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Hola a todos,
Veréis, estaba practicando con ejercicios y me han surgido algunas dudas, agradecería mucho que me ayudarais con estos problemas que no me salen:

1. Calcula la variación de energía interna a 25ºC del proceso:
C_(grafito) + 2Cl₂  →  CCl₄
Dato: ΔHº_f [CCl₄] = -138,7 Kj/mol

Resultado: 133,8 Kj/mol


2. En la fermentación  alcohólica de la glucosa se obtiene etanol y dióxido de carbono. La ecuación química correspondiente es:

C₆H₁₂O_6(s)  →  2CO₂ + 2CH₃-CH₂OH_(l)

Calcula la entalpia estándard de reacción ΔHº_r a partir de los datos experimentales siguientes:

C₆H₁₂O_6(s) + 6O₂  →  6CO₂  +  6H₂O_(l)     ΔHº_r= -2813kJ/mol

2CH₃-CH₂OH_(l) + 3O₂  →   2CO₂ + 3H₂O   ΔHº_r= -1371kJ/mol

Resultado: -71 kJ/mol


Y por último este me da un resultado cercano, pero no sé en qué fallo:

3. Calcula la variación de energía interna para el siguiente proceso a 298K:

2C₆H₆ + 15O₂  →   12CO₂ + 6H₂O_(l)

Lo que yo he hecho ha sido usar la fórmula de ΔU= ΔH - ΔnRT (R=0,082) y me ha dado -6627,44 kJ/mol, pero tiene que dar -6595,6 kJ/mol en teoría.


Muchas gracias de antemano.

- Hola, Fenx:


Debemos considerar la reacción con los estados de agregación, además de ajustada:

C (s) + 2 Cl₂ (g) →  CCl₄ (l)

El tetracloruro de carbono es líquido a 25 ºC (pto de ebullición: 76,9 ºC : CCl₄ (Wiki)) )

La relación entre variación de entalpía y de energía interna viene dada por :

      ∆H = ∆U + ∆n·R·T  =>  ∆U = ∆H - ∆n·R·T

donde ∆n es la variación de los moles de los compuestos gaseosos que intervienen en la reacción: solo el cloro es gas.
Entonces ∆n = moles gases productos - moles gases reactivos = 0 - 2 = -2

R = 0,082 atm·L/(K·mol) = 8,31 J/(K·mol)

Entonces, para la formación de 1 mol de CCl₄:

∆U = ∆H - ∆n·R·T = -138,7 KJ - (-2)mol * 8,31·10^-3 KJ/(K·mol) * 298 K = - 133,75 KJ  por cada mol de CCl₄ obtenido

Es ∆U = -133,75 KJ/mol

Nada impide tomar el etanol en su fórmula molecular: 2CH3-CH2OH --> C₂H₆O  (facilita el ajuste).

I) C₆H₁₂O₆ (s)  →  2CO₂ (g) + 2 C₂H₆O (l)

La otras dos reacciones conocidas son:

II) C₆H₁₂O₆ (s) + 6 O₂  →  6 CO₂  +  6 H₂O (l)     ΔHºr= -2813kJ/mol

III) C₂H₆O (l) + 3 O₂  →   2 CO₂ + 3 H₂O   ΔHºr= -1371kJ/mol

Comprobamos el ajuste de todas las reacciones (te sobra el 2 del etanol en la III).

¿Podemos combinar las ecuaciones II Y III para obtener la I?

Necesitamos componer la ec. I, que necesita:
         1 mol de glucosa como reactivo: nos lo da la II en posición;  
         2 mol de CO₂ como producto: lo da la II en posición;
         2 mol de etanol como producto: la III da solo un mol en posición invertida, luego emplearemos la reacción  " -2·III "

Todos los demás compuestos muy seguramente se acomodarán solos a esta combinación de reacciones (tendremos que comprobarlo):  II - 2·III ---> I

La Ley de Hess afirma que el calor de una reacción es el mismo tanto si la reacción se verifica en una sola etapa como si se realiza indirectamente en varias etapas. Es decir, podemos combinar varias reacciones para obtener otra definitiva, y combinaremos en las mismas proporciones los calores intervinientes.
Sumamos la combinación, simplificamos y comprobamos que se obtiene la reacción I exactamente:

II)             C₆H₁₂O₆ (s) +6 O₂  →  6 2 CO₂  +  6 H₂O (l)
-2*III)     4 CO₂+ 6 H₂O → 2 C₂H₆O (l) + 6 O₂
-------------------------------------------------------------
              C₆H₁₂O₆ (s)  → 2 CO₂ (g) + 2 C₂H₆O (l)  es la reacción I.

La combinación II - 2·III ---> I es correcta, luego aplicando la Ley de Hess a los calores con la mismas proporciones:

ΔHºr (II) - 2 · ΔHºr (III) = ΔHºr (I)  =>

=> ΔHºr (I) = -2813kJ/mol - 2*(-1371kJ/mol) => ΔHºr (I) = - 71 KJ/mol

2 C₆H₆ + 15 O₂  →   12 CO₂ + 6 H₂O (l)

Supongamos que C6H6 es el benceno (isómeros del benceno, Baloo: ).
(Aquí sí vendría bien la fórmula desarrollada en vez de la molecular).

Falta la variación de entalpía de combustión del benceno. Vamos a tomarla de este problema: (Galilei):
∆Hº_r =  784,670 kcal/mol , calor de combustión del benceno. Puede que tu dato difiera algo de este.

                           4,18 J
  784,67 ·10³ cal  --------- = 3279,92 kJ => ∆Hº_r = - 3279,92 kJ/mol  (se desprende, luego ∆H< 0)
                            1 cal  
Es el mismo caso que el primero: comprobar los estados de agregación, ya que líquidos y sólidos no se cuentan en la variación de moles ∆n.

2 C₆H₆ (l) + 15 O₂ (g) →   12 CO₂ (g) + 6 H₂O (l)
(deberían indicarte las fases; si no, mira una tabla y recuerda que estamos a 298 K = 25ºC)

Y como en las películas: atención a todas las unidades  

Por el Primer Principio sabemos que ∆U = ∆H - ∆n·R·T
Aplicándolo a 2 mol de benceno:

∆U = - 3279,92*2 kJ - (12-15)mol * 8,31*10^-3 kJ/(mol·K) 298 K =>
=> ∆U = -6559,84 +7,43 => ∆U = -6552,41 KJ , es ∆U pedida para el proceso.

(No kJ/mol; de hecho se queman 2 moles de benceno en el proceso tal como hemos definido la reacción. Por cada mol sería -6552,41/2 = -3276,21 kJ)

Venga.

Muchas gracias Etxeberri! Los entendí a la perfección.