Universidad de La Frontera
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 23

Termoquímica: Flujo de energía y cambio químico PowerPoint PPT Presentation


  • 116 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Universidad de La Frontera Fac. Ing. Cs. y Adm. Dpto. Cs. Químicas. Termoquímica: Flujo de energía y cambio químico. Prof. Josefina Canales. Un sistema químico y sus alrededores. McGraw-Hill, Universidades / Stephen Frisch, fotógrafo. Energía solar diaria. que cae sobre la tierra.

Download Presentation

Termoquímica: Flujo de energía y cambio químico

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Universidad de La FronteraFac. Ing. Cs. y Adm.Dpto. Cs. Químicas

Termoquímica:

Flujo de energía y cambio químico

Prof. Josefina Canales


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Un sistema químico y sus alrededores

McGraw-Hill, Universidades / Stephen Frisch, fotógrafo


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Energía solar diaria

que cae sobre la tierra

Energía de un

terremoto fuerte

Energía eléctrica diaria

de salida de la presa Hoover

1000 toneladas

de carbón que

se queman

1 tonelada de TNT que explota

1 kilowatt hora de

energía eléctrica

Calor liberado de la

combustión de un mol

de glucosa

1 caloría (4.184 J)

Calor absorbido durante la

división de una célula bacterial

Energía de la fisión de un

átomo 235 U

Energía cinética promedio de

una molécula de aire a 300 K

Algunas cantidades interesantes de energía


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Primera ley de la termodinámica

( Ley de la conservación de la energía )

“La energía total del universo es constante”

Universo = ESistema + EAlrededores = 0


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Cambio en la entalpía = H

La entalpía se define como la energía interna del sistema

mas el producto de su presión y su volumen.

H = E + PV

Para un cambio en la entalpía:

H = E + PV

Para reacciones exotérmicas y endotérmicas:

H = H final - H inicial = H productos - H reactivos

Exotérmica : H final H inicial H 0

Endotérmica : H final H inicial H 0


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Diagramos de entalpía para procesos endotérmicos y exotérmicos

CH4 + 2O2

H2O(l)

Hfinal

Hinicial

Entalpía, H

Entalpía, H

H = -285.8 Kj

Exotérmico

Calor que sale

H = +40 Kj

Endotérmico

Calor que entra

CO2 + 2H2O

H2O(s)

Hfinal

Hinicial


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Gases

Sublimación

Deposición

H0sub

Condensación

- H0vap

- H0sub

Evaporación

H0vap

Líquidos

Congelamiento

- H0fus

Fusión

H0fus

Sublimación

Deposición

Sólidos


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Dibujo de diagramas de entalpía y

determinación del signo de H - I

Problema: En cada uno de los siguientes casos, determine el signo de H y si la reacción es exotérmica o endotérmica, y dibuje un diagrama de entalpía para cada reacción.

a) CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O(g) + 802 kJ

b) Ba(OH)2 2H2O(s)+ 2 NH4SCN(s) + 62 kJ

Ba(SCN)2 (ac) + 2 NH3 (g) + 4 H2O(L)

Plan: Inspeccionamos cada ecuación para ver si el calor es un producto (exotérmico) o un reactivo (endotérmico) en la reacción. Para reacciones exotérmicas, los reactivos están sobre los productos en el diagrama de entalpía, el inverso aplica para reacciones endotérmicas. La flecha H siempre apunta de los reactivos a los productos.

.


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Dibujo de diagramas de entalpía y

Determinación del signo de H - II

Solución:

a) El calor está en el lado de los productos, por lo tanto, la reacción es exotérmica y H es negativo.

b) El calor está en el lado de los reactivos, por lo tanto, la reacción es endotérmica y

H es positivo.

CH4 (g) + 2O2 (g)

Reactivos

H

H = - 802 kJ

exotérmica

Productos

CO2 (g) + 2H2O(g)

Ba(SCN)2 (ac) + 2NH3 (g) + 4 H2O(L)

Productos

H = +62 kJ

endotérmica

H

.

