FQ1bto-Termoquímica 3

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Primer principio. Entalpía. Energía interna. Calor a presión y volumen constante. Relación entre Cv y Cp.

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1º bachillerato

quimica

energía interna

termoquimica

entalpia

primer principio termodinámica

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RRV fisyquimpuntoes

Spain

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FQ1bto-Termoquímica 3Version en ligne Primer principio. Entalpía. Energía interna. Calor a presión y volumen constante. Relación entre Cv y Cp. par RRV fisyquimpuntoes 1 ¿Cuál de las siguientes variables es una función de estado? a El trabajo b La temperatura c El calor d Ninguna de ellas 2 La variación de entalpía ΔH de un sistema es igual al flujo de calor entre el sistema y sus alrededores en condiciones: a Adiabáticas b Isotérmicas c De volumen constante d De presión constante 3 Si enfriamos un gas manteniendo la presión constante, el calor que debemos aportar debe ser a Mayor que la ΔU b Menor que la ΔU c Igual que la ΔU d Depende de si el proceso es exotérmico o endotérmico 4 En una reacción exotérmica en la que el número total de moles gaseosos en los productos es el mismo que en los reactivos a ΔH = ΔU b ΔH > ΔU c ΔH < ΔU d Q = W 5 Sea la reacción exotérmica A(s) +2B(g) ⟶ 2C(g) + D(g) a ΔH = ΔU b \|ΔH\| > \|ΔU\| c ΔH < ΔU d ΔH > ΔU 6 Dada la reacción de combustión del etano 2C₂H₆(g) + 7O₂(g) → 4CO₂(g) + 6H₂O(l) ¿Cómo será más rentable llevarla a cabo a volumen o a presión constante? a No es posible determinarlo. b Daría lo mismo, ninguno de los procesos sería mejor que el otro. c Convendría llevarla a cabo a volumen constante. d Convendría llevarla a cabo a presión constante. 7 En la reacción CO(g) + NO₂(g) → CO₂(g) +NO(g), las energías de activación de las reacciones directa e inversa son 134 y 360 kJ/mol, podemos decir que a la reacción es endotérmica b que la reacción es exotérmica c la energía de activación se corresponde con la energía interna y no con la entalpía. d no es posible averiguarlo. 8 Sea la reacción endotérmica 3A(s) +2B(g) ⟶ 5C(g) + D(g) a ΔH = ΔU b \|ΔH\| < \|ΔU\| c ΔH > ΔU d ΔH < ΔU 9 ¿En cuál/es de las siguientes reacciones el trabajo es negativo? 1) 2NH₄NO(s) → 2N₂(g) + 4H₂O(g) + O₂(g) 2) H₂(g) + Cl₂(g)→ 2HCl(g) 3) 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g) a en la primera y la segunda b en la segunda y la tercera c en la primera d en la tercera 10 ¿Cuánto vale la capacidad calorífica molar del O₂ a presión constante expresada en calorías? Datos: M(O)=16u; R=8,31J/molK; Cv=0.658kJ/kgK. a 7,025 cal/molK b 29,366 cal/molK c 8,035 cal/molK d 32,750 cal/molK 11 ¿Cuál es la variación de entalpía asociada al calentamiento de una masa de butano de 1kg que eleva su temperatura 5ºC. Dato: Cp(butano)=1.7164kJ/kg·K. a ΔH=-20,35 kcal/mol b ΔH= -5,35 kcal/mol c ΔH= +2,05 kcal/mol d ΔH=+205,053 cal/mol 12 Determina la variación de energía interna que tiene lugar cuando 3 moles de dióxido de carbono gaseoso se enfría de 70 a 50ºC. Cv=0.657kJ/kg·K. Masas atómicas: C=12u, O=16u. a ΔU = -1,83·10³ kJ b ΔU = -1,73·10³ J c ΔU = +1,37·10³ J d ΔU = +1,57·10³ cal 13 Se aumenta la temperatura de 3kg de O₂ de 20 a 80ºC, manteniendo la presión constante. ¿Qué trabajo se realiza? ¿Por parte del sistema o en su contra? Cp=0,217cal/gºC; Cv=0,158cal/gºC. a 4,44·10⁴ J, realizado por el sistema. b 3,55·10⁴ J, en contra del sistema. c 4,44·10⁴ J, en contra del sistema. d 3,55·10⁴ J, realizado por el sistema. 