5.E: Termoquímica (Ejercicios)

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5.1: Conceptos básicos de energía

Q5.1.1

Un fósforo ardiente y una hoguera pueden tener la misma temperatura, sin embargo, no te sentarías alrededor de un fósforo ardiente en una tarde de otoño para mantenerte caliente. ¿Por qué no?

S5.1.1

La temperatura de 1 gramo de leña en llamas es aproximadamente la misma tanto para un fósforo como para una hoguera. Esta es una propiedad intensiva y depende del material (madera). Sin embargo, la cantidad total de calor producido depende de la cantidad de material; esta es una propiedad extensa. La cantidad de madera en una hoguera es mucho mayor que la de un fósforo; la cantidad total de calor producido también es mucho mayor, razón por la cual podemos sentarnos alrededor de una hoguera para mantenernos calientes, pero un fósforo no proporcionaría suficiente calor para evitar que nos enfriemos.

Q5.1.2

Preparar una mesa identificando varias transiciones de energía que tienen lugar durante la operación típica de un automóvil.

Q5.1.3

Explicar la diferencia entre la capacidad calorífica y el calor específico de una sustancia.

S5.1.3

La capacidad calorífica se refiere al calor requerido para elevar la temperatura de la masa de la sustancia 1 grado; calor específico se refiere al calor requerido para elevar la temperatura de 1 gramo de la sustancia 1 grado. Por lo tanto, la capacidad calorífica es una propiedad extensa, y el calor específico es intensivo.

Q5.1.4

Calcular la capacidad calorífica, en julios y en calorías por grado, de lo siguiente:

28.4 g de agua
1.00 oz de plomo

Q5.1.5

Calcular la capacidad calorífica, en julios y en calorías por grado, de lo siguiente:

45.8 g de gas nitrógeno
1,00 libras de metal de aluminio

S5.1.5

47.6 J/°C; 11.38 cal °C ⁻¹;
407 J/°C; 97,3 °C cal ⁻¹

Q5.1.6

¿Cuánto calor, en julios y en calorías, debe agregarse a un bloque de hierro de 75.0—g con un calor específico de 0.449 J/g °C para aumentar su temperatura de 25 °C a su temperatura de fusión de 1535 °C?

S5.1.6

$q=mCΔ°T$

$q=(75.0g)\times(\dfrac{0.449\:J}{g\:°C})\times(1,510°K) = 50,800J$

50,800J; 12,200cal

Q5.1.7

¿Cuánto calor, en julios y en calorías, se requiere para calentar un cubito de hielo de 28.4-g (1-oz) de −23.0 °C a −1.0 °C?

S5.1.7

1310 J; 313 cal

Q5.1.8

¿Cuánto aumentaría la temperatura de 275 g de agua si se agregaran 36.5 kJ de calor?

S5.1.8

ΔT ^° = 31.7° C

Q5.1.9

Si se agregaran 14.5 kJ de calor a 485 g de agua líquida, ¿cuánto aumentaría su temperatura?

S5.1.9

7.15 °C

Q5.1.10

Una pieza de sustancia desconocida pesa 44.7 g y requiere 2110 J para aumentar su temperatura de 23.2 °C a 89.6 °C.

¿Cuál es el calor específico de la sustancia?
Si es una de las sustancias que se encuentran en la Tabla, ¿cuál es su identidad probable?

S5.1.10

a.) Resuelve el calor específico$C$ y compara los valores con el gráfico

$q=mCΔ°T$

$2110J=(44.7\:g)(C)(66.4°C)$

$C=\dfrac{2110\:J}{2970\:g\:°C}$

$C=\dfrac{0.711\:J}{g\:°C}$

b.) Silicio

Q5.1.11

Una pieza de sustancia sólida desconocida pesa 437.2 g, y requiere 8460 J para aumentar su temperatura de 19.3 °C a 68.9 °C.

¿Cuál es el calor específico de la sustancia?
Si es una de las sustancias que se encuentran en la Tabla, ¿cuál es su identidad probable?

S5.1.11

0.390 J/g °C;
El cobre es un candidato probable.

Q5.1.12

Una tetera de aluminio pesa 1.05 kg.

¿Cuál es la capacidad calorífica de la tetera?
¿Cuánto calor se requiere para aumentar la temperatura de esta tetera de 23.0 °C a 99.0 °C?
¿Cuánto calor se requiere para calentar esta tetera de 23.0 °C a 99.0 °C si contiene 1.25 L de agua (densidad de 0.997 g/mL y un calor específico de 4.184 J/g °C)?

Q5.1.13

La mayoría de las personas encuentran incómodas las camas de agua a menos que la temperatura del agua se mantenga a unos 85 °F. A menos que se caliente, una cama de agua que contiene 892 L de agua se enfría de 85 °F a 72 °F en 24 horas. Estimar la cantidad de energía eléctrica requerida a lo largo de 24 horas, en kWh, para evitar que la cama se enfríe. Obsérvese que 1 kilovatio-hora (kWh) = 3.6 × 10 ⁶ J, y asumir que la densidad del agua es de 1.0 g/mL (independiente de la temperatura). ¿Qué otras suposiciones hiciste? ¿Cómo afectaron su resultado calculado (es decir, era probable que arrojaran errores “positivos” o “negativos”)?

