esempi di problemi di termochimica
calcolare entalpia di reazione spontanea conoscendo da tabella entalpie di formazione di reagenti e prodotti(kJ/mole) CaO(s) + H2O(l) -----> Ca(OH)2(s) DHr=? -635 -285 -982 DHr=(-982)-((-635)+(-285))=-62 kJ NaOH(s) + H2SO4(aq) ---> Na2SO4(s) +H2O(l) DHr=? 2NaOH(s) + H2SO4(aq) ---> Na2SO4(s) +2H2O(l) DHr=? 2(-426) 1(-811) 1(-1387) 2(-285) DHr=(-1954)-(-1663)=-291 KJ
calcolare il calore di reazione in funzione dei calori di formazione noti
CH4(g) + 2O2(g)----> CO2(g) + 2H2O(l)
1(-74.81) 2(0) 1(-393.5) 2(-285.8)
DH=DHp - DHr = [1(-393.5)+2(-285.8)]-[1(-74.81)+ 2(0)]=-890 kJ
calcolare entalpia di reazione applicando la legge di Hess
CO(g) + 0.5 O2(g) -----> CO2(g) DHr=?
C(s) + O2(g) -----> CO2(g) DHr=-94 kcal/m
C(s) + 0.5 O2(g) -----> CO(g) DHr=-26 kcal/m
sottraendo la seconda reazione dalla prima si ottiene
0.5 O2(g) -----> CO2(g) - CO(g) dalla quale si ha
CO(g) + 0.5 O2(g) -----> CO2(g) DHr=(-94)-(-26)=-68 kcal/m
calcolare la entalpia di
reazione applicando la legge di Hess
Cu(s) + 0.5 O2(g) ------> CuO(s) DHr=?
Cu2O(s) + 0.5 O2(g) --> 2CuO(s)................. DHr=-143 kJ
CuO(s) + Cu(s) --> Cu2O(s) ..........................DHr=-11.5
kJ
sommando le due reazioni e semplificando si ha
Cu2O + 0.5 O2 + CuO + Cu ---> 2CuO + Cu2O
Cu(s) + 0.5 O2(g) -----------------> CuO(s) ......DHr=(-143)+(-11.5)=-155kJ
calcolare entalpia di reazione in funzione della entalpia di legame 3H2(g) + N2(g) ----->2NH3(g) DHr=? 3(+436) 1(+945) 2*3(-449) DHr=-441 kJ energia da fornire per rompere legami H-H e N-N (+2253 kJ) energia liberata nella formazione di legami N-H (-2694 kJ)
calcolare il calore di formazione in funzione di calore di reazione noto
e di calore di formazione di alcune sostanze
CH4(g) + 2O2(g)----> CO2(g) + 2H2O(l) DHr=-890 Kj
X 2(0) 1(-393.5) 2(-285.8)
DH=DHp - DHr = [1(-393.5)+2(-285.8)]-[1(X)+ 2(0)]=-890 kJ
(-393.5 - 571.6)+ 890 = X = -74.8 kJ/m
calcolare il calore di reazione in funzione della energia di legame nota
2H2(g) + O2(g) ---->2H2O(l)
2(H-H) 1(O=O) 4(H-O)
2(436) 1(497) 4(492)
assorbita(+) ceduta(-)
DHr = energia assorbita+energia ceduta= [(2*436)+1*497)]+(-4*492)=-599 kJ
calcolare il calore di formazione in funzione del calore di combustione
applicando la legge di Hess
CH4(g) + 2O2(g) -----> CO2(g) + 2H2O(l) DH=-890 kJ
C(s) + O2(g) -----> CO2(g) DH=-393 kJ
2H2(g) + O2(g) -----> 2H2O(l) DH=-571 kJ
sottraendo la prima equazione dalla somma delle altre due e semplificando
si ottiene(omessi i segni di stato...)