Reactivos

Ba(OH)2 2H2O(s) + 2NH4SCN(s)


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Entalpías especiales en reacciones

Cuando un mol de una sustancia se combina con oxígeno en una reacción de combustión, el calor de la reacción es calor de combustión( Hcomb):

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O(g)

H = Hcomb

Cuando un mol de una sustancia se produce a partir de sus elementos, el calor de la reacción es el calor de formación( Hf ) :

H = Hf

Ca(s) + Cl2 (g) CaCl2 (s)

Cuando un mol de una sustancia se funde, el cambio de entalpía es el calor de fusión ( Hfus) :

H2O(s) H2O(L)

H = Hfus

Cuando un mol de una sustancia se evapora, el cambio de entalpía es el calor de evaporación( Hvap) :

H2O(L) H2O(g)

H = Hvap


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Calores de combustión (Hcomb) de algunos compuestos de carbono

Nombre (Fórmula)

Fórmula estructural

Hcomb (kJ/mol)

Hcomb (kJ/g)

Suma de enlaces C-C y C-H

Suma de enlaces C-O y O-H

Compuestos de dos carbonos

7

0

-1560

-51.88

Etano (C2H6)

Etanol (C2H5OH)

6

2

-1367

-29.67

Compuestos de un carbón

4

Metano (CH4)

0

-890

-55.5

3

-727

-22.7

2

Metanol (CH3OH)


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Calores de combustión de algunas grasas y carbohidratos

Sustancia Hcomb(kJ/mol)

Grasas

Aceite vegetal 37.0

Margarina 30.1

Mantequilla 30.0

Carbohidratos

Azúcar de mesa (sacarosa) 16.6

Arroz integral 14.9

Jarabe de maple 10.4


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Resumen de la relación entre cantidad (mol) de sustancia y el calor (kJ) transferido durante una reacción

Relación molar de la ecuación balanceada

Hreac(kJ/mol)

CANTIDAD (mol) del compuesto A

CANTIDAD (mol) del compuesto B

CALOR (kJ) ganado o perdido


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Ley de Hess de suma del calor

El cambio de entalpía de un proceso completo es la suma de los cambios de entalpía de sus pasos individuales

Ejemplo:

Problema: Calcule la energía involucrada en la oxidación del azufre elemental al trióxido de azufre de las siguientes reacciones:

1) S (s) + O2 (g) SO2 (g) H1 = -296.8 kJ

2) 2 SO2 (g) + O2 (g)2 SO3 (g)H2 = -198.4 kJ

3) S (s) + 3/2 O2 (g) SO3 (g) H3 = ?


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Ley de Hess de suma del calor - I

Para obtener la ecuación #3 debemos agregar la primera ecuación cuatro veces a la reacción #2, y sumarlas:

S (s) + O2 (g) SO2 (g) H1 = -296.8 kJ

+ 1/2 x [ SO2 (g) +1/2 O2 (g) SO3 (g)] 1/2 H2 = -99.2 kJ

S (s) + 3/2 O2 (g) + SO2 (g) SO2 (g) + SO3 (g)

H3 = -296.8

+(-99.2)

= -396.0 kJ

S (s) + 3/2 O2 (g) SO3 (g)

Hf (SO3) = -396.0 kJ/mol


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Aplicación de la ley de Hess: Formación de WC - I

Problema: Cual es la entalpía de reacción, H, para la formación de carburo de tungsteno, WC, de los elementos? Dadas las ecuaciones:

1) 2 W(s) + 3 O2 (g) 2 WO3 (s) H = -1680.6 kJ

2) C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) H = -393.5 kJ

3) 2 WC(s) + 5 O2 (g) 2 WO3 (s) + 2 CO2 (g) H = - 2391.6 kJ

Plan: Necesitamos reordenar las tres ecuaciones para poder sumarlas,

Y obtener la reacción para la formación del carburo de tungsteno a partir de los elementos.

Solución:

La ecuación para la producción de carburo de tungsteno de los elementos:

W(s) + C(grafito) WC(s) H = ?

