QuímicaFácil2,5 pts

Termoquímica y entalpías de reacción

Cataluña · 2022 · Junio

Enunciado

El benceno (

\text{C}_6\text{H}_6

) es un hidrocarburo peligroso, ya que emite vapores tóxicos que pueden producir cáncer. Se pueden producir trazas de benceno en la combustión incompleta de materiales ricos en carbono, como en las erupciones volcánicas y en los incendios forestales, y es un componente del humo de los cigarrillos. La reacción de combustión del benceno es la siguiente:

\text{C}_6\text{H}_6\text{(l)} + \frac{15}{2}\,\text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 6\,\text{CO}_2\text{(g)} + 3\,\text{H}_2\text{O(l)}

a) (1,25 puntos) Calcule el calor a presión constante que se liberará en la combustión de

20\ \text{kg}

de benceno líquido en condiciones estándar.

b) (1,25 puntos) El benceno es un hidrocarburo que se puede vaporizar en condiciones estándar a

25\ ^\circ\text{C}

. Explique qué es la entalpía de vaporización de una sustancia y calcule la entalpía molar de vaporización del benceno líquido en condiciones estándar y a

25\ ^\circ\text{C}

. ¿Cuál será la energía en forma de calor, a presión constante, necesaria para vaporizar

1\ \text{kg}

de benceno?

Datos: Masas atómicas relativas:

\text{H} = 1{,}0

;

\text{C} = 12{,}0

. Entalpías estándar de formación a

298\ \text{K}

Sustancia	$\text{H}_2\text{O(l)}$	$\text{CO}_2\text{(g)}$	$\text{C}_6\text{H}_6\text{(l)}$	$\text{C}_6\text{H}_6\text{(g)}$
$\Delta H_f^\circ\ (\text{kJ mol}^{-1})$	$-286$	$-394$	$49$	$83$

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Resultado

\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = -3271\ \text{kJ mol}^{-1}

; en la combustión de 20 kg de benceno se liberan

838\,717\ \text{kJ}

.

b)

\Delta H^0_{\text{vaporización}} = 34\ \text{kJ mol}^{-1}

; para vaporizar 1 kg de benceno hacen falta

435{,}90\ \text{kJ}

Ver la solución oficialla corrección de la PAU, con los puntos de cada paso

Solución oficial

Corrección oficial de la PAU de Cataluña (Generalitat de Catalunya), traducida del catalán. Las puntuaciones de cada paso son las de la pauta de corrección.

\text{C}_6\text{H}_6\text{(l)} + 15/2\ \text{O}_2\text{(g)} \rightarrow 6\,\text{CO}_2\text{(g)} + 3\,\text{H}_2\text{O(l)}

Cálculo del calor de combustión a presión constante

0,25 p. A presión constante

\Rightarrow q_p = \Delta H^\circ_{\text{reacción}}

Calculamos la entalpía estándar de la reacción:

0,10 p.

\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = \left(\sum n_p\,\Delta H^\circ_{f\ \text{productos}}\right) - \left(\sum n_r\,\Delta H^\circ_{f\ \text{reactivos}}\right)

0,10 p.

\left(\sum n_p\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{productos}}\right) = \left[(6\times\Delta H^\circ_{f,\,\text{CO}_2}) + (3\times\Delta H^\circ_{f,\,\text{H}_2\text{O}})\right]

0,10 p.

\left(\sum n_r\,\Delta H^\circ_{f,\ \text{reactivos}}\right) = \left[(1\times\Delta H^\circ_{f,\,\text{C}_6\text{H}_6})\right]

0,40 p.

\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = \left[6\times(-394\ \text{kJ mol}^{-1}) + 3\times(-286\ \text{kJ mol}^{-1})\right] - \left[1\times(49\ \text{kJ mol}^{-1})\right]

\Delta H^\circ_{\text{reacción}} = -3271\ \text{kJ mol}^{-1}

Si no ponen unidades (o son erróneas), se penalizará con 0,1 p.

0,30 p. Calculamos el calor liberado en la combustión de 20 kg de benceno.

Moles de benceno: masa molecular del benceno:

12\times 6 + 1\times 6 = 78\ \text{g mol}^{-1}

20\ \text{kg benceno}\ \frac{1000\ \text{g}}{1\ \text{kg}}\ \frac{1\ \text{mol benceno}}{78\ \text{g}} = \mathbf{256{,}41\ mol\ benceno}

Calor de combustión:

256{,}41\ \text{mol benceno}\ \frac{-3271\ \text{kJ}}{1\ \text{mol benceno}} = \mathbf{-838\,717\ kJ} \;\Rightarrow\; \text{Calor liberado} = 838\,717\ \text{kJ}

b)

Definición de entalpía de vaporización

0,50 p. La entalpía de vaporización de una sustancia es la cantidad de calor (energía) a presión constante que hay que aportar para que una determinada cantidad de la sustancia líquida (por ejemplo, 1 mol) pase a vapor a presión constante y a una determinada temperatura que, generalmente, se considera la temperatura de ebullición. Se representa por