S5.1.13

Suponemos que la densidad del agua es de 1.0 g/cm ³ (1 g/mL) y que se necesita tanta energía para mantener el agua a 85 °F como para calentarla de 72 °F a 85 °F También asumimos que solo se va a calentar el agua. Energía requerida = 7.47 kWh

5.2: Calorimetría

Q5.2.1

Una botella de 500 ml de agua a temperatura ambiente y una botella de agua de 2 L a la misma temperatura se colocaron en un refrigerador. Después de 30 minutos, la botella de 500 ml de agua se había enfriado a la temperatura del refrigerador. Una hora después, los 2-L de agua se habían enfriado a la misma temperatura. Cuando se le preguntó qué muestra de agua perdió más calor, un estudiante respondió que ambas botellas perdieron la misma cantidad de calor porque comenzaron a la misma temperatura y terminaron a la misma temperatura. Un segundo estudiante pensó que la botella de agua de 2 litros perdió más calor porque había más agua. Un tercer estudiante creía que la botella de agua de 500 ml perdía más calor porque se enfriaba más rápidamente. Un cuarto estudiante pensó que no era posible decirlo porque desconocemos la temperatura inicial y la temperatura final del agua. Indicar cuál de estas respuestas es correcta y describir el error en cada una de las otras respuestas.

Q5.2.2

¿La cantidad de calor medida para la reacción en el Ejemplo sería mayor, menor, o permanecería igual si usáramos un calorímetro que fuera un aislante más pobre que un calorímetro de taza de café? Explica tu respuesta.

S5.2.2

menor; se perdería más calor a la taza de café y al ambiente y así Δ T para el agua sería menor y la q calculada sería menor

Q5.2.3

¿La cantidad de calor absorbido por la disolución en el Ejemplo parecería mayor, menor, o permanecería igual si el experimentador utilizara un calorímetro que fuera un aislante más pobre que un calorímetro de taza de café? Explica tu respuesta.

Q5.2.4

¿La cantidad de calor absorbido por la disolución en el Ejemplo parecería mayor, menor, o permanecería igual si se tuviera en cuenta la capacidad calorífica del calorímetro? Explica tu respuesta.

S5.2.4

mayor, ya que tomar en cuenta la capacidad calorífica del calorímetro compensará la energía térmica transferida a la solución desde el calorímetro; este enfoque incluye el calorímetro en sí, junto con la solución, como “entorno”: q _rxn = − (q solución + q _calorímetro); ya que tanto q _solución como q _calorímetro son negativos, incluyendo este último término (q _rxn) dará un mayor valor para el calor de la disolución

Q5.2.5

¿Cuántos mililitros de agua a 23 °C con una densidad de 1.00 g/mL deben mezclarse con 180 mL (aproximadamente 6 oz) de café a 95 °C para que la combinación resultante tenga una temperatura de 60 °C? Supongamos que el café y el agua tienen la misma densidad y el mismo calor específico.

Q5.2.6

¿Cuánto se reducirá la temperatura de una taza (180 g) de café a 95 °C cuando se coloca en el café una cuchara de plata de 45 g (calor específico 0.24 J/g °C) a 25 °C y se deja que los dos alcancen la misma temperatura? Supongamos que el café tiene la misma densidad y calor específico que el agua.

S5.2.6

La temperatura del café bajará 1 grado.

Q5.2.7

Una cuchara de aluminio de 45 g (calor específico 0.88 J/g °C) a 24 °C se coloca en 180 mL (180 g) de café a 85 °C y la temperatura de los dos se iguala.

¿Cuál es la temperatura final cuando los dos se igualan? Supongamos que el café tiene el mismo calor específico que el agua.
La primera vez que una estudiante resolvió este problema obtuvo una respuesta de 88 °C. Explique por qué esta es claramente una respuesta incorrecta.

Q5.2.8

La temperatura del agua de refrigeración al salir del motor caliente de un automóvil es de 240 °F. Después de pasar por el radiador tiene una temperatura de 175 °F. Calcula la cantidad de calor transferido del motor al entorno por un galón de agua con un calor específico de 4.184 J/g °C.

S5.2.8

$5.7 \times 10^2\; kJ$

Q5.2.8

Se coloca una pieza de metal de 70.0-g a 80,0 °C en 100 g de agua a 22.0 °C contenida en un calorímetro como el que se muestra en la Figura. El metal y el agua llegan a la misma temperatura a 24.6 °C ¿Cuánto calor cedió el metal al agua? ¿Cuál es el calor específico del metal?

