17.17: Cálculo del Calor de Reacción a partir del Calor de Formación

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Los diamantes naturales se extraen de sitios de todo el mundo. No obstante, se controla cuidadosamente el precio de los diamantes naturales, por lo que se están explorando otras fuentes de diamantes. Varios métodos diferentes para producir diamantes sintéticos están disponibles, generalmente implican tratar el carbono a temperaturas y presiones muy altas. Los diamantes producidos son ahora de alta calidad, pero se utilizan principalmente en aplicaciones industriales. Los diamantes son uno de los materiales más duros disponibles y se utilizan ampliamente para herramientas de corte y rectificado.

Cálculo del calor de reacción a partir del calor de formación

Una aplicación de la ley de Hess nos permite utilizar calores de formación estándar para calcular indirectamente el calor de reacción para cualquier reacción que ocurra en condiciones estándar. Un cambio de entalpía que ocurre específicamente bajo condiciones estándar se llama entalpía estándar (o calor) de reacción y se le da el símbolo\(\Delta H^\text{o}\). El calor de reacción estándar se puede calcular usando la siguiente ecuación.

\[\Delta H^\text{o} = \sum n \Delta H^\text{o}_\text{f} \: \text{(products)} - \sum n \Delta H^\text{o}_\text{f} \: \text{(reactants)}\nonumber \]

El símbolo\(\Sigma\) es la letra griega sigma y significa “la suma de”. El calor estándar de reacción es igual a la suma de todos los calores estándar de formación de los productos menos la suma de todos los calores estándar de formación de los reactivos. El símbolo "\(n\)" significa que cada calor de formación debe ser multiplicado primero por su coeficiente en la ecuación equilibrada.

Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas
Tabla\(\PageIndex{1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; "> Sustancia	\(\Delta H^\text{o}_\text{f}\)\(\left( \text{kJ/mol} \right)\)	Sustancia	\(\Delta H^\text{o}_\text{f}\)\(\left( \text{kJ/mol} \right)\)
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{Al_2O_3} \left( s \right)\)	-1669.8	\(\ce{H_2O_2} \left( l \right)\)	-187.6
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{BaCl_2} \left( s \right)\)	-860.1	\(\ce{KCl} \left( s \right)\)	-435.87
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{Br_2} \left( g \right)\)	30.91	\(\ce{NH_3} \left( g \right)\)	-46.3
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{C} \left( s, graphite \right)\)	0	\(\ce{NO} \left( g \right)\)	90.4
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{C} \left( s, diamond \right)\)	1.90	\(\ce{NO_2} \left( g \right)\)	33.85
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CH_4} \left( g \right)\)	-74.85	\(\ce{NaCl} \left( s \right)\)	-411.0
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{C_2H_5OH} \left( l \right)\)	-276.98	\(\ce{O_3} \left( g \right)\)	142.2
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CO} \left( g \right)\)	-110.5	\(\ce{P} \left( s, white \right)\)	0
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CO_2} \left( g \right)\)	-393.5	\(\ce{P} \left( s, red \right)\)	-18.4
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CaO} \left( s \right)\)	-635.6	\(\ce{PbO} \left( s \right)\)	-217.86
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CaCO_3} \left( s \right)\)	-1206.9	\(\ce{S} \left( rhombic \right)\)	0
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{HCl} \left( g \right)\)	-92.3	\(\ce{S} \left( monoclinic \right)\)	0.30
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CuO} \left( s \right)\)	-155.2	\(\ce{SO_2} \left( g \right)\)	-296.1
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{CuSO_4} \left( s \right)\)	-769.86	\(\ce{SO_3} \left( g \right)\)	-395.2
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{Fe_2O_3} \left( s \right)\)	-822.2	\(\ce{H_2S} \left( s \right)\)	-20.15
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{H_2O} \left( g \right)\)	-241.8	\(\ce{SiO_2} \left( s \right)\)	-859.3
\ (\ PageIndex {1}\): Calores Estándar de Formación de Sustancias Seleccionadas” style="vertical-align:middle; ">\(\ce{H_2O} \left( l \right)\)	-285.8	\(\ce{ZnCl_2} \left( s \right)\)	-415.89

Ejemplo\(\PageIndex{1}\)

Calcular el calor de reacción estándar\(\left( \Delta H^\text{o} \right)\) para la reacción del gas monóxido de nitrógeno con oxígeno para formar gas dióxido de nitrógeno.

Solución

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

Conocido

\(\Delta H^\text{o}_\text{f}\)para\(\ce{NO} \left( g \right) = 90.4 \: \text{kJ/mol}\)
\(\Delta H^\text{o}_\text{f}\)for\(\ce{O_2} \left( g \right) = 0\) (elemento)
\(\Delta H^\text{o}_\text{f}\)para\(\ce{NO_2} \left( g \right) = 33.85 \: \text{kJ/mol}\)

Desconocido

Primero escribe la ecuación equilibrada para la reacción. Luego aplique la ecuación para calcular el calor de reacción estándar a partir de los calores estándar de formación.

Paso 2: Resolver.

La ecuación equilibrada es:\(2 \ce{NO} \left( g \right) + \ce{O_2} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{NO_2} \left( g \right)\)

Aplicando la ecuación del texto:

\[\begin{align*} \Delta H^\text{o} &= \left[ 2 \: \text{mol} \: \ce{NO_2} \left( 33.85 \: \text{kJ/mol} \right) \right] - \left[ 2 \: \text{mol} \: \ce{NO} \left( 90.4 \: \text{kJ/mol} \right) + 1 \: \text{mol} \: \ce{O_2} \left( 0 \: \text{kJ/mol} \right) \right] \\ &= -113 \: \text{kJ} \end{align*}\nonumber \]

El calor estándar de reacción es\ (-113\:\ text {kJ}\ nonumber\]

Paso 3: Piensa en tu resultado.

La reacción es exotérmica, lo cual tiene sentido porque es una reacción de combustión y las reacciones de combustión siempre liberan calor.

Resumen

Un cambio de entalpía que ocurre específicamente bajo condiciones estándar se llama entalpía estándar (o calor) de reacción y se le da el símbolo\(\Delta H^\text{o}\).
Los calores estándar de reacción se pueden calcular a partir de calores estándar de formación.