Examen de química de termodinámica y cinética.

1. Código: R-EDU01-02-27 Versión: 1.0 Aprobado por: Luis Fernández Aprobado el: 15/09/11
Curso 2º BAC Asignatura QUÍMICA Evaluación 1ª EVALUACIÓN
Fecha 13-11-2015 Profesor Carmen Jiménez Alonso Recuperación
En cada pregunta constará la puntuación máxima que el alumno puede conseguir y se archivará un modelo de este examen.
1ª Pregunta.- (2p)
Se determinó experimentalmente que la reacción 2A + B  P sigue la ecuación de velocidad: v = K [B]2
.
Conteste razonadamente si las siguientes proposiciones son verdaderas o falsas.
a) La velocidad de desaparición de B es la mitad de la velocidad de formación de P
b) Las unidades de la constante cinética son s-1
c) El valor de la constante de velocidad es función solamente de la concentración inicial de B
d) Puesto que la reacción que nos dan es la reacción elemental, el orden del proceso es tres.
SOLUCIÓN
a) FALSO. La relación entre la desaparición de B y la aparición de P es de mol a mol, por tanto la
velocidad será la misma.
b) FALSO. Si en la ecuación de velocidad despejamos la K, tendremos:
V mol·L-1
·s-1
K = = = L·mol-1
·s-1
[B]2
mol2
·L-2
c) FALSO. La constante de velocidad solo depende de la temperatura.
d) FALSO. La reacción que nos dan no es la elemental, el orden viene definido en la ecuación de
velocidad por el exponente de las concentraciones, por tanto es dos.
2ª Pregunta.- (2p)
El diagrama energético adjunto corresponde a una reacción química, donde todos son gases: A  B + C,
para la cual AS = 60 J·K-1
y el valor absoluto de la variación de entalpía es AH = 45 KJ.
a) Justifique el signo de AS y si la reacción es espontánea
a 25 ºC (1,5p) H (KJ)
b) Indique si un aumento de temperatura aumentará
más la velocidad de la reacción directa A B + C o A
de la reacción inversa B + C A (0,5p)
B + C
reacción
SOLUCIÓN
a) Aumenta el número de moles de gas en la zona de los productos, por tanto aumenta el
desorden, es decir, aumenta la entropía (AS>0).
Por tanto tenemos un proceso químico que es exotérmico (AH = -45KJ) y que va a desorden,
este proceso será espontáneo a cualquier temperatura, como demostraremos con la fórmula
AG = AH – T AS  AG = (-) - [(+)·(+)]  AG = (-) + (-) = (-) AG < 0
Por tanto, el proceso será espontáneo a 25 ºC
Nombre del alumno
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b) La reacción directa según se ve en la gráfica es exotérmica, la inversa por tanto será
endotérmica. Un aumento de la temperatura, aumentará más la velocidad de la reacción
endotérmica
3ª Pregunta.- (2p)
Formule la reacción completa e indique el nombre de todas las sustancias que intervienen:
a) Reducción de 3-metilbutanona para obtener un alcohol secundario.
b) Oxidación fuerte del etanol.
c) Reducción del aldehído de 4 átomos de carbono.
d) La oxidación del alcohol secundario de 3 átomos de carbono.
SOLUCIÓN
a) CH3 – CO – CH – CH3 CH3 – CHOH – CH – CH3
CH3 CH3
3-metilbutanona 3-metil-2-butanol
2 H+
+ C5H10O + 2 e-
C5H10O
reducción
b) CH3 – CH2OH CH3 - COOH
Etanol Etanoico
H2O + C2H6O - 4 e-
C2H4O2 + 4 H+
Oxidación
c) CH3 – CH2 – CH2 – CHO CH3 – CH2 – CH2 – CH2OH
Butanal Butanol
2 H+
+ C4H8O + 2 e-
C4H10O
Reducción
d) CH3 – CHOH – CH3 CH3 – CO – CH3
2-propanol Propanona
C3H8O - 2e-
C3H6O + 2H+
Oxidación
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4ª Pregunta.- (2p)
La levadura y otros microorganismos fermentan la glucosa a etanol y dióxido de carbono:
C6H12O6 (s) 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)
a) Aplicando la ley de Hess, calcule la entalpía estándar de la reacción (0,75p)
b) Calcule la energía desprendida en la obtención de 4,6 gramos de etanol a partir de la
glucosa(0,5p)
c) ¿Para qué temperaturas será espontánea la reacción? Razone la respuesta(0,75p)
DATOS: Entalpías de combustión estándar (KJ·mol-1
): glucosa = -2813; etanol= -1367
Masas atómicas: C=12; H=1; O=16
SOLUCIÓN
a) C6H12O6 (s) 2 C2H5OH (l) + 2 CO2 (g)
DATOS: I) C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O AHº = -2813 KJ·mol-1
II) -2·(C2H5OH + 3 O2 2 CO2 + 3 H2O) AHº = -1367 KJ·mol-1
· (-2)
C6H12O6 + 6 O2 + 4 CO2 + 6 H2O 6 CO2 + 6 H2O + 2 C2H5OH + 6O2
2 CO2
Tachando, nos queda al final la reacción problema: C6H12O6 (s) 2 C2H5OH (l) + 2
CO2 (g), por tanto AH reacción = -2813 KJ + 2734 KJ = - 79 KJ: AH reacción = - 79 KJ
b)
MM C6H12O6 = 180 g · mol-1
; MM C2H5OH = 46 g · mol-1
1 mol etanol - 79 KJ
4,6 g. etanol · · = - 3,95 KJ
46 g. etanol 2 moles etanol
c)
Si nos fijamos en la reacción se pasa de orden (sólido) desorden (gas), por
tanto aumenta la entropía (AS>0).
Si ahora analizamos los signos de los procesos entálpico y entropico en la energía libre,
tendremos:
AG = AH – T AS  AG = (-) - [(+) · (+)]  AG = (-) - (+) AG = (-) + (-) = (-)  AG<0
Por tanto este proceso será espontáneo a cualquier temperatura
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5ª Pregunta.- (2p)
Sea la reacción: CH3 – CH = CH2 (g) + HBr (g) Producto (g)
a) Complete la reacción e indique el nombre de los reactivos y del producto mayoritario (0,5p)
b) Calcule AHº e AUº del proceso (0,75p)
c) Calcule la temperatura a la que la reacción será espontánea (0,75p)
Datos. R = 8,31 J·K-1
·mol-1
; ASº (reacción) = -114,5 J·K-1
·mol-1
; AHºf (CH3 – CH = CH2) = 20,4 KJ·mol-
1
;
AHºf (HBr) = - 36,4 KJ·mol-1
; AHºf (producto mayoritario) = - 95,6 KJ·mol-1
SOLUCIÓN
a)
CH3 – CH = CH2 (g) + HBr (g) CH3 – CHBr – CH3
Propeno Bromuro de hidrógeno 2-bromopropano
b) AHº reacción = Σ n · AHºf productos – Σ n · AHºf reactivos = -95,6 KJ – ( 20,4 KJ -36,4 KJ)
AHº reacción = - 79,6 KJ
AHº = AUº + W; AHº = AUº + An·R·T  -79,6 KJ = AUº + (-1) mol · 8,31·10-3
KJ·mol-1
K-1
· 298 K
-79,6 KJ = AUº - 2,476 KJ  AUº = -77,124 KJ
c) Para responder a este apartado debemos primero calcular la temperatura de equilibrio
(AGº = 0); AGº = AHº - T·ASº  0 = AHº - T·ASº. Despejamos la temperatura :
AHº -79,6 KJ·mol-1
T = = = 695,196 = 695,2 K (Temperatura de equilibrio)
ASº -114,5·10-3
KJ·mol-1
·K-1
Para que el proceso sea espontáneo AG<0, por tanto es necesario que AHº > T· ASº , es
decir, interesa que la temperatura baje, por tanto, a temperaturas inferiores a 695,2 K
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