C + O2 + 2H2 + O2 - CH4 -2O2 ----> CO2 + 2H2O - CO2 - 2H2O
C(s) + 2H2(g) -----> CH4(g) DH=[(-571)+(-393)]-(-890)=-75 kJ
calcolare il calore di formazione in funzione dei calori di formazione
e di combustione
CH4(g) + 2O2(g) -----> CO2(g) + 2H2O(l) DH=-890 kJ
X 0 -393 2(-285)
DH=[(-393)+(-2*285)]-(X+0)
X = -393 -2*285 + 890 = -75 kJ
determinare se la reazione risulta spontanea in funzione dei dati forniti N2O4(g) ------> 2NO2(g) DH=57.2 kJ/m DS=4.8 J/mK=0.0048 kJ/mK T=298°K DG = DH -T*DS = 57.2kJ/m - 298K*0.0048 kJ/mK =55.8 kJ/m non spontanea 2NO2(g) -------> N2O4(g) risulterą spontanea la inversa determinare la DG della reazione in funzione di dati forniti DH<0 e DS>0 ----> DG<0 favorita da entrambi i valori H2(g) + Cl2(g) -----> 2 HCl 0 0 2*(-22) DH=-44 kcal 31 53 2*(44) DS= 4 cal/mK=0.004 kcal/mK T= 298K DG=DH-T*DS=-44 -298*(0.004)=-45.6 kcal
determinare la DG con DH<0 e DS<0 ------>DG f(T)
C2H5OH(l) + 3O2(g) ---> 2CO2(g) + 3H2O(l)
-66.4 0 2(-94) 3(-68) DH=-326 kcal
38 3(49) 2(51) 3(17) DS=-33 cal/mK=-0.033 kcal/mK
T=298K
DG= DH - T*DS = -326 - 298*(-0.033)= -316 kcal
energia libera e dipendenza dalla temperatura 1.5 H2(g) + 0.5 N2(g) ------> NH3(g) DH= -11.000 cal/m favorevole DS= -23.5 cal/mK sfavorevole T=298K DG=DH-T*DS=-11.000 -298(-23.5)=-3997 cal/m la reazione risulta spontanea perchč prevale la DH < 0 sulla DS<0 T=470K DG=DH-T*DS=-11.000 -470(-23.5)=-11000+11045=+45 cal/m la reazione risulta non spontanea perchč prevale la diminuzione di entropia rispetto alla DH <O energia libera e importanza della temperatura
CaSO4(s) -----> CaO(s) + CO2(g) DH=42500 cal/m sfavorevole DS=38.4 cal/mK favorevole T=298K DG=DH-T*DS= 42500-298*38,4= 31.000 cal/m prevale effetto negativo della Entalpia su quello favorevole della Entropia T=1100K DG=DH-T*DS=42500 -1100*38.4=-260 cal/m prevale effetto della entropia sulla entalpia
esempi di soluzione non numerica
calcolo della entalpia di reazione in funzione delle entalpie di formazione note,ricavabili da apposite tabelle a + b ----> ab DHfa DHfb DHfab DHr=(DHfab)-(DHfa + DHfb) calcolo della entalpia di reazione in funzione delle entalpie di legame note,ricavabili da apposite tabelle (segno + se assorbita per rompere legame) (segno - se ceduta per formare legame) a-a + b-b -----> 2 (a-b) DHa-a DHb-b 2 (DHa-b) DHr=(+DHa-a)+(+DHb-b)+(-2(DHa-b)) calcolo della entalpia di formazione in funzione di entalpia di reazione e formazione note a + b ---> ab DHr=nota X DHfb DHfab DHr=(DHfab)-(x+DHfb) X = DHfab - DHfb - DHr calcolo della entalpia di legame in funzione di entalpia di reazione a-a + b-b ----> 2(a-b) DHr=nota X DHb-b 2(DHa-b) assorbita ceduta DHr=somma algebrica energia assorbita e ceduta DHr=(X + DHb-b)+(-2(DHa-b)) X =DHr - DHb-b + 2(DHa-b) calcolo della entalpia di formazione,di reazione,per reazioni che non si possono facilmente eseguire:si ricorre alla legge di Hess,sfruttando opportunamente delle reazioni con valori di entalpia noti,e combinandole in modo da ottenere mediante opportune semplificazioni e modifiche la reazione che interessa