Q5.2.9

Si una reacción produce 1.506 kJ de calor, que queda atrapado en 30.0 g de agua inicialmente a 26.5 °C en un calorímetro como el de la Figura, ¿cuál es la temperatura resultante del agua?

S5.2.9

38.5 °C

Q5.2.10

Se agrega una muestra de 0.500-g de KCl a 50.0 g de agua en un calorímetro (Figura). Si la temperatura disminuye en 1.05 °C, ¿cuál es la cantidad aproximada de calor involucrada en la disolución del KCl, asumiendo que la capacidad calorífica de la solución resultante es de 4.18 J/g °C? ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

Q5.2.11

Disolver 3.0 g de CaCl ₂ (s) en 150.0 g de agua en un calorímetro (Figura) a 22.4 °C provoca que la temperatura suba a 25.8 °C. ¿Cuál es la cantidad aproximada de calor involucrada en la disolución, suponiendo que la capacidad calorífica de la solución resultante sea de 4.18 J/g °C? ¿La reacción es exotérmica o endotérmica?

S5.2.11

2.2 kJ; El calor producido muestra que la reacción es exotérmica.

Q5.2.12

Cuando se agrega 50.0 g de NaCl (aq) 0.200 M a 24.1 °C a 100.0 g de AgnO ₃ (aq) 0.100 M a 24.1 °C en un calorímetro, la temperatura aumenta a 25.2 °C a medida que se forma AgCl (s). Suponiendo que el calor específico de la solución y los productos es de 4.20 J/g °C, calcular la cantidad aproximada de calor en julios producidos.

Q5.2.13

La adición de 3.15 g de Ba (OH) ₂ •8H ₂ O a una solución de 1.52 g de NH ₄ SCN en 100 g de agua en un calorímetro provocó que la temperatura cayera 3.1 °C. Suponiendo que el calor específico de la solución y los productos sea de 4.20 J/g °C, calcule la cantidad aproximada de calor absorbido por la reacción, que puede ser representada por la siguiente ecuación:

\[Ba(OH)_2 \cdot 8H_2O_{(s)} + 2NH_4SCN_{(aq)} \rightarrow Ba(SCN)_{2(aq)} + 2NH_{3(aq)} + 10H_2O_{(l)}\]

S5.2.13

1.4 kJ

Q5.2.14

La reacción de 50 mL de ácido y 50 mL de base descrita en el Ejemplo aumentó la temperatura de la solución en 6.9 grados. ¿Cuánto habría aumentado la temperatura si se hubieran utilizado 100 mL de ácido y 100 mL de base en el mismo calorímetro comenzando a la misma temperatura de 22.0 °C? Explica tu respuesta.

Q5.2.15

Si los 3.21 g de NH ₄ NO ₃ en el Ejemplo se disolvieran en 100.0 g de agua en las mismas condiciones, ¿cuánto cambiaría la temperatura? Explica tu respuesta.

S5.2.15

22.6. Dado que la masa y la capacidad calorífica de la solución es aproximadamente igual a la del agua, el aumento de dos veces en la cantidad de agua conduce a una disminución de dos veces del cambio de temperatura.

Q5.2.16

Cuando 1.0 g de fructosa, C ₆ H ₁₂ O ₆ (s), un azúcar que se encuentra comúnmente en los frutos, se quema en oxígeno en un calorímetro de bomba, la temperatura del calorímetro aumenta en 1.58 °C Si la capacidad calorífica del calorímetro y su contenido es de 9.90 kJ/°C, lo que es q por esta combustión?

Q5.2.17

Cuando una muestra de 0.740-g de trinitrotolueno (TNT), C ₇ H ₅ N ₂ O ₆, se quema en un calorímetro de bomba, la temperatura aumenta de 23.4 °C a 26.9 °C. La capacidad calorífica del calorímetro es 534 J/°C, y contiene 675 mL de agua. ¿Cuánto calor se produjo por la combustión de la muestra de TNT?

S5.2.17

11.7 kJ

Q5.2.18

Un método para generar electricidad es quemar carbón para calentar agua, que produce vapor que impulsa un generador eléctrico. Para determinar la velocidad a la que se va a alimentar el carbón al quemador en este tipo de plantas, se debe determinar el calor de combustión por tonelada de carbón utilizando un calorímetro de bomba. Cuando se queman 1.00 g de carbón en un calorímetro de bomba, la temperatura aumenta 1.48 °C. Si la capacidad calorífica del calorímetro es de 21.6 kJ/°C, determinar el calor producido por la combustión de una tonelada de carbón (2.000 × 10 ³ libras).

Q5.2.19

La cantidad de grasa recomendada para alguien con una dieta diaria de 2000 Calorías es de 65 g. ¿Qué porcentaje de las calorías en esta dieta serían suministradas por esta cantidad de grasa si el número promedio de Calorías para la grasa es de 9.1 calorías/g?