14 Se calienta una muestra de 600g de N₂ desde 10 a 25ºC Determina la entalpía asociada al proceso. Datos: Cv(N₂)=0.743kJ/kg·K. R=8,31J/mol·K. Masa atómica (N)=14u. a ΔH = 19355 J b ΔH = -948 J c ΔH = 9355 J d ΔH = -3958 J 15 El sistema de la figura pasa del estado A al B por dos caminos diferentes. En el primero se le transfieren 500cal y el sistema realiza un trabajo de 800J. En el segundo se le transfieren 360 cal ¿Cuánto vale el trabajo en este recorrido? a 214.8 J, lo realiza el sistema. b 360.3 J, lo realiza el sistema. c 124.6 J, se realiza en contra del sistema. d 309.5 J, se realiza en contra del sistema. Explicación 3 Al enfriar un gas sin variar la presión, el volumen disminuye (leyes de los gases), por lo que se trata de una compresión, el trabajo se realiza sobre o en contra del sistema tiene signo positivo (IUPAC), por lo que si: ΔU=Q+W y W>0 : ΔU-Q>0 por tanto: ΔU>Q. Otra forma: Qp=ΔH=ΔU+PΔV ; ΔV<0 (compresión); Qp=ΔH<ΔU. 4 ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=0, ΔH = ΔU 5 ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=3-2>0, ΔH > ΔU, ahora bien, dado que se trata de una reacción exotérmica (signo negativo los valores de ΔH y de ΔU), \|ΔH\| < \|ΔU\|, es decir, se desprenderá más calor cuando el proceso se lleve a cabo a volumen constante. 6 ΔH = ΔU+ΔnRT, y Δn=4-9<0, ΔH < ΔU, ahora bien, dado que las combustiones son reacciones exotérmicas (signo negativo los valores de ΔH y de ΔU), \|ΔH\| > \|ΔU\|, es decir, se desprenderá más calor cuando el proceso se lleve a cabo a presión constante. 7 Si se analiza el perfil energético de una reacción exotérmica, la entalpía de los reactivos es mayor que la de los productos. Como la Ea se mide desde los reactivos el salto energético correspondiente a la energía de activación de la reacción directa será menor que la que corresponde a la reacción inversa. 8 ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=6-2>0, ΔH y ΔU>0 (endotérmica), entonces: ΔH > ΔU 9 Criterio IUPAC: W(expansión)<0, por lo que solo se trata de estudiar la variación en el número de moles gaseosos entre productos y reactivos (las sustancias líquidas y sólidas no afectan a la variación de volumen). 10 Teniendo en cuenta que Cp=Cv+R. (0,658J/gK·32g/mol+8,31J/K·mol)/(4,18J/cal) 11 ΔH=m·Cp·ΔT= [1kg·(1,7164kJ/kg·k)·5K]x1kcal/4,18kJ 12 ΔU = m·Cv·ΔT= 3molesx44g/mol · 0,657J/gK · 20k 13 ΔU=Q+W(ext), ΔU=mCvΔT y Q=Qp=mCpΔT, así pues: W=ΔU-Q=mCvΔT-mCpΔT=mΔT(Cv-Cp) Se obtiene W<0 (ya que Cv0, el trabajo lo hace el sistema. 14 ΔH=mCpΔT; Cp=Cv+R 600g·15K·(0,743J/g·K+8,31J/molK/28g/mol). 15 ΔU=Q+W; ΔU es función de estado por lo que vale lo mismo independientemente del mecanismo. Q>0 y W<0 (IUPAC): 500cal·4,18J/cal - 800J = 360cal·4,18J/cal + x.

