17.9: Cálculos estequiométricos y cambios de entalpía

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Existe una creciente preocupación por los daños al medio ambiente causados por las emisiones de las plantas manufactureras. Muchas empresas están tomando medidas para reducir estas emisiones dañinas al agregar equipos que atraparán a los contaminantes. Para saber qué equipo (y la cantidad) ordenar, se realizan estudios para medir la cantidad de producto que se produce actualmente. Dado que la contaminación suele ser tanto particulada como térmica, es necesario determinar los cambios de energía además de las cantidades de productos liberados.

Cálculos estequiométricos y cambios de entalpía

Los problemas químicos que implican cambios de entalpía pueden resolverse mediante técnicas similares a los problemas estequiométricos. Refiérase nuevamente a la reacción de combustión del metano. Dado que la reacción\(1 \: \text{mol}\) de de metano liberado\(890.4 \: \text{kJ}\), la reacción de\(2 \: \text{mol}\) de metano liberaría\(2 \times 890.4 \: \text{kJ} = 1781 \: \text{kJ}\). La reacción\(0.5 \: \text{mol}\) de metano liberaría\(\frac{890,4 \: \text{kJ}}{2} = 445.2 \: \text{kJ}\). Al igual que con otros problemas estequiométricos, los moles de un reactivo o producto pueden vincularse a la masa o volumen.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

El gas dióxido de azufre reacciona con el oxígeno para formar trióxido de azufre en una reacción exotérmica, de acuerdo con la siguiente ecuación termoquímica.

\[2 \ce{SO_2} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{SO_3} \left( g \right) + 198 \: \text{kJ}\nonumber \]

Calcular el cambio de entalpía que se produce cuando el dióxido\(58.0 \: \text{g}\) de azufre reacciona con el exceso de oxígeno.

Solución:

Paso 1: Enumere las cantidades conocidas y planifique el problema.

Masa\(\ce{SO_2} = 58.0 \: \text{g}\)
Masa molar\(\ce{SO_2} = 64.07 \: \text{g/mol}\)
\(\Delta H = -198 \: \text{kJ}\)por la reacción de\(2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}\)

Desconocido

El cálculo requiere dos pasos. La masa de\(\ce{SO_2}\) se convierte en moles. Entonces los moles de\(\ce{SO_2}\) se multiplica por el factor de conversión de\(\left( \frac{-198 \: \text{kJ}}{2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}} \right)\).

Paso 2: Resolver.

\[\Delta H = 58.0 \: \text{g} \: \ce{SO_2} \times \frac{1 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}}{64.07 \: \text{g} \: \ce{SO_2}} \times \frac{-198 \: \text{kJ}}{2 \: \text{mol} \: \ce{SO_2}} = 89.6 \: \text{kJ}\nonumber \]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

La masa de dióxido de azufre es ligeramente menor que\(1 \: \text{mol}\). Ya que\(198 \: \text{kJ}\) se libera por cada uno\(2 \: \text{mol}\) de los\(\ce{SO_2}\) que reacciona, el calor liberado cuando aproximadamente\(1 \: \text{mol}\) reacciona es la mitad de 198. El\(89.6 \: \text{kJ}\) es un poco menos de la mitad de 198. El signo de\(\Delta H\) es negativo porque la reacción es exotérmica.

Resumen

Los problemas químicos que implican cambios de entalpía pueden resolverse mediante técnicas similares a los problemas estequiométricos.
Se describen los cálculos de los cambios de energía en las ecuaciones de entalpía.