SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA

1. Dada la reacción exotérmica C(s) + 2Cl2(g) → CCl4(l) indica, razonadamente, cuál será el signo

de ΔH, ΔS y ΔG del proceso.

2. Justifica, razonadamente, si los siguientes procesos representan un aumento o una

disminución de entropía del sistema: a) Ca(s) + 12 O2(g) → CaO(s) b) CaCO3(s) → CaO(s) +

CO2(g) c) N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g) d) H2O(s) → H2O(l)

3. Para las reacciones siguientes: HCl(g) + NH3(g) → NH4Cl(s) ΔH° < 0, CaCO3(s) → CaO(s) +

CO2(g) ΔH° > 0, NH4NO2(s) → N2(g) + 2H2O(g) ΔH° < 0 a) Indica, justificadamente, el signo de

ΔS°. b) Razona en qué condiciones estas reacciones serán espontáneas.

4. Hoy en día, para rebajar la dependencia respecto a los combustibles fósiles, se estudian y

desarrollan motores a base de pilas de combustible alimentadas con hidrógeno. Éstas, se

fundamentan en la reacción global siguiente: H2(g) + 12 O2(g) → H2O(l) . a) Razona el signo de ΔS

y de ΔH de esta reacción. b) Utilizando la ley de Hess, calcula la ΔHf° de 1 mol de agua gas a

100 °C. Datos: ΔH°(H2O(l)) = -285,8 kJ/mol, Ce(agua) = 4,18 J/gK, entalpía de vaporización del

agua a 100 °C = 40,66 kJ/mol, H:1, O:16.

5. El proceso químico de oxidación de la glucosa transfiere energía al cuerpo humano:

C6H12O6(s) + 6O2(g) → 6H2O(l) + 6CO2(g)

En este proceso, a 25°C: ΔH° = -2808 kJ/mol y ΔS° = 182 J/kmol. a) Determina la energía libre

que se obtiene, a 37°C, cuando tomamos una cucharada de glucosa (10 g), suponiendo que las

magnitudes ΔH° y ΔS° no varían con la temperatura. b) ¿Por qué esta reacción de oxidación de

la glucosa, a 37 °C, puede transferir energía al cuerpo humano? C:12, H:1, O:16.

6. El tetraóxido de dinitrógeno se descompone en dióxido de nitrógeno según la reacción

siguiente: N2O4(g) → 2NO2(g). A partir de la figura, contesta razonadamente las preguntas:

a) ¿Qué signo tendrán la variación de entalpía estándar y la variación de entropía estándar de

la reacción de disociación del N2O4 en NO2 a 25 °C? b) ¿Cuándo será espontánea la reacción, a

temperaturas altas o a temperaturas bajas? Suponer que ΔH° y ΔS° no varían con la

temperatura.

7. El dióxido de nitrógeno se puede formar a partir del monóxido de nitrógeno, a 298 K, según

la reacción siguiente: 2NO(g) + O2(g) → 2NO2(g) ΔH° = -114,14 kJ . a) Razona si la reacción será

espontánea en condiciones estándar y a 298 K. b) Calcula el calor a presión constante que se

desprenderá al reaccionar 5 L de monóxido de nitrógeno, medidos a 298 K y 1 atm, con un

exceso de oxígeno. R = 8,31 J/Kmol = 0,082 atmL/molK.

8. Las reacciones de combustión del carbono grafito, del hidrógeno y del metano son:

a) Calcula la entalpía estándar de formación del metano a 298,15 K. b) Deduce si la reacción

de combustión del metano será espontánea o no a 298,15 K. Datos:

9. El carbonato de calcio se descompone, en condiciones estándar y a 25°C, según la reacción

siguiente: CaCO3(s) ⇄ CaO(s) + CO2(g) ΔH° = 178 kJ/mol . Si la entropía estándar de esta

reacción (ΔS°) es 165 J/Kmol : a) Calcula la energía libre estándar de la reacción a 25 °C. Razona

si la reacción es espontánea en estas condiciones. b) ¿Qué temperatura se ha de alcanzar para

que el CaCO3 sólido se descomponga en condiciones estándar? Considera que ΔS° y ΔH° no

varían con la temperatura.

10. Una de las formas de eliminar el dióxido de azufre de los gases de combustión consiste en

hacerlos pasar a través de óxido de calcio para convertirlos en sulfato de calcio. Según los

datos termodinámicos de la tabla a 25 °C:

a) Calcula los valores de ΔH°, ΔS° y ΔG° para la reacción comentada. b) Indica la temperatura

máxima a la que se puede trabajar para evitar la descomposición del sulfito de calcio,

suponiendo que ΔH° y ΔS° sean constantes.

Sustancia ΔH° (kJ/mol) S°(J/Kmol)SO2 -297 248,2CaO -635 40CaSO3 -1020 127,5

11. El cloroetano se puede obtener industrialmente mediante dos procesos diferentes:

a) C2H6(g) + Cl2(g) → C2H5Cl(g) + HCl(g) b) C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g). Para la primera

reacción ΔS° = 2,09 J/Kmol y, para la segunda, ΔS° = -128,6 J/Kmol. Si las entalpías estándar de

formación para el cloroetano, ácido clorhídrico, etano y eteno son, respectivamente, -104,9

kJ/mol, -92,3 kJ/mol, -84,7 kJ/mol y 52,3 kJ/mol: a) Calcula la variación de entalpía para cada

una de las reacciones. b) Indica, justificadamente, cuál de los dos procesos se espera que sea

termodinámicamente más favorable.

12. A través de la fotosíntesis, los vegetales fabrican azúcares a partir del agua y el dióxido de

carbono del aire según la reacción simplificada siguiente:6CO2(g)+ 6H2O(l)→C6H12O6(s) + 6O2(g)

a) Calcula ΔH° de esta reacción. b) Calcula ΔS° de esta reacción y justifica, utilizando criterios

termodinámicos, por qué es imposible que los vegetales puedan hacer la fotosíntesis, en

condiciones estándar a 25 °C, sin una aportación de energía desde una fuente externa. c) La

combustión regulada de los azúcares es la fuente de energía más importante en los seres

vivos. Calcula la ΔH correspondiente a la combustión de 25 g de glucosa, en condiciones

estándar a 25 °C, y razona si la combustión de la glucosa será un proceso espontáneo o no

desde el punto de vista termodinámico. Explica por qué la glucosa no entra en combustión de

forma espontánea. C:12, H:1, O:16