Balance de materia, energía y entropia

1. Conservación de Masa y Energía
Entropía
Universidad Nacional Autónoma de México
Colegio de Ciencias y Humanidades
Plantel “Oriente
I.Q. Ramón Monreal Vera Romero
Profesor Asociado de T.C.

2. Balance de Materia

3. Calculo de Masa
• Se tiene 40 g de C₃H₈. Calcula numero
de moles, gramos de cada sustancia,
entalpía y entropía. Establece si se
cumple la ley de la conservación de la
materia, ¿reacción química endotérmica o
exotérmica? Y ¿reacción química
espontanea o no espontanea?
C₃H₈ + O₂  CO₂ + H₂O

4. Calculo de Masa
C₃H₈ + O₂  CO₂ + H₂O
Balancear la reacción química, iniciando
con aquellos elementos que menos se
repiten:
– Carbono
– Hidrogeno
– Oxígeno

5. Calculo de Masa
C₃H₈ + O₂  CO₂ + H₂O
Se tienen tres carbonos en reactivos y
solamente uno en productos. ¿Qué número
ponemos de coeficiente para tener dos
carbonos?
C₃H₈ + O ₂  3CO ₂ + H ₂ O

6. Calculo de Masa
C₃H₈ + O₂  3CO₂ + H₂O
• Se tienen ocho hidrógenos en reactivos y
solamente dos en productos. ¿Qué
número ponemos de coeficiente para
tener seis hidrógeno?
C₃H₈ + O₂  3CO₂ + 4H₂O

7. Calculo de Masa
C₃H₈ + O₂  3CO₂ + 4H₂O
• Se tienen dos oxígenos en reactivos y (6
y 4) diez en productos. ¿Qué número
ponemos de coeficiente para tener diez
oxígeno?
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O

8. Calculo de Masa
Reacción Química Balanceada
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O

9. Calculo de Masa
Formula C₃H₈
Elemento Numero
de átomos
Masa
Atómica
Total
Carbono 3 32 uma 36 uma
Hidrógeno 8 1 uma 8 uma
Masa
Molecular
44 uma

10. Calculo de Masa
Formula O₂
Elemento Numero
de átomos
Masa
Atómica
Total
Oxígeno 2 16 uma 32 uma
Masa
Molecular
32 uma

11. Calculo de Masa
Formula CO₂
Elemento Numero
de átomos
Masa
Atómica
Total
Carbono 1 12 uma 12 uma
Oxígeno 2 16 uma 32 uma
Masa
Molecular
44 uma

12. Calculo de Masa
Formula H₂O
Elemento Numero de
átomos
Masa
Atómica
Total
Hidrógeno 2 1 uma 2 uma
Oxígeno 1 16 uma 16 uma
Masa
Molecular
18 uma

13. Calculo de Masa
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44
uma
32
uma
44
uma
18
uma
Relación mol 1 5 3 4
Masa 40 g ? ? ?
Numero de
moles
? ? ? ?

14. Calculo de Masa
• 40 g C₃H₈
1 𝑚𝑜𝑙
44 𝑔
= 0.909 𝑚𝑜𝑙
• Una mol de C₃H₈ es de 44 gramos, por lo
tanto como se tiene 40 gramos debe ser
menor de 1 mol.

15. Calculo de Masa
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44
uma
32
uma
44
uma
18
uma
Relación mol 1 5 3 4
Masa 40 g ? ? ?
Numero de
moles
0.909
mol
? ? ?

16. Calculo de Masa
• Con la relación molar se obtiene las moles de las
sustancias faltantes
• 0.909 mol C₃H₈
5 𝑚𝑜𝑙O₂
1 mol C₃H₈
= 4.545 𝑚𝑜𝑙O₂
0.909 mol C₃H₈
3 𝑚𝑜𝑙CO₂
1 mol C₃H₈
= 2.727 𝑚𝑜𝑙 CO₂
0.909 mol C₃H₈
4 𝑚𝑜𝑙 H₂O
1 mol C₃H₈
= 3.636 𝑚𝑜𝑙 H₂O
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación mol 1 5 3 4

17. Calculo de Masa
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44
uma
32
uma
44
uma
18
uma
Relación mol 1 5 3 4
Masa 40 g ? ? ?
Numero de
moles
0.909
mol
4.545
mol
2.727
mol
3.636
mol

18. Calculo de Masa
Con las moles y la masa molecular se obtiene la masa de
cada sustancia
4.545 𝑚𝑜𝑙O₂
32 𝑔
1 molO₂
= 145.44 g de O₂
2.727 mol CO₂
44 𝑔 CO₂
1mol CO₂
= 119.988 𝑔 𝑑𝑒 CO₂
3.636 mol H₂O
18 𝑔 H₂O
1 mol H₂O
= 65.448𝑚𝑜𝑙
C₃H₈ + 5O₂ 3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44 uma 32 uma 44 uma 18 uma
Numero de
moles
0.909 mol 5.545 mol 2.727 mol 3.636 mol

19. Calculo de Masa
• Se suman masa de reactivos y de productos
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44
uma
32 uma 44
uma
18
uma
Relación mol 1 5 3 4
Masa 40 g 145.44 g 119.988 𝑔 65.448
Numero de
moles
0.909
mol
4.545
mol
2.727 mol 3.636
mol

20. Calculo de Masa
• Suma de reactivos:
• 40 g + 145.44 g = 185.44 g
• Suma de productos:
• 119.988 g +65.448 = 185.436 g
• La masa de reactivos es igual la masa de los
productos, se cumple la ley de la conservación de la
materia.
C₃H₈ + 5O₂ 3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44 uma 32 uma 44 uma 18 uma
Masa 40 g 145.44 g 119.988 𝑔 65.448

21. Calculo de Masa
• Se suman masa de reactivos y de productos
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Masa
Molecular
44
uma
32 uma 44
uma
18
uma
Relación mol 1 5 3 4
Masa 40 g 145.44 g 119.988 𝑔 65.448
Numero de
moles
0.909
mol
4.545
mol
2.727 mol 3.636
mol
185.44 g 185.436

22. Balance de Energía

23. Calculo de Energía
Reacción Química Balanceada
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O

24. Calculo de Energía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación mol 1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 ? ? ?

