Examen Fisicoquimica.docx

1) Una muestra de 4,00 x 102 ml de HCl de 0,9M se mezcla con 4,00 x 102 ml de Ba(𝑂𝐻)2 0,39M en un calorímetro a presión constante que tiene una capacidad calorífica insignificante. La temperatura inicial de las disociaciones de HCl y Ba(𝑂𝐻)2 es la misma 21ºC Para el proceso: + 𝐻(𝑎𝑐) + 𝑂𝐻(𝑎𝑐) − −−> 𝐻2 𝑂(𝑙) 𝐾𝐽

El 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠 𝑑𝑒 − 57,9 𝑚𝑜𝑙 ¿Cuál es la temperatura final de la disolución mezclada? DATOS: .𝑉1 = 4,00 𝑥 102 𝑚𝑙 𝐻𝐶𝑙 .𝑀1 = 0,9𝑀 .𝑉2 = 4,00 𝑥 102 𝑚𝑙 𝐵𝑎(𝑂𝐻)2 .𝑀2 = 0,39𝑀 .Calorímetro a presión constante .𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 = 21º𝐶 .𝐶𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑒𝑠 𝑑𝑒 −

RESOLUCION: .𝐻𝐶𝑙 + -) 400ml -) 0.9M -) 0.36 mol

Ba(𝑂𝐻)2 − −−> 2𝐻2 O + Ba𝐶𝑙2 -)400ml -) 0.39M -) 0.156 mol

.𝑞𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑞𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝐾𝐽 57,9 𝑚𝑜𝑙

.𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = 𝑞𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 + 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

.Calcular la 𝑇𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =? .𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 𝐶 ′ ∆𝑇 = 453 𝐽/º𝐶 (𝑇𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 21º𝐶) .𝑞𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 = 𝑀𝐻2 𝑂 𝑥𝐶𝐻2 𝑂 𝑥∆𝑇 = 800𝑔(4.184 𝐽/𝑔º𝐶)(𝑇𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 21º𝐶) .𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = 𝑞𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 + 𝑞𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 …(x) −𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 .𝑄𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 0.360𝑚𝑜𝑙𝐻 .𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = −𝑞𝑙𝑖𝑏𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑂 2

.moles de agua producido = 0.360mol H2O .𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑚𝑜𝑠(−𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 ) = 0.360𝑚𝑜𝑙(−57.9𝑘𝐽/𝑚𝑜𝑙) = −20.844𝐾𝐽 . 𝑞𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑖𝑑𝑜 = 20.844𝐾𝐽 .REEMPLAZANDO (X) 4.184𝐽 º𝐶) (𝑇𝑚 𝑔

. 20.844𝐾𝐽 = 800𝑔 (

− 21º𝐶) + 453𝐽/º𝐶(𝑇𝑚 − 21º𝐶)

. 20.844𝐽 = 3800.2(𝑇𝑚 − 21º𝐶) . 5.485 = 𝑇𝑚 − 21º𝐶 . 𝑻𝒎𝒆𝒛𝒄𝒍𝒂 = 𝟐𝟔. 𝟒𝟖𝟓º𝑪 (𝒓𝒆𝒔𝒑𝒖𝒆𝒔𝒕𝒂 𝒅𝒆𝒍 𝒑𝒓𝒐𝒃𝒍𝒆𝒎𝒂)

2) a) b) c) d)

Prediga si el cambio de entropía es + o – para cada una de las siguientes reacciones: 𝑃𝐶𝑙3(𝑙) + 𝐶𝑙2(𝑔) − −−> 𝑃𝐶𝑙5(𝑔) .”( - ) porque de líquido y gas se transforma a solido” 2𝐻𝑔𝑂(𝑠) − −−> 2𝐻𝑔(𝑙) + 𝑂2(𝑔) .”( + ) porque de solido se transforma a líquido y gas” 𝐻2(𝑔) − −−> 2𝐻(𝑔) .”( + ) porque se mantienen es estado solido” 𝑈(𝑠) + 3𝐹𝑒(𝑔) − −−> 𝑈𝐹6(𝑠) .”( - ) porque de solido a gas se transforma en solido”