S5.2.19

30%

Q5.2.20

Una cucharadita del carbohidrato sacarosa (azúcar común) contiene 16 Calorías (16 kcal). ¿Cuál es la masa de una cucharadita de sacarosa si el número promedio de Calorías para los carbohidratos es de 4.1 calorías/g?

Q5.2.21

¿Cuál es la masa máxima de carbohidratos en una porción de 6 oz de refresco dietético que contiene menos de 1 Calorías por lata si el número promedio de Calorías para carbohidratos es de 4.1 calorías/g?

S5.2.21

0.24 g

Q5.2.22

Una pinta de helado premium puede contener 1100 Calorías. ¿Qué masa de grasa, en gramos y libras, se debe producir en el cuerpo para almacenar un extra de 1.1 × 10 ³ Calorías si el número promedio de Calorías para la grasa es de 9.1 calorías/g?

Q5.2.23

Una porción de un cereal para el desayuno contiene 3 g de proteína, 18 g de carbohidratos y 6 g de grasa. ¿Cuál es el contenido calórico de una porción de este cereal si el número promedio de Calorías para grasa es 9.1 calorías/g, para carbohidratos es 4.1 calorías/g, y para proteína es 4.1 calorías/g?

S5.2.23

1.4 × 10 ² Calorías

Q5.2.24

¿Cuál es la fuente de energía menos costosa en kilojulios por dólar: una caja de cereal para el desayuno que pesa 32 onzas y cuesta $4.23, o un litro de isooctano (densidad, 0.6919 g/mL) que cuesta $0.45? Comparar el valor nutricional del cereal con el calor producido por la combustión del isooctano en condiciones estándar. Una porción de 1.0-onza del cereal proporciona 130 Calorías.

5.3: Entalpía

Q5.3.1

Explique cómo el calor medido en [link] difiere del cambio de entalpía para la reacción exotérmica descrita por la siguiente ecuación:

\[\ce{HCl}(aq)+\ce{NaOH}(aq)⟶\ce{NaCl}(aq)+\ce{H2O}(l)\]

El cambio de entalpía de la reacción indicada es para exactamente 1 mol de HCL y 1 mol de NaOH; el calor en el ejemplo es producido por 0.0500 mol de HCl y 0.0500 mol de NaOH. Usando los datos en la sección de verificación de su aprendizaje de [enlace], calcule Δ H en kJ/mol de AgnO ₃ (aq) para la reacción:

\[\ce{NaCl}(aq)+\ce{AgNO3}(aq)⟶\ce{AgCl}(s)+\ce{NaNO3}(aq)\]

Q5.3.2

Calcular la entalpía de solución (Δ H para la disolución) por mol de NH ₄ NO ₃ en las condiciones descritas en [enlace].

S5.3.2

25 kJ mol ⁻¹

Q5.3.3

Calcular Δ H para la reacción descrita por la ecuación.

$\ce{Ba(OH)2⋅8H2O}(s)+\ce{2NH4SCN}(aq)⟶\ce{Ba(SCN)2}(aq)+\ce{2NH3}(aq)+\ce{10H2O}(l)$

Q5.3.4

Calcular la entalpía de solución (Δ H para la disolución) por mol de CaCl ₂.

S5.3.4

81 kJ mol ⁻¹

Q5.3.5

Aunque el gas utilizado en un soplete de oxiacetileno es esencialmente acetileno puro, el calor producido por la combustión de un mol de acetileno en dicho soplete probablemente no sea igual a la entalpía de combustión del acetileno enumerada en la Tabla. Considerando las condiciones para las que se reportan los datos tabulados, sugerir una explicación.

Q5.3.6

¿Cuánto calor se produce al quemar 4.00 moles de acetileno en condiciones de estado estándar?

S5.3.6

5204.4 kJ

Q5.3.7

¿Cuánto calor se produce por la combustión de 125 g de metanol en condiciones de estado estándar?

Q5.3.8

¿Cuántos moles de isooctano deben quemarse para producir 100 kJ de calor en condiciones de estado estándar?

S5.3.8

1.83 × 10 ⁻² mol

Q5.3.9

¿Qué masa de monóxido de carbono se debe quemar para producir 175 kJ de calor en condiciones de estado estándar?

Q5.3.10

Cuando 2.50 g de metano se quema en oxígeno, se producen 125 kJ de calor. ¿Cuál es la entalpía de combustión por mol de metano bajo estas condiciones?

S5.3.10

802 kJ mol ⁻¹

Q5.3.11

¿Cuánto calor se produce cuando se mezclan 100 mL de HCl 0.250 M (densidad, 1.00 g/mL) y 200 mL de NaOH 0.150 M (densidad, 1.00 g/mL)?

\[\ce{HCl}(aq)+\ce{NaOH}(aq)⟶\ce{NaCl}(aq)+\ce{H2O}(l)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−58\:kJ}\]

Si ambas soluciones están a la misma temperatura y la capacidad calorífica de los productos es de 4.19 J/g °C, ¿cuánto aumentará la temperatura? ¿Qué suposición hiciste en tu cálculo?

