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Termoquímica y entalpías de reacción

Castilla y León · 2025 · Julio

Enunciado

El benceno (

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

) es un hidrocarburo aromático volátil que se encuentra de forma natural en el petróleo. En la industria se utiliza como disolvente y como reactivo para elaborar otros compuestos. Desde un punto de vista toxicológico, es un compuesto peligroso porque varias agencias internacionales han determinado que es un carcinógeno reconocido. La exposición prolongada al mismo tiene efectos perjudiciales para la salud.

Los valores de las entalpías de combustión estándar del

\text{C}(s)

y del

\text{C}_6\text{H}_6(l)

son, respectivamente,

-393{,}7\ \text{kJ/mol}

-3267\ \text{kJ/mol}

. El valor de la entalpía estándar de formación del

\text{H}_2\text{O}(l)

-285{,}9\ \text{kJ/mol}

. Calcule:

a) (1,2 puntos) La entalpía de formación del

\text{C}_6\text{H}_6(l)

. Indique si se trata de un proceso endotérmico o exotérmico.

b) (0,8 puntos) La energía (kJ) absorbida o desprendida en la formación de

1\ \text{kg}

\text{C}_6\text{H}_6(l)

.

Datos: Masas atómicas:

\text{H} = 1{,}01

;

\text{C} = 12{,}01

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Resultado

\boxed{\;\text{a) } \Delta H_f^\circ(\text{C}_6\text{H}_6, l) = +47{,}1\ \text{kJ/mol: endotérmico}\;}

\boxed{\;\text{b) Se absorben } 603\ \text{kJ por kg de benceno}\;}

Ver la solución paso a pasoestrategia, desarrollo y consejo

Estrategia

La entalpía de combustión del carbono es la entalpía de formación del

\text{CO}_2(g)

. Con ella y con la del agua se aplica la ley de Hess a la combustión del benceno:

\Delta H_c^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{productos}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{reactivos})

, y se despeja la entalpía de formación del benceno. En b) se pasa 1 kg a moles y se multiplica por la entalpía molar de formación.

Desarrollo

a) Las reacciones de los datos son:

\text{C}(s) + \text{O}_2(g) \longrightarrow \text{CO}_2(g) \qquad \Delta H_1 = -393{,}7\ \text{kJ}

\text