Calcule el cambio de entropía estándar reacciones 25ºC a) 𝐻2(𝑔) + 𝐶𝑢𝑂(𝑠) − −−> 𝐶𝑢(𝑠) + 𝐻2 𝑂(𝑔) .∆𝑆 = [∆𝑆°(𝐶𝑢) + ∆𝑆°(𝐻2 𝑂)] − [∆𝑆°(𝐻2 ) + ∆𝑆°(𝐶𝑢𝑂)] .∆𝑆 = [33.15 + 188.7] − [130.6 + 42.63] .∆𝑆 = [353.4 − 596.2] .∆𝑺 = −𝟐𝟒𝟐. 𝟖 𝑱/𝑲𝒎𝒐𝒍 b) 𝐴𝑙(𝑠) + 𝑍𝑛𝑂(𝑠) − −−> 𝐴𝑙2 𝑂3(𝑠) + 𝑍𝑛(𝑠) . 𝟐𝑨𝒍(𝒔) + 𝟑𝒁𝒏𝑶(𝒔) − −−> 𝑨𝒍𝟐 𝑶𝟑(𝒔) + 𝟑𝒁𝒏(𝒔) .∆𝑆 = [∆𝑆°(𝐴𝑙2 𝑂3 ) + 3∆𝑆°(𝑍𝑛)] − [2∆𝑆°(𝐴𝑙) + 3∆𝑆°(𝑍𝑛𝑂)] .∆𝑆 = [50.99 + 3(41.63)] − [2(28.32) + 3(43.64)] .∆𝑆 = [175.88 − 187.56] .∆𝑺 =[--11.68 J/Kmol] c) 𝐶𝐻4(𝑔) + 𝑂2(𝑔) − −→ 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑔) . 𝑪𝑯𝟒(𝒈) + 𝟐𝑶𝟐(𝒈) − −−> 𝑪𝑶𝟐(𝒈) + 𝟐𝑯𝟐 𝑶(𝒈) .∆𝑆 = [∆𝑆°(𝐶𝑂2 ) + 2∆𝑆°(𝐻2 𝑂)] − [∆𝑆°(𝐶𝐻4 ) + 2∆𝑆°(𝑂2 ) .∆𝑆 = [213.6 + 2(69.9)] − [186.2 + 2(205.0)] .∆𝑆 = [353.4 − 596.2] .∆𝑺 = −𝟐𝟒𝟐. 𝟖 𝑱/𝑲𝒎𝒐𝒍 3) Calcule el ∆𝐺º para las siguientes reacciones a 25ºC a) 𝑀𝑔(𝑠) + 𝑂2(𝑔) − −−> 𝑀𝑔𝑂(𝑠) . 𝟐𝑴𝒈(𝒔) + 𝑶𝟐(𝒈) − −−> 𝟐𝑴𝒈𝑶(𝒔) .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [2∆𝐺°(𝑀𝑔𝑂)] − [2∆𝐺°(𝑀𝑔) + ∆𝐺°(𝑂2 )] .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [2(−569.6)] − [2(0) + 0] .∆𝑮°𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 = −𝟏𝟏𝟑𝟗. 𝟐 𝑲𝑱/𝒎𝒐𝒍 b) 𝑆𝑂2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) − −−> 𝑆𝑂3(𝑔) .𝟐𝑺𝑶𝟐(𝒈) + 𝑶𝟐(𝒈) − −−> 𝟐𝑺𝑶𝟑(𝒈) .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [2∆𝐺°(𝑆𝑂3 )] − [2∆𝐺°(𝑆𝑂2 ) + ∆𝐺°(𝑂2 )] .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [2(−370.4)] − [2(−300.1) + 0] .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = −740.8 + 600.2 .∆𝑮°𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 = −𝟏𝟒𝟎. 𝟔 𝑲𝑱/𝒎𝒐𝒍 c) 𝐶2 𝐻6(𝑔) + 𝑂2(𝑔) − −−> 𝐶𝑂2(𝑔) + 𝐻2 𝑂(𝑙) . 𝟐𝑪𝟐 𝑯𝟔(𝒈) + 𝟕𝑶𝟐(𝒈) − −−> 𝟒𝑪𝑶𝟐(𝒈) + 𝟔𝑯𝟐 𝑶(𝒍) .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [4∆𝐺°(𝐶𝑂2 ) + 6∆𝐺°(𝐻2 𝑂)] − [2∆𝐺°(𝐶2 𝐻6 ) + 7∆𝐺°(𝑂2 )] .∆𝐺°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖𝑜𝑛 = [4(−394.4) + 6(−237.2)] − [2(−32.9) + 7(0)] .∆𝑮°𝒓𝒆𝒂𝒄𝒄𝒊𝒐𝒏 = −𝟐𝟗𝟑𝟓 𝑲𝑱/𝒎𝒐𝒍

4) Determine el calor de neutralización de las siguientes reacción HN𝑂3(𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) − −−> 𝑁𝑎𝑁𝑂3(𝑠) + 𝐻2 𝑂(𝑙) Dado que: 1 𝑂 − −−> 𝐻2 𝑂(𝑙) 2 2(𝑔) 1 1 3 𝐻 + 𝑁2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) − −−> 𝐻𝑁𝑂3(𝑙) 2 2(𝑔) 2 2 1 1 𝑁𝑎(𝑠) + 2 𝑂2(𝑔) + 2 𝐻2(𝑔) − −−> 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑠)

-) 𝐻2(𝑔) +

.∆𝐻 = −285,8 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

-)