Para obtener la formación, tendremos que cambiar la ecuación #3, que cambiará su H de negativo a positivo


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Aplicación de la ley de Hess: Formación de WC - II

Debemos agregar 1/2 de la ecuación #1 a la ecuación #2, después agregar 1/2 de la ecuación #3 inversa para obtener la ecuación completa deseada:

1/2 ecuación #1 W(s) + 3/2 O2 (g) WO3 (s) H = - 840.3 kJ

ecuación #2 C(grafito) + O2 (g) CO2 (g) H = - 393.5 kJ

1/2 ecuación #3 WO3 (s) + CO2 (g) WC(s) + 5/2 O2 (g)

inversa H = 1195.8 kJ

W(s) + C(grafito) WC(s)

H = - 38.0 kJ


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Elementos

Descomposición

Formación

Entalpía, H

Reactivos

H0reac

Productos

H0reac = m H0f(productos) + n H0f(reactivos)

El proceso general para determinar H0reac a partir de los valores de H0f

La combustión del metano ocurre con un decremento en la entalpía porque el calor deja el sistema . Por tanto H final < H inicial y el proceso es Exotérmico.

La fusión del hielo ocurre con un incremento en la entalpia porque el calor entra el sistema. Como H final > H inicial el proceso es endotermico


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

-45.9

90.3


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Calores de reacción de entalpías de formación estándares

Calcule Horxn a partir de los valores Hfo

Calculo Horxn :

4 Hfo [NO (g) + 6 Hfo [H2O (g) ) - ( 4 Hfo NH3 (g) ) + 5 Hfo O2 (g)

4NH3 (g) + 5 O2 (g)-----> 4 NO (g) + 6H2O (g)

Vemos los valores Hfo de la Tabla

4 mol (90.3) kJ/mol) + 6 mol (-241.8 kJ/mol)-(4mol (-45.9 kJ/mol) + 5 mol (0 kJ/mol))361 kJ - 1451 kJ + 184 kJ - 0 kJ = -906 kJ


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Calores de reacción de entalpías de formación estándares

Problema: El metanol (CH3OH) se usa como combustible en motores de alto rendimiento para autos de carreras. Usando los datos de las entalpías de formación, compare la entalpía de combustión estándar por gramo de metanol con la de la gasolina (considere que la gasolina es octano líquido, C8H18).

Plan: Escriba las ecuaciones para la combustión de ambos combustibles, encuentre las entalpías de formación de los compuestos, y encuentre el calor de combustión de cada combustible, y obtenga el calor por gramo.

Solución:

a) Metanol :

2 CH3OH(L) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 4 H2O (L)

Hocombustión = 2 x Hof[ CO2 (g)] + 4 x Hof[ H2O(L)] - 3 x Hof[ O2 (g)]

- 2 x Hof[ CH3OH(L)]


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

Calores de reacción de entalpías de formación estándares

a) Metanol - cont.

Hocombustión = 2 x ( - 394 kJ) + 4 x ( - 286 kJ)

- 3 x ( 0 kJ) - 2 x ( - 239kJ)

Hocombustión = - 1454 kJ dos moles de metanol pesan 2 x 32.0 g/mol

por tanto energía por gramo = -1454 kJ = -22.7 kJ/g

b) Octano :

64.0 g/mol

2 C8H18 (L) + 25 O2 (g) 16 CO2 (g) + 18 H2O(L)

Hocombustión = 16 x Hof[ CO2 (g)] + 18 x Hof[ H2O(L)]

- 2 x Hof[ C8H18 (L)] - 25 x Hof[O2 (g)]

Hocombustión = 16 x ( -394 kJ) + 18 x ( -286 kJ) - 2 x ( -296 kJ) - 1 x (0)

Dos moles de octano pesan

2 x 114.2 g/mol = 228.4 g

Hocombustión = - 1.09 x 104 kJ

Entonces energía por g = -10900 kJ = -47.8 kJ/g

228.4g


Termoqu mica flujo de energ a y cambio qu mico

FIN


  • Login