Q5.3.12

Una muestra de 0.562 g de carbono se quema en oxígeno en un calorímetro de bomba, produciendo dióxido de carbono. Supongamos que tanto los reactivos como los productos están en condiciones de estado estándar, y que el calor liberado es directamente proporcional a la entalpía de combustión del grafito. La temperatura del calorímetro aumenta de 26.74 °C a 27.93 °C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro y su contenido?

S5.3.12

15.5 kJ/ºC

Q5.3.13

Antes de la introducción de clorofluorocarbonos, se utilizó dióxido de azufre (entalpía de vaporización, 6.00 kcal/mol) en refrigeradores domésticos. ¿Qué masa de SO ₂ debe evaporarse para eliminar tanto calor como la evaporación de 1.00 kg de CCl ₂ F ₂ (la entalpía de vaporización es 17.4 kJ/mol)?

Las reacciones de vaporización para SO ₂ y CCl ₂ F ₂ son

$\ce{SO2}(l)⟶\ce{SO2}(g)$y$\ce{CCl2F}(l)⟶\ce{CCl2F2}(g)$, respectivamente.

Q5.3.14

Los hogares pueden calentarse bombeando agua caliente a través de radiadores. Qué masa de agua proporcionará la misma cantidad de calor cuando se enfríe de 95.0 a 35.0 °C, como el calor proporcionado cuando se enfrían 100 g de vapor de 110 °C a 100 °C.

S5.3.14

7.43 g

Q5.3.15

¿Cuáles de las entalpías de combustión en Tabla la tabla son también entalpías estándar de formación?

Q5.3.16

¿La entalpía estándar de formación de H ₂ O (g) difiere de Δ H° para la reacción$\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2H2O}(g)$?

S5.3.16

No.

Q5.3.17

José Sacerdotal preparó oxígeno en 1774 calentando óxido rojo de mercurio (II) con luz solar enfocada a través de una lente. ¿Cuánto calor se requiere para descomponer exactamente 1 mol de HGo (s) rojo (s) a Hg (l) y O ₂ (g) bajo condiciones estándar?

Q5.3.18

¿Cuántos kilojulios de calor se liberarán cuando se queme exactamente 1 mol de manganeso, Mn, para formar Mn ₃ O ₄ (s) en condiciones de estado estándar?

S5.3.18

459.6 kJ

Q5.3.19

¿Cuántos kilojulios de calor se liberarán cuando se queme exactamente 1 mol de hierro, Fe, para formar Fe ₂ O ₃ (s) en condiciones de estado estándar?

Q5.3.20

La siguiente secuencia de reacciones ocurre en la producción comercial de ácido nítrico acuoso:

$\ce{4NH3}(g)+\ce{5O2}(g)⟶\ce{4NO}(g)+\ce{6H2O}(l)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−907\:kJ}$

$\ce{2NO}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−113\:kJ}$

$\ce{3NO2}+\ce{H2O}(l)⟶\ce{2HNO2}(aq)+\ce{NO}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−139\:kJ}$

Determinar el cambio energético total para la producción de un mol de ácido nítrico acuoso mediante este proceso.

S5.3.20

495 kJ/mol

Q5.3.21

Tanto el grafito como el diamante se queman.

$\ce{C}(s,\:\ce{diamond})+\ce{O2}(g)⟶\ce{CO2}(g)$

Para la conversión de grafito en diamante:

$\ce{C}(s,\:\ce{graphite})⟶\ce{C}(s,\:\ce{diamond})\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{1.90\:kJ}$

¿Cuál produce más calor, la combustión del grafito o la combustión del diamante?

Q5.3.22

A partir de los calores molares de formación en el Apéndice G, determinar cuánto calor se requiere para evaporar un mol de agua:$\ce{H2O}(l)⟶\ce{H2O}(g)$

S5.3.22

44.01 kJ/mol

Q5.3.23

¿Cuál produce más calor?

$\ce{Os}(s)⟶\ce{2O2}(g)⟶\ce{OsO4}(s)$

$\ce{Os}(s)⟶\ce{2O2}(g)⟶\ce{OsO4}(g)$

para el cambio de fase$\ce{OsO4}(s)⟶\ce{OsO4}(g)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{56.4\:kJ}$

Q5.3.24

Calcular$ΔH^\circ_{298}$ para el proceso

$\ce{Sb}(s)+\dfrac{5}{2}\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl5}(g)$

a partir de la siguiente información:

$\ce{Sb}(s)+\dfrac{3}{2}\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl3}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−314\:kJ}$

$\ce{SbCl3}(s)+\ce{Cl2}(g)⟶\ce{SbCl5}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−80\:kJ}$

S5.3.24

394 kJ

Q5.3.25

Calcular$ΔH^\circ_{298}$ para el proceso$\ce{Zn}(s)+\ce{S}(s)+\ce{2O2}(g)⟶\ce{ZnSO4}(s)$

a partir de la siguiente información:

