Química (209)

Ejercicios resueltos

OBJETIVO 4

1. Todos sabemos que el azúcar es una fuente de energía rápida. En nuestros cuerpos, la sacarosa

(azúcar) se descompone en dióxido de carbono y agua mediante un proceso muy complicado de

respiración celular. La sacarosa misma está compuesta de dos azúcares más simples, glucosa y

fructosa. Determine cuánta energía obtiene nuestro cuerpo de la oxidación de 1 mol del azúcar más

simple, la glucosa (C6H12O6), en la oxidación:

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

Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25oC y presión de 1 atm:

Sustancia ΔHof (Kcal/mol)

C6H12O6(s) -304,4

O2(g) 0,0

CO2(g) -94,1

H2O(l) -68,3

Respuesta:

El calor de reacción es igual al calor de formación de los productos menos el calor de formación de los

reactivos:

ΔH = ΔHof (productos) – ΔHo

f (reactivos)

ΔH = [6 (ΔHoCO2) + 6(ΔHo

HO2)] – [1(ΔHoC6H12O6) + 6(ΔHoO2)]

ΔH = [6 (-94,1 Kcal) + 6 (-68,3 Kcal)] – [1 (-304,4 Kcal) + 6 (0,0 Kcal)]

ΔH = -974,4 Kcal + 304,4 Kcal = – 670 Kcal.

La reacción es exotérmica. Nuestro cuerpo obtiene 670 Kcal de calor de la oxidación de 1 mol de

glucosa.

2. ¿Cuánto calor se necesita para elevar la temperatura de una muestra de 400 gramos de Aluminio

de 30,0oC a 60,0oC? Dato: C = 0,215 Cal/(g)x(oC)

Respuesta:

Qcal = (c)x(m)x(ΔT)

Qcal = [0,215 Cal/(g)x(oC)]x 400 g x (60,0 – 30,0)oC = 2580 Cal.

3. El calor específico del hierro es 0,107 cal/g.oC. ¿Qué cantidad de calor se requiere para calentar

100g de hierro desde 20oC hasta 70oC?

Respuesta:

Q = (c)x(m)x(ΔT)

Q = (0,107 cal/g.oC)x (100g) x (70oC - 20oC) = 535 cal.

Q = 535 cal x 4,184 J/cal = 2238,4 J.

4. Cuánta energía se libera cuando se enfrían 50g de plomo desde 150oC hasta 50oC si su capacidad

calorífica molar promedio en este intervalo de temperatura es 6,42 cal/mol-grado? Dato: peso

atómico del plomo = 207,2

Respuesta:

Como se está trabajando con la capacidad calorífica molar, se debe convertir la cantidad dada de 50 g

de plomo a moles:

Nº de moles de plomo = 50g/207,2 g/mol = 0,24 mol

Q = n x C x ΔT = (0,24 mol) x (6,42 g/mol) x (50oC - 150oC) = – 154,08 cal.

El signo negativo significa que se desprende calor en vez de absorberse (la temperatura final es menor

que la temperatura inicial).

5. El calor molar de fusión de NaCl es 6,8 Kcal/mol. ¿Qué catidad de calor se necesita para fundir

0,584 g de NaCl? Dar la respuesta en calorías y en joules. Dato: Un mol de NaCl pesa 58,45 g.

Respuesta:

Nº de moles de NaCl =

= 0,01 mol

Calor necesario para fundir el NaCl = Q

Q = número de moles x calor molar de fusión

Q = 0,01mol x 6800 cal/mol = 68 cal.

Q = 68 cal x 4,184 J/cal = 284,51 J.

6. Las estufas de gas moderno utilizan metano (CH4) como combustible. Calcule ΔH para la

combustión de un mol de metano:

CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2O(l)

Tome en consideración los siguientes datos:

Sustancia ΔHof (Kcal/mol)

CH4(g) -17,9

O2(g) 0,0

CO2(g) -94,1

H2O(l) -68,3

Respuesta:

El calor de reacción es igual al calor de formación de los productos menos el calor de formación de los

reactivos:

ΔH = ΔHof (productos) – ΔHo

f (reactivos)

ΔH = [1(ΔHoCO2) + 2(ΔHo

HO2)] – [1(ΔHoCH4) + 2(ΔHoO2)]

ΔH = [1 (-94,1 Kcal) + 2 (-68,3 Kcal)] – [1 (-17,9 Kcal) + 2 (0,0 Kcal)]

ΔH = -230,7 Kcal + 17,9 Kcal = – 212 Kcal.

7. La ecuación termoquímica para la formación del H2O(g) es H2(g) + ½ O2(g) = H2O(g); ΔH = -241,84 KJ.

Determine el calor que se desprende al reaccionar 1,00 g de hidrógeno.

