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Capítulo 6: TermoquímicaDr. Alberto Santana

Universidad de Puerto Rico

Recinto Universitario de Mayaguez

Departamento de Quımica

Dr. Alberto Santana, Quımica 3041, Cap. 6: Termoquımica –p. 1/21

Introducción

Las rxns. químicas envuelven la TRANSFERENCIA de calor.

Ej: En una rxn de combustión se libera calor (energía en formade

calor). Esta energía se puede usar para hacer trabajo como mover un

pistón... el resto es historia.

Termodinámica: estudio del calor y el trabajo.


Tipos de energía

Energía cinética: se relaciona al movimiento.E = 1

2mv2

1. Energía térmica: toda la materia la posee

2. Energía mecánica

3. Energía eléctrica

Energía potencial: se debe a la posición de un objeto. Se le llama

energía almacenada.E = mgh

1. Energía potencial química: atracción entre e− y núcleos

2. Energía gravitacional

3. Energía electrostática: atracción entre iones positivos y

negativos


Conceptos importantes

Calor y temperatura: no son la misma cosa. Amayor energía térmica, mayor será el movimientoatómico o molecular.

Sistema y sus alrededores

Direccionalidad del flujo de calor (equilibriotérmico)

Proceso exotérmico

Proceso endotérmico

Unidad de energía: el joule (J). Anteriormente seusaba la caloría, 1 cal = 4.184 J (exacto).


Ejercicio 6.1

Un electrón (masa= 9.11 × 10−31 kg) viaja a unavelocidad de5.0 × 106 m/s. ¿Cuál es la energía cinéticadel electrón en J y en cal?E = 1

2mv2


Solución Ejercicio 6.1

Un electrón (masa= 9.11 × 10−31 kg) viaja a unavelocidad de5.0 × 106 m/s. ¿Cuál es la energía cinéticadel electrón en J y cal?

E =1

2mv2

=1

2(9.11 × 10−31 kg)(5.0 × 106 m/s)2

=1.1 × 10−17J = 2.7 × 10−18 cal


Primera Ley de la Termodinámica

Ley de conservación de la energía.La energía total del universo es constante.


Calor de reacción

Tipo de rxn Efecto signo deqendotérmica envase se enfría +exotérmica envase se calienta -


Entalpía y cambios en la entalpía

Usualmente las rxns ocurren bajo condicionescontroladas. Lo más común es tener P constante,hablamos deqp.

Se define el cambio en entalpía,∆H: función deestado que se usa para determinar el calor transferidodurante una rxn. La entalpía es una propiedadextensiva (depende la cantidad de sustancia).

Puedo definir∆H = Hprod − Hreact = qp.


Ejercicio 6.2

El amoniaco se quema en presencia de un catalizador dePt:

4NH3(g) + 5O2(g)Pt→ 4NO(g) + 6H2O(ℓ)

La rxn produce 1170 kJde calor. Decida si la rxn esexotérmica o endotérmica. ¿Cuál es el valor deq?


Ecuaciones termoquímicas y estequiometría

4NH3(g) + 5O2(g)Pt→ 4NO(g) + 6H2O(ℓ), ∆H = −1170 kJ

4NO(g) + 6H2O(ℓ)Pt→ 4NH3(g) + 5O2(g),∆H = 1170 kJ

2NO(g) + 3H2O(ℓ)Pt→ 2NH3(g) +

5

2O2(g),∆H = 585 kJ

Ejercicio 6.5: ¿Cuánto calor se genera de la reacción de10.0 g de hidrazina?

2N2H2(ℓ) + N2O4(ℓ) → 3N2(g) + 4H2O(g), ∆H = −1049 kJ


Calor específico y transferencia de calor

La cantidad de calor que se transfiere (q) durante unproceso se define como:

q = s · m · ∆T (1)

dondes es el calor específico(

Jg·◦C

)

, m es la masa de la

muestra (g) y∆T es el cambio en temperatura (◦C) elcual se calcula comoTf − Ti.

q = s · m · (Tf − Ti) (2)


Algunos valores de s

Compuesto Nombre s(J/g ·◦ C)

NH3(ℓ) amoniaco 4.70H2O(ℓ) agua 4.184C2H5OH(ℓ) etanol 2.44H2O(s) agua 2.06Cu cobre 0.385Fe hierro 0.449


Problema

Ejercicio 16: El calor específico del cobre es 0.385J/g ·

◦ C. ¿Qué cantidad de calor se necesita paracalentar 168 g de cobre desde -12.2 hasta 25.6◦C?


Ley de Hess

Puedo usar ecuaciones termoquímicas conocidas paradeterminar el∆H de otras que no conozca.

C(s) + 12O2(g) → CO(g) ∆H1 = −110.5 kJ

CO(g) + 12O2(g) → CO2(g) ∆H2 = −283.0 kJ

C(s) + O2(g) → CO2(g) ∆H3 = ∆H1 + ∆H2

donde∆H3 = −393.5 kJ


Problema de Ley de Hess

Ejercicio 6.8: Manganeso metálico se puede preparar dela rxn de dióxido de manganeso con aluminio.

4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s)

Usando las siguientes ecuaciones termoquímicas,determine el valor de∆H para la rxn anterior.

2Al(s) + 32O2(g) → Al2O3(s) ∆H1 = −1676 kJ

Mn(s) + O2(g) → MnO2(s) ∆H2 = −520 kJ


Soluciónal ejercicio 6.8

Meta:4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s)Dado:

2Al(s) + 32O2(g) → Al2O3(s) ∆H1 = −1676 kJ (1)

Mn(s) + O2(g) → MnO2(s) ∆H2 = −520 kJ (2)Multiplico (1) por 2; invierto (2) y la multiplico por 3.

4Al(s) +��3O2(g) → 2Al2O3(s) ∆H1 = 2 × (−1676) kJ

3MnO2(s) → 3Mn(s) +��3O2(g) ∆H2 = 3 × (520) kJ

4Al(s) + 3MnO2(s) → 2Al2O3(s) + 3Mn(s) ∆H3 = −1792 kJ


Entalpía de formación estándar

Estado estándar: se refiere a las condicionestermomdinámicas escogidas para comparar datatermodinámica. (1 atm de presión y usualmente25◦C de temperatura).

La entalpía es estas condiciones se llama,∆H◦.

Estado (o forma) de referencia: la forma más estable(estado físico y alótropo) de un elemento bajocondiciones estándares.

Podemos hablar de entalpía de formación estándar,∆H◦

f (o calor de formación estándar): cambio enentalpía para la formación de un mol de sustancia ensu estado estándar a partir de los elemento en susestados de referencia.


∆H◦

rxn

Convertir grafito en diamante:

C(grafito) → C(diamante), ∆H◦

rxn =?

Defino∆H◦

rxn = H◦

f (prod) − H◦

f (react).

∆H◦

rxn = 1.897 kJ/mol − 0 = 1.897 kJ/mol


Ejercicio 6.9

Calcule el calor de vaporización,∆H◦

vap de agua.

H2O(ℓ) → H2O(g), ∆H◦

vap


Ejercicio adicional

Calcule∆H◦

rxn para

C6H6(ℓ) + 71

2O2(g) → 6CO2(g) + 3H2O(ℓ)

∆H◦

f [C6H6(ℓ)] = 48.95 kJ/mol.

Respuesta:

∆H◦

rxn=

[

6��mol

(

−393.5kJ

��mol

)

+ 3��mol

(

−285.8kJ

��mol

)]

− 48.95 kJ

= −3267 kJ


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