$\ce{Zn}(s)+\ce{S}(s)⟶\ce{ZnS}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−206.0\:kJ}$

$\ce{ZnS}(s)+\ce{2O2}(g)⟶\ce{ZnSO4}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−776.8\:kJ}$

Q5.3.26

Calcular Δ H para el proceso

$\ce{Hg2Cl2}(s)⟶\ce{2Hg}(l)+\ce{Cl2}(g)$

a partir de la siguiente información:

$\ce{Hg}(l)+\ce{Cl2}(g)⟶\ce{HgCl2}(s)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−224\:kJ}$

$\ce{Hg}(l)+\ce{HgCl2}(s)⟶\ce{Hg2Cl2}(s)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−41.2\:kJ}$

S5.3.26

265 kJ

Q5.3.27

Calcular$ΔH^\circ_{298}$ para el proceso

$\ce{Co3O4}(s)⟶\ce{3Co}(s)+\ce{2O2}(g)$

a partir de la siguiente información:

$\ce{Co}(s)+\dfrac{1}{2}\ce{O2}(g)⟶\ce{CoO}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−237.9\:kJ}$

$\ce{3Co}(s)+\ce{O2}(g)⟶\ce{Co3O4}(s)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−177.5\:kJ}$

Q5.3.28

Calcular la entalpía molar estándar de formación de NO (g) a partir de los siguientes datos:

$\ce{N2}(g)+\ce{2O2}⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{66.4\:kJ}$

$\ce{2NO}(g)+\ce{O2}⟶\ce{2NO2}(g)\hspace{20px}ΔH^\circ_{298}=\mathrm{−114.1\:kJ}$

S5.3.28

90.3 mol ⁻¹ de NO

Q5.3.29

Usando los datos del Apéndice G, calcule el cambio de entalpía estándar para cada una de las siguientes reacciones:

$\ce{N2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{2NO}(g)$
$\ce{Si}(s)+\ce{2Cl2}(g)⟶\ce{SiCl4}(g)$
$\ce{Fe2O3}(s)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2Fe}(s)+\ce{3H2O}(l)$
$\ce{2LiOH}(s)+\ce{CO2}(g)⟶\ce{Li2CO3}(s)+\ce{H2O}(g)$

Q5.3.30

Usando los datos del Apéndice G, calcule el cambio de entalpía estándar para cada una de las siguientes reacciones:

$\ce{Si}(s)+\ce{2F2}(g)⟶\ce{SiF4}(g)$
$\ce{2C}(s)+\ce{2H2}(g)+\ce{O2}(g)⟶\ce{CH3CO2H}(l)$
$\ce{CH4}(g)+\ce{N2}(g)⟶\ce{HCN}(g)+\ce{NH3}(g)$;
$\ce{CS2}(g)+\ce{3Cl2}(g)⟶\ce{CCl4}(g)+\ce{S2Cl2}(g)$

S5.3.30

−1615,0 kJ mol ⁻¹;
−484,3 kJ mol ⁻¹;
164.2 kJ;
−232,1 kJ

Q5.3.31

Se pueden utilizar las siguientes reacciones para preparar muestras de metales. Determinar el cambio de entalpía bajo condiciones de estado estándar para cada uno.

$\ce{2Ag2O}(s)⟶\ce{4Ag}(s)+\ce{O2}(g)$
$\ce{SnO}(s)+\ce{CO}(g)⟶\ce{Sn}(s)+\ce{CO2}(g)$
$\ce{Cr2O3}(s)+\ce{3H2}(g)⟶\ce{2Cr}(s)+\ce{3H2O}(l)$
$\ce{2Al}(s)+\ce{Fe2O3}(s)⟶\ce{Al2O3}(s)+\ce{2Fe}(s)$

Q5.3.32

La descomposición del peróxido de hidrógeno, H ₂ O ₂, ha sido utilizada para proporcionar empuje en los chorros de control de diversos vehículos espaciales. Utilizando los datos del Apéndice G, determinar cuánto calor se produce por la descomposición de exactamente 1 mol de H ₂ O ₂ en condiciones estándar.

$\ce{2H2O2}(l)⟶\ce{2H2O}(g)+\ce{O2}(g)$

S5.3.32

−54.04 kJ mol ⁻¹

Q5.3.33

Calcular la entalpía de combustión de propano, C ₃ H ₈ (g), para la formación de H ₂ O (g) y CO ₂ (g). La entalpía de formación de propano es de −104 kJ/mol.

Q5.3.34

Calcular la entalpía de combustión de butano, C ₄ H ₁₀ (g) para la formación de H ₂ O (g) y CO ₂ (g). La entalpía de formación de butano es de −126 kJ/mol.

S5.3.34

2660 kJ mol ⁻¹

Q5.3.35

Tanto el propano como el butano se utilizan como combustibles gaseosos. ¿Qué compuesto produce más calor por gramo cuando se quema?