Respuesta:

La ecuación en este problema significa que 1 mol de H2(G) reacciona con ½ mol de O2(g) para producir 1

mol de H2O(g) y con liberación de 241,84 KJ (57,77 Kcal) en el proceso; es decir, que cuando se consume

1 mol de H2, se producen 241,84 KJ.

1 mol de H2 pesa 2,016 g; entonces, en número de moles en 1,00 g será:

Si se consumen 0,496 mol de H2 y se producen 241,84 KJ/mol de H2, entonces el calor producido será:

0,496 mol x 241,84 KJ/mol = 119,25 KJ = 28,50 Kcal

8. La combustión del butano, C4H10, libera energía según la siguiente ecuación termoquímica:

2C4H10(g) + 13O2(g) = 8CO2(g) + 10H2O(g); ΔH = -1359,34 KJ.

¿Cuánto calor se liberará por combustión de 5,8 g de C4H10?

Respuesta:

Peso atómico C = 12,011g; H = 1,007g

Peso molecular del C4H10 = 4 x 12,011g + 10 x 1,007 = 58,114

Nº de moles de C4H10 = 5,8g /58,114 g/mol = 0,1 mol.

Si la combustión de dos moles de C4H10 libera 1359,34 Kcal, 0,1 mol libererá:

9. El calor desarrollado en la combustión (entalpía de combustión) del metanol, CH3OH, a 25oC,

medido en una bomba calorimétrica es de 726,63 KJ/mol. Calcular la entalpía molar de formación

del metanol. La ecuación termoquímica (sin balancear) es la siguiente:

CH3OH(l) + O2(g) = CO2(g) + H2O(l)

Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25oC y presión de 1 atm:

Sustancia ΔHof (Kcal/mol)

O2(g) 0,0

CO2(g) -393,70

H2O(l) -285,85

Respuesta:

Se tiene que balancear la ecuación:

CH3OH(l) + 3/2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)

Escribimos debajo de la formula la entalpía de formación de cada compuesto:

CH3OH(l) + 3/2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(l)

1(ΔHof CH3OH) + 1,5 (0,0) = –393,70 + 2(–285,85)

ΔHreacción = 726,63 KJ = ∑ ∑

= [–393,70 + 2(– 285,85)]KJ – [1(ΔHof CH3OH) + 0]KJ

–726,63 KJ = –393,70KJ – 571,70KJ – ΔHof CH3OH

–726,63 KJ = –965,40KJ – ΔHof CH3OH

De donde:

ΔHof CH3OH = –965,40KJ + 726,63 KJ = -238,77KJ/mol

ΔHof CH3OH = –57,04 Kcal/mol

10. Calcular la entalpía de descomposición de 1 mol de KClO3(s) en KCl(s) y O2(g).

Datos: Calores de formación por mol de compuesto a 25oC y presión de 1 atm:

Sustancia ΔHof (KJ/mol)

KClO3(s) -391,2

KCl(s) -436,0

O2(g) 0,0

Respuesta:

Se escribe la ecuación química balanceada:

KClO3(s) = KCl(s) +

O2(g).

ΔH = ΔHof (productos) – ΔHo

f (reactivos)

ΔH = [1(ΔHo KCl(s)) +

(ΔHo O2(g))] – [1(ΔHo KClO3(s)]

= (– 436,0 + 0) – (–391,2) = –44,8 KJ = –10,70Kcal.

11. Halle el calor de reacción a partir de las energías de enlace para la reacción:

CH4(g) + 4F2(g) CF4(g) + 4HF(g)

Datos: Energías de enlace sencillo en KJ/mol

C-H: 413; C-F: 485; F-F: 159; H-F: 567

Respuesta:

Primero se dibujan los enlaces rotos y formados:

H H I I H – C – H + 4(F – F) = F – C – F + 4 ( H – F ) I I H H Enlaces rotos = 4 (C – H) + 4 (F – F).

Enlaces formados: 4 (C – F) + 4(H – F).

ΔH = ∑ ∑

= (4DC–H + 4DF – F) – (4DC–F + 4DH – F)

= [4 (413) + 4 (159)] – [ 4 (485) + 4 (567)]

= (1652 + 636) – (1940 + 2268)

= 2288 – 4280 = – 1920 KJ

= – 458,89 Kcal.

12. Calcular el calor de reacción a partir de las energías de enlace para CH3Cl(g) = C(g) + 3H(g) + Cl(g).

Datos: Energías de enlace sencillo en KJ/mol

C-H: 413; C-Cl: 328

Respuesta:

Dibujamos los enlaces de las moléculas presentes:

H I

H – C – Cl = C(g) + 3H(g) + Cl(g)

I H Enlaces rotos = 3 (C – H) + 1 (C – Cl).

Enlaces formados = 0

ΔH = ∑ ∑

= (3DC – H + DC – Cl ) – (0)

= 3(413) + 328 = 1239 + 328 = 1567 KJ

=374,52 Kcal.