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Primer principio. Entalpía. Energía interna. Calor a presión y volumen constante. Relación entre Cv y Cp.

¿Cuál de las siguientes variables es una función de estado?

El trabajo

La temperatura

El calor

Ninguna de ellas

La variación de entalpía ΔH de un sistema es igual al flujo de calor entre el sistema y sus alrededores en condiciones:

Adiabáticas

Isotérmicas

De volumen constante

De presión constante

Si enfriamos un gas manteniendo la presión constante, el calor que debemos aportar debe ser

Mayor que la ΔU

Menor que la ΔU

Igual que la ΔU

Depende de si el proceso es exotérmico o endotérmico

En una reacción exotérmica en la que el número total de moles gaseosos en los productos es el mismo que en los reactivos

ΔH = ΔU

ΔH > ΔU

ΔH < ΔU

Q = W

Sea la reacción exotérmica A(s) +2B(g) ⟶ 2C(g) + D(g)

ΔH = ΔU

|ΔH| > |ΔU|

ΔH < ΔU

ΔH > ΔU

Dada la reacción de combustión del etano 2C₂H₆(g) + 7O₂(g) → 4CO₂(g) + 6H₂O(l) ¿Cómo será más rentable llevarla a cabo a volumen o a presión constante?

No es posible determinarlo.

Daría lo mismo, ninguno de los procesos sería mejor que el otro.

Convendría llevarla a cabo a volumen constante.

Convendría llevarla a cabo a presión constante.

En la reacción CO(g) + NO₂(g) → CO₂(g) +NO(g), las energías de activación de las reacciones directa e inversa son 134 y 360 kJ/mol, podemos decir que

la reacción es endotérmica

que la reacción es exotérmica

la energía de activación se corresponde con la energía interna y no con la entalpía.

no es posible averiguarlo.

Sea la reacción endotérmica 3A(s) +2B(g) ⟶ 5C(g) + D(g)

ΔH = ΔU

|ΔH| < |ΔU|

ΔH > ΔU

ΔH < ΔU

¿En cuál/es de las siguientes reacciones el trabajo es negativo? 1) 2NH₄NO(s) → 2N₂(g) + 4H₂O(g) + O₂(g) 2) H₂(g) + Cl₂(g)→ 2HCl(g) 3) 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

en la primera y la segunda

en la segunda y la tercera

en la primera

en la tercera

¿Cuánto vale la capacidad calorífica molar del O₂ a presión constante expresada en calorías? Datos: M(O)=16u; R=8,31J/molK; Cv=0.658kJ/kgK.

7,025 cal/molK

29,366 cal/molK

8,035 cal/molK

32,750 cal/molK

¿Cuál es la variación de entalpía asociada al calentamiento de una masa de butano de 1kg que eleva su temperatura 5ºC. Dato: Cp(butano)=1.7164kJ/kg·K.

ΔH=-20,35 kcal/mol

ΔH= -5,35 kcal/mol

ΔH= +2,05 kcal/mol

ΔH=+205,053 cal/mol

Determina la variación de energía interna que tiene lugar cuando 3 moles de dióxido de carbono gaseoso se enfría de 70 a 50ºC. Cv=0.657kJ/kg·K. Masas atómicas: C=12u, O=16u.

ΔU = -1,83·10³ kJ

ΔU = -1,73·10³ J

ΔU = +1,37·10³ J

ΔU = +1,57·10³ cal

Se aumenta la temperatura de 3kg de O₂ de 20 a 80ºC, manteniendo la presión constante. ¿Qué trabajo se realiza? ¿Por parte del sistema o en su contra? Cp=0,217cal/gºC; Cv=0,158cal/gºC.

4,44·10⁴ J, realizado por el sistema.

3,55·10⁴ J, en contra del sistema.

4,44·10⁴ J, en contra del sistema.

3,55·10⁴ J, realizado por el sistema.

Se calienta una muestra de 600g de N₂ desde 10 a 25ºC Determina la entalpía asociada al proceso. Datos: Cv(N₂)=0.743kJ/kg·K. R=8,31J/mol·K. Masa atómica (N)=14u.

ΔH = 19355 J

ΔH = -948 J

ΔH = 9355 J

ΔH = -3958 J

El sistema de la figura pasa del estado A al B por dos caminos diferentes. En el primero se le transfieren 500cal y el sistema realiza un trabajo de 800J. En el segundo se le transfieren 360 cal ¿Cuánto vale el trabajo en este recorrido?

214.8 J, lo realiza el sistema.

360.3 J, lo realiza el sistema.

124.6 J, se realiza en contra del sistema.

309.5 J, se realiza en contra del sistema.

Explicación

Al enfriar un gas sin variar la presión, el volumen disminuye (leyes de los gases), por lo que se trata de una compresión, el trabajo se realiza sobre o en contra del sistema tiene signo positivo (IUPAC), por lo que si: ΔU=Q+W y W>0 : ΔU-Q>0 por tanto: ΔU>Q. Otra forma: Qp=ΔH=ΔU+PΔV ; ΔV<0 (compresión); Qp=ΔH<ΔU.

ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=0, ΔH = ΔU

ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=3-2>0, ΔH > ΔU, ahora bien, dado que se trata de una reacción exotérmica (signo negativo los valores de ΔH y de ΔU), |ΔH| < |ΔU|, es decir, se desprenderá más calor cuando el proceso se lleve a cabo a volumen constante.