Q5.3.36

El pigmento blanco TiO ₂ se prepara mediante la reacción de tetracloruro de titanio, TiCl ₄, con vapor de agua en fase gaseosa:

$\ce{TiCl4}(g)+\ce{2H2O}(g)⟶\ce{TiO2}(s)+\ce{4HCl}(g)$.

¿Cuánto calor se desarrolla en la producción de exactamente 1 mol de TiO ₂ (s) bajo condiciones de estado estándar?

S5.3.36

67.1 kJ

Q5.3.37

El gas de agua, una mezcla de H ₂ y CO, es un importante combustible industrial producido por la reacción del vapor con coque al rojo vivo, esencialmente carbono puro:

$\ce{C}(s)+\ce{H2O}(g)⟶\ce{CO}(g)+\ce{H2}(g)$.

Suponiendo que el coque tiene la misma entalpía de formación que el grafito, calcule$ΔH^\circ_{298}$ para esta reacción.
El metanol, un combustible líquido que posiblemente podría reemplazar a la gasolina, se puede preparar a partir de gas de agua e hidrógeno adicional a alta temperatura y presión en presencia de un catalizador adecuado:\[\ce{2H2}(g)+\ce{CO}(g)⟶\ce{CH3OH}(g).\] En las condiciones de la reacción, el metanol se forma como gas. Calcular$ΔH^\circ_{298}$ para esta reacción y para la condensación de metanol gaseoso a metanol líquido.
Calcular el calor de combustión de 1 mol de metanol líquido a H ₂ O (g) y CO ₂ (g).

Q5.3.38

En los primeros días de los automóviles, la iluminación nocturna fue proporcionada por la quema de acetileno, C ₂ H ₂. Aunque ya no se usa como faros automáticos, el acetileno todavía es utilizado como fuente de luz por algunos exploradores de cuevas. El acetileno se prepara (fue) en la lámpara mediante la reacción de agua con carburo de calcio, CaC ₂:

$\ce{CaC2}(s)+\ce{H2O}(l)⟶\ce{Ca(OH)2}(s)+\ce{C2H2}(g)$.

Calcular la entalpía estándar de la reacción. El$ΔH^\circ_\ce{f}$ de CaC ₂ es −15.14 kcal/mol.

S5.3.38

122.8 kJ

Q5.3.39

A partir de los datos de la Tabla, determinar cuál de los siguientes combustibles produce la mayor cantidad de calor por gramo cuando se quema en condiciones estándar: CO (g), CH ₄ (g), o C ₂ H ₂ (g).

Q5.3.40

La entalpía de combustión del carbón duro promedia −35 kJ/g, la de la gasolina, 1.28 × 10 ⁵ kJ/gal. ¿Cuántos kilogramos de carbón duro proporcionan la misma cantidad de calor que está disponible a partir de 1.0 galón de gasolina? Supongamos que la densidad de la gasolina es de 0.692 g/mL (lo mismo que la densidad del isooctano).

S5.3.40

3.7 kg

Q5.3.41

El etanol, C ₂ H ₅ OH, se utiliza como combustible para vehículos de motor, particularmente en Brasil.

Escribir la ecuación equilibrada para la combustión de etanol a CO ₂ (g) y H ₂ O (g), y, utilizando los datos del Apéndice G, calcular la entalpía de combustión de 1 mol de etanol.
La densidad del etanol es de 0.7893 g/mL. Calcular la entalpía de combustión de exactamente 1 L de etanol.
Suponiendo que el kilometraje de un automóvil es directamente proporcional al calor de combustión del combustible, calcule cuánto más se podría esperar que viaje un automóvil con 1 L de gasolina que con 1 L de etanol. Supongamos que la gasolina tiene el calor de combustión y la densidad de n—octano, C ₈ H ₁₈ ($ΔH^\circ_\ce{f}=\mathrm{−208.4\:kJ/mol}$; densidad = 0.7025 g/mL).

Q5.3.42

Entre las sustancias que reaccionan con el oxígeno y que han sido consideradas como combustibles potenciales para cohetes se encuentran el diborano [B ₂ H ₆, produce B ₂ O ₃ (s) y H ₂ O (g)], metano [CH ₄, produce CO ₂ ( g) y H ₂ O (g)], e hidrazina [N ₂ H ₄, produce N ₂ (g) y H ₂ O (g)]. A partir del calor liberado por 1.00 g de cada sustancia en su reacción con el oxígeno, ¿cuál de estos compuestos ofrece la mejor posibilidad como combustible para cohetes? El$ΔH^\circ_\ce{f}$ de B ₂ H ₆ (g), CH ₄ (g) y N ₂ H ₄ (l) pueden encontrarse en el Apéndice G.

S5.3.42

En el supuesto de que el mejor combustible para cohetes es el que emite más calor, B ₂ H ₆ es el principal candidato.

Q5.3.43

¿Cuánto calor se produce cuando 1.25 g de cromo metálico reacciona con oxígeno gaseoso en condiciones estándar?