.∆𝐻 = −174 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

-)

-) 𝐻𝑁𝑂3(𝑙) − −−> 𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑐) -) 𝑁𝑎(𝑂𝐻)5 − −−> 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) 1

. ∆𝐻 = −425,6 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 .∆𝐻 = −30,9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 .∆𝐻 = −114,5 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

3

-) 𝑁𝑎(𝑠) + 2 𝑁2(𝑔) + 2 𝑂2(𝑔) − −−> 𝑁𝑎𝑁𝑂3

.∆𝐻 = −467,9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

DESARROLLO: -) 𝐻𝑁𝑂3(𝑎𝑐) − −−> 𝐻𝑁𝑂3(𝑙) -) 𝑁𝑎(𝑂𝐻)(𝑎𝑐) − −−> 𝑁𝑎𝑂𝐻(5)

.∆𝐻 = +30,9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 .∆𝐻 = +114,5 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

1

3

-) 𝑁𝑎(𝑠) + 2 𝑁2(𝑔) + 2 𝑂2(𝑔) − −−> 𝑁𝑎𝑁𝑂3

.∆𝐻 = −467,9 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

-)

. ∆𝐻 = +425,6 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

-) -)

1 1 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑠) − −−> 𝑁𝑎(𝑠) + 2 𝑂2(𝑔) + 2 𝐻2(𝑔) 1 1 3 𝐻𝑁𝑂3(𝑙) − −−> 𝐻2(𝑔) + 𝑁2(𝑔) + 𝑂2(𝑔) 2 2 2 1 𝐻2(𝑔) + 2 𝑂2(𝑔) − −−> 𝐻2 𝑂(𝑙)

.∆𝐻 = +174 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 .∆𝐻 = −285,8 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙

HN𝑂3(𝑎𝑐) + 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) − −−> 𝑁𝑎𝑁𝑂3(𝑠) + 𝐻2 𝑂(𝑙) .∆𝐻𝑛𝑒𝑢𝑡𝑟𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 = 30 + 114.5 − 467.9 + 425.6 + 174 − 285.8 .∆𝑯𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 = −𝟗. 𝟔 𝑲𝑱/𝒎𝒐𝒍

5)

Los calores morales de fusión y evaporización del benceno son 11 KJ/mol y 30,7 KJ/mol respectivamente. Calcule el cambio de entropía para las transacciones solido - líquido y líquido – vapor para el benceno. A 1 atm de presión el benceno se funde a 6ºC y hierve a 79,9ºC. DESARROLLO: 𝑚∆ℎ 𝑇

.∆𝑆𝑠𝑜𝑙−𝑙𝑖𝑞 =?

.ΔS =

.∆𝑆𝑙𝑖𝑞−𝑣𝑎𝑝 =?

.∆𝑆𝑠𝑜𝑙−𝑙𝑖𝑞 = (0.078𝑘𝑔) (11 𝑚𝑜𝑙) / 279.15𝐾

.P = 1 atm .Benceno se funde a 6ºC .Benceno hierve a 79.9ºC

.∆𝑺𝒇𝒖𝒔𝒊𝒐𝒏 = 𝟎. 𝟓𝟎𝟓 𝑲𝑱/𝑲. 𝑲𝑮

.Benceno = 𝐶6 𝐻6

.∆𝑆𝑙𝑖𝑞−𝑣𝑎𝑝 = (0.078𝑘𝑔) (30.7 𝑚𝑜𝑙) / 353.05 K

78𝑔

1𝑘𝑔

Su PM = 𝑚𝑜𝑙 𝑥 1000𝑔 78𝑔

PM = 1000 = 0.078 𝑘𝑔/mol

1𝑚𝑜𝑙

𝐾𝐽

1𝑚𝑜𝑙

.∆𝑺𝒗𝒂𝒑 = 𝟏. 𝟏𝟏𝟒 𝑲𝑱/𝑲. 𝑲𝑮

𝐾𝐽

6) Encontrar la temperatura a la cual serán espontáneos la reacción con los siguientes valores de ΔH y ΔS. a) ∆𝐻 = −126 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 . ∆𝑆 = 84 𝐽/𝐾. 𝑚𝑜𝑙 b) ∆𝐻 = −11.7 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙 . ∆𝑆 = −105 𝐽/𝐾. 𝑚𝑜𝑙 a) ∆𝐺 = 𝛥𝐻 − 𝑇𝛥𝑆 . 𝑇𝛥𝑆 = 𝛥𝐻 . 𝑇 = 𝛥𝐻/𝛥𝑆 .𝑇 = −126(1000)/84 .𝑻 = −𝟏𝟓𝟎𝟎

b) 𝑇 = 𝛥𝐻/𝛥𝑆 𝑇 = −11.4(1000)/−105 𝑻 = −𝟏𝟏. 𝟒 𝒌