ΔH = ΔU+ΔnRT, y Δn=4-9<0, ΔH < ΔU, ahora bien, dado que las combustiones son reacciones exotérmicas (signo negativo los valores de ΔH y de ΔU), |ΔH| > |ΔU|, es decir, se desprenderá más calor cuando el proceso se lleve a cabo a presión constante.

Si se analiza el perfil energético de una reacción exotérmica, la entalpía de los reactivos es mayor que la de los productos. Como la Ea se mide desde los reactivos el salto energético correspondiente a la energía de activación de la reacción directa será menor que la que corresponde a la reacción inversa.

ΔH = ΔU+ΔnRT, si Δn=6-2>0, ΔH y ΔU>0 (endotérmica), entonces: ΔH > ΔU

Criterio IUPAC: W(expansión)<0, por lo que solo se trata de estudiar la variación en el número de moles gaseosos entre productos y reactivos (las sustancias líquidas y sólidas no afectan a la variación de volumen).

Teniendo en cuenta que Cp=Cv+R. (0,658J/gK·32g/mol+8,31J/K·mol)/(4,18J/cal)

ΔH=m·Cp·ΔT= [1kg·(1,7164kJ/kg·k)·5K]x1kcal/4,18kJ

ΔU = m·Cv·ΔT= 3molesx44g/mol · 0,657J/gK · 20k

ΔU=Q+W(ext), ΔU=mCvΔT y Q=Qp=mCpΔT, así pues: W=ΔU-Q=mCvΔT-mCpΔT=mΔT(Cv-Cp) Se obtiene W<0 (ya que Cv0, el trabajo lo hace el sistema.

ΔH=mCpΔT; Cp=Cv+R 600g·15K·(0,743J/g·K+8,31J/molK/28g/mol).

ΔU=Q+W; ΔU es función de estado por lo que vale lo mismo independientemente del mecanismo. Q>0 y W<0 (IUPAC): 500cal·4,18J/cal - 800J = 360cal·4,18J/cal + x.

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¿Cuál de las siguientes variables es una función de estado?

La variación de entalpía ΔH de un sistema es igual al flujo de calor entre el sistema y sus alrededores en condiciones:

Si enfriamos un gas manteniendo la presión constante, el calor que debemos aportar debe ser

En una reacción exotérmica en la que el número total de moles gaseosos en los productos es el mismo que en los reactivos

Sea la reacción exotérmica A(s) +2B(g) ⟶ 2C(g) + D(g)

Dada la reacción de combustión del etano 2C₂H₆(g) + 7O₂(g) → 4CO₂(g) + 6H₂O(l) ¿Cómo será más rentable llevarla a cabo a volumen o a presión constante?

En la reacción CO(g) + NO₂(g) → CO₂(g) +NO(g), las energías de activación de las reacciones directa e inversa son 134 y 360 kJ/mol, podemos decir que

Sea la reacción endotérmica 3A(s) +2B(g) ⟶ 5C(g) + D(g)

¿En cuál/es de las siguientes reacciones el trabajo es negativo? 1) 2NH₄NO(s) → 2N₂(g) + 4H₂O(g) + O₂(g) 2) H₂(g) + Cl₂(g)→ 2HCl(g) 3) 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)

¿Cuánto vale la capacidad calorífica molar del O₂ a presión constante expresada en calorías? Datos: M(O)=16u; R=8,31J/molK; Cv=0.658kJ/kgK.

¿Cuál es la variación de entalpía asociada al calentamiento de una masa de butano de 1kg que eleva su temperatura 5ºC. Dato: Cp(butano)=1.7164kJ/kg·K.

Determina la variación de energía interna que tiene lugar cuando 3 moles de dióxido de carbono gaseoso se enfría de 70 a 50ºC. Cv=0.657kJ/kg·K. Masas atómicas: C=12u, O=16u.

Se aumenta la temperatura de 3kg de O₂ de 20 a 80ºC, manteniendo la presión constante. ¿Qué trabajo se realiza? ¿Por parte del sistema o en su contra? Cp=0,217cal/gºC; Cv=0,158cal/gºC.

Se calienta una muestra de 600g de N₂ desde 10 a 25ºC Determina la entalpía asociada al proceso. Datos: Cv(N₂)=0.743kJ/kg·K. R=8,31J/mol·K. Masa atómica (N)=14u.

El sistema de la figura pasa del estado A al B por dos caminos diferentes. En el primero se le transfieren 500cal y el sistema realiza un trabajo de 800J. En el segundo se le transfieren 360 cal ¿Cuánto vale el trabajo en este recorrido?

Explicación