El etileno, C ₂ H ₂, un subproducto de la destilación fraccionada del petróleo, es el cuarto entre los 50 compuestos químicos producidos comercialmente en las mayores cantidades. Alrededor del 80% del etanol sintético se fabrica a partir de etileno por su reacción con agua en presencia de un catalizador adecuado.

$\ce{C2H4}(g)+\ce{H2O}(g)⟶\ce{C2H5OH}(l)$

Utilizando los datos de la tabla del Apéndice G, calcular Δ H° para la reacción.

S5.3.43

88.2 kJ

Q5.3.44

La oxidación de la glucosa de azúcar, C ₆ H ₁₂ O ₆, se describe mediante la siguiente ecuación:

$\ce{C6H12O6}(s)+\ce{6O2}(g)⟶\ce{6CO2}(g)+\ce{6H2O}(l)\hspace{20px}ΔH=\mathrm{−2816\:kJ}$

El metabolismo de la glucosa da los mismos productos, aunque la glucosa reacciona con el oxígeno en una serie de pasos en el cuerpo.

¿Cuánto calor en kilojulios se puede producir por el metabolismo de 1.0 g de glucosa?
¿Cuántas Calorías se pueden producir por el metabolismo de 1.0 g de glucosa?

Q5.3.45

El propano, C ₃ H ₈, es un hidrocarburo que se usa comúnmente como combustible.

Escriba una ecuación equilibrada para la combustión completa del gas propano.
Calcular el volumen de aire a 25 °C y 1.00 atmósfera que se necesita para quemar completamente 25.0 gramos de propano. Supongamos que el aire es 21.0 por ciento de O ₂ por volumen. (Pista: veremos cómo hacer este cálculo en un capítulo posterior sobre gases, por ahora usa la información de que 1.00 L de aire a 25 °C y 1.00 atm contiene 0.275 g de O ₂ por litro.)
El calor de combustión del propano es −2,219.2 kJ/mol. Calcular el calor de formación,$ΔH^\circ_\ce{f}$ de propano dado el$ΔH^\circ_\ce{f}$ de H ₂ O (l) = −285.8 kJ/mol y$ΔH^\circ_\ce{f}$ de CO ₂ (g) = −393.5 kJ/mol.
Suponiendo que todo el calor liberado en la quema de 25.0 gramos de propano se transfiere a 4.00 kilogramos de agua, calcular el aumento de temperatura del agua.

S5.3.45

$\ce{C3H8}(g)+\ce{5O2}(g)⟶\ce{3CO2}(g)+\ce{4H2O}(l)$;
330 L;
−104,5 kJ mol ⁻¹;
75.4 °C

Q5.3.46

Durante un reciente mes invernal en Sheboygan, Wisconsin, fue necesario obtener 3500 kWh de calor proporcionado por un horno de gas natural con 89% de eficiencia para mantener caliente una casa pequeña (la eficiencia de un horno de gas es el porcentaje del calor producido por la combustión que se transfiere a la casa).

Asumir que el gas natural es metano puro y determinar el volumen de gas natural en pies cúbicos que se requirió para calentar la casa. La temperatura promedio del gas natural fue de 56 °F; a esta temperatura y una presión de 1 atm, el gas natural tiene una densidad de 0.681 g/L.
¿Cuántos galones de GLP (gas licuado de petróleo) se requerirían para reemplazar el gas natural utilizado? Supongamos que el GLP es propano líquido [C ₃ H ₈: densidad, 0.5318 g/mL; entalpía de combustión, 2219 kJ/mol para la formación de CO ₂ (g) y H ₂ O (l)] y el horno utilizado para quemar el GLP tiene la misma eficiencia que el horno de gas.
¿Qué masa de dióxido de carbono se produce por la combustión del metano utilizado para calentar la casa?
¿Qué masa de agua se produce por la combustión del metano utilizado para calentar la casa?
¿Qué volumen de aire se requiere para proporcionar el oxígeno para la combustión del metano utilizado para calentar la casa? El aire contiene 23% de oxígeno en masa. La densidad promedio del aire durante el mes fue de 1.22 g/L.
¿Cuántos kilovatios-hora (1 kWh = 3.6 × 10 ⁶ J) de electricidad se requerirían para proporcionar el calor necesario para calentar la casa? Tenga en cuenta que la electricidad es 100% eficiente para producir calor dentro de una casa.
Si bien la electricidad es 100% eficiente en la producción de calor dentro de una casa, la producción y distribución de electricidad no es 100% eficiente. La eficiencia de producción y distribución de la electricidad producida en una central eléctrica de carbón es de aproximadamente 40%. Un cierto tipo de carbón proporciona 2.26 kWh por libra al momento de la combustión. ¿Qué masa de este carbón en kilogramos se requerirá para producir la energía eléctrica necesaria para calentar la casa si la eficiencia de generación y distribución es del 40%?