También trata: Termoquímica y entalpías de reacción
Cataluña · 2025 · Junio
Enunciado
El cloroeteno (CH2=CHCl), también llamado cloruro de vinilo, figura entre los compuestos químicos más producidos en el mundo porque es el monómero a partir del cual se obtiene el cloruro de polivinilo (PVC), un plástico muy conocido y muy utilizado para fabricar tuberías, persianas o ventanas, entre otras aplicaciones.El cloruro de vinilo, CH₂=CHCl, se transforma con un catalizador en el polímero: la unidad −CH₂−CHCl− entre corchetes con el subíndice nEl cloruro de vinilo se puede obtener a partir de acetileno (CH≡CH) y cloruro de hidrógeno según la reacción de síntesis siguiente:CH≡CH(g)+HCl(g)→CH2=CHCl(g)Después, este compuesto puede reaccionar fácilmente con cloro para dar 1,1,2-tricloroetano, un disolvente organoclorado:CH2=CHCl(g)+Cl2(g)→CH2Cl−CHCl2(l)Datos:
Sustancia
CH≡CH(g)
HCl(g)
CH2=CHCl(g)
Entalpía estándar de formación a 298 KΔHf∘ (kJ mol−1)
−226,9
−92,3
−37,26
Sustancia
C—C
C—H
C=C
Cl—Cl
C—Cl
Entalpía de enlace a 25 °C y 1 atmósfera (kJ mol−1)
348
412
608
242
328
Constante universal de los gases ideales: R=0,082atm L K−1mol−1;R=8,314J K−1mol−1. Números atómicos: Z(H)=1;Z(C)=6;Z(Cl)=17. Electronegatividad según la escala de Pauling: H = 2,2; C = 2,5; Cl = 3,2. Cuestión 4c (1,25 puntos) Calcule la entalpía de la reacción de obtención del 1,1,2-tricloroetano a partir del cloruro de vinilo en condiciones estándar a 25 °C utilizando las energías de enlace. Razone qué signo tendrá la entropía (ΔS) de esta reacción y justifique cualitativamente si será espontánea a temperaturas altas o bajas.
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Resultado
ΔH∘=−154kJ mol−1ΔS<0 (de 2 moles de gas a 1 mol de líquido): la reacción es espontánea a temperaturas bajas.
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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.
Cálculo de la entalpía estándar de la reacción de obtención del 1,1,2-tricloroetano 0,15 p. La entalpía estándar de una reacción se puede calcular a partir de las energías de los enlaces rotos (reactivos) menos las energías de los enlaces formados (productos):ΔH∘=∑nrErotos−∑npEformadosPara la reacción: CH2=CHCl(g)+Cl2(g)→CH2Cl−CHCl2(l) En los reactivos hay que romper:
1 enlace C=C
3 enlaces C-H
1 enlace C-Cl
1 enlace Cl-Cl
En los productos hay que formar:
3 enlaces C-Cl
1 enlace C-C
3 enlaces C-H
Por tanto, 0,25 p.ΔH∘=[1EC=C+3EC-H+1EC-Cl+1ECl-Cl]−[3EC-Cl+1EC-C+3EC-H]ΔH∘=[(1×608)+(3×412)+(1×328)+(1×242)]−[(3×328+(1×348)+(3×412)]=−154kJ mol−10,20 p.⇒ΔH∘=−154kJ mol−1Razonamiento del signo de la entropía de la reacción y justificación cualitativa de la espontaneidad frente a la temperatura 0,25 p. La entropía es una magnitud que mide el desorden de un sistema. En esta reacción química se pasa de 2 moles de gas en los reactivos a 1 mol de líquido en los productos; por tanto, durante el transcurso de la reacción el desorden disminuye y por eso ΔS será negativo. 0,10 p. Una reacción será espontánea cuando ΔG0<0, y 0,10 p.⇒ΔG0=ΔH0−TΔS00,20 p. En esta reacción ΔG0 será negativa cuando el término ∣TΔS0∣ sea menor que∣ΔH0∣; por tanto, a temperaturas bajas la reacción será espontánea.ΔH0<0yΔS0<0⇒ΔG0=ΔH0−TΔS0ΔG0=(−)−T(−)ΔG0=(−)+T
