] =

= [4 · 414 kJ/mol + 4 · 243 ] ─ [4 · 339 + 4 · 431  ] = -452 kJ

         

5. Considera les següents entalpies de combustió en condicions estàndard a 298K.

N(g) +  O2 (g)  → 2 NO (g)                                  ΔH° = 180,7  kJ · mol-1

C (grafit) + O2 (g)  → CO2 (g)                                ΔH° = -393,5 kJ · mol-1

C4H10 (g) + 13/2 O2 (g)  → 4 CO2 (g) + 5 H2O (l)    ΔH° = -2878 kJ · mol-1

Calculeu la quantitat de calor que produirà la combustió de:

a)      5 L de N2  mesurats a 1 atm i 298 K

b)      50 g de carboni (grafit)

c)      10 mols de C4H10

Solució:

 a) n = (P·V)/(R·T) = (1 · 5 )/ 0,082 · 298) = 0,2 mols N2

0,2 mols · 180,7  kJ · mol-1 36,14 kJ

b) 50 g de C · 1 mol C/12 g C = 4,17 mols C

4,17 mols C · (-393,5 kJ · mol-1 ) - 1640,9 kJ

 c) 10 mols de C4H10 · (-2878 kJ · mol-1) = - 28780  kJ


Ànims!

Last modified: Thursday, 30 January 2020, 2:30 PM