25. Calculo de Energía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación mol 1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 -103.85 ? ? ?

26. Calculo de Energía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 -103.85 0 ? ?

27. Calculo de Energía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 -103.85 0 393.51 ?

28. Calculo de Energía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 -103.85 0 393.51 241.82

29. Calculo de Energía
• Calculo de entalpia por compuesto:
• -103.85 Kj/mol (1) = -103.85 Kj/mol
• 0 Kj/mol (5) = 0.00 Kj/mol
• -393.51 Kj/mol (3)= -1180.53 Kj/mol
• -241-82 Kj/mol (4)= - 967.28 Kj/mol
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 - 103.85 0 -393.51 -241.82
Entalpia
por
compuesto
-103.85 0.00 -1180.53 -967.28

30. Calculo de Energía
• Totales:
• Reactivos =-103.85 Kj/mol + 0 =-103.85 Kj/mol
• Productos =-241.82 Kj/mol -967.28 Kj/mol = -1209.10 Kj/mol
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 - 103.85 0 -393.51 -241.82
Entalpia
por
compuesto
-103.85 0.00 -1180.53 -967.28
Total Reactivos Productos
-103.85 Kj/mol -1209.10 Kj/mol

31. Calculo de Energía
-1209.10 -103.85 0
Recta numérica -1209.10 está más a la izquierda, por lo tanto es menor
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 - 103.85 0 -393.51 -241.82
Entalpia
por
compuesto
-103.85 0.00 -1180.53 -967.28
Total Reactivos Productos
-103.85 Kj/mol -1209.10 Kj/mol
La entalpia disminuye -103.85 Kj/mol > -1209.10 Kj/mol

32. Calculo de Energía
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = Δ𝐻 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = ( ) 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 −( ) 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = (−1209.10𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙) 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − −103.85𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = −1209.10𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙 + 103.85 𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = −1105.25 𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙
El cambio de entalpía es de -1105.25 kj/mol
Interpretación: perdio 1105.25 Kj/mol de entalpia por lo tanto es EXOTÉRMICA
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Entalpia
por
compuesto
-103.85 0.00 -1180.53 -967.28
Total Reactivos Productos
-103.85 Kj/mol -1209.10 Kj/mol
La entalpia disminuye -103.85 Kj/mol > -1209.10 Kj/mol

33. Balance de Entropía

34. Calculo de Entropía
Reacción Química Balanceada
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O

35. Calculo de Entropía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación mol 1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 ? ? ?

36. Calculo de Entropía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación mol 1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 ? ? ?

37. Calculo de Entropía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 ? ?

38. Calculo de Entropía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 213.74 ?

39. Calculo de Entropía
• Se obtienen los valores de entalpia de
formación estándar de las tablas.
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 213.74 188.83

40. Calculo de Entropía
• Calculo de entalpia por compuesto:
• 269.91 Kj/mol (1) = 269.91 Kj/mol K
• 205.13 Kj/mol (5) = 1025.65 Kj/mol K
• 213.74 Kj/mol (3)= 641.22 Kj/mol K
• 188.83 Kj/mol (4)= 755.32 Kj/mol K
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 213.74 188.83
Entalpia
por
compuesto
269.91 1025.65 641.22 755.32

41. Calculo de Entropía
• Totales:
• Reactivos=269.91Kj/molK+1025.65Kj/mol K =1295.56 Kj/molK
• Productos =641.22 Kj/molK+755.32Kj/molK = 1396.54Kj/molK
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 213.74 188.83
Entalpia
por
compuesto
269.91 1025.65 641.22 755.32
Total Reactivos Productos
1295.56 Kj/mol K 1396.54 Kj/mol K

42. Calculo de Entropía
0 1295.56 1396.54
Recta numérica 1396.54 está más a la derecha, por lo tanto es mayor
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Relación
mol
1 5 3 4
Δ𝐻𝑓
𝑜 269.91 205.13 213.74 188.83
Entalpia
por
compuesto
269.91 1025.65 641.22 755.32
Total Reactivos Productos
1295.56 Kj/mol K 1396.54 Kj/mol K
La entropía aumenta 1295.56 Kj/molK < 1396.54 Kj/molK

43. Calculo de Entropía
Δ𝑆 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = Δ𝑆 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − Δ𝑆 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝑆 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = ( ) 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 −( ) 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝑆 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = (1396.56𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙𝐾) 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − 1295.56𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙𝐾 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠
Δ𝐻 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = 1396.54𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙𝐾- 1295.56𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙𝐾
Δ𝑆 𝑅𝑒𝑎𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑄𝑢í𝑚𝑖𝑐𝑎 = 100.98 𝐾𝑗/𝑚𝑜𝑙𝐾
El cambio de entropía es de 100.98 kj/molK
Interpretación: gano 100.98 Kj/molK de entropia por lo tanto es ESPONTANEA
C₃H₈ + 5O₂  3CO₂ + 4H₂O
Entalpia
por
compuesto
269.91 1025.65 641.22 755.32
Total Reactivos Productos
1295.56 Kj/mol K 1396.54 Kj/mol K
La entropía aumenta 1295.56 Kj/molK < 1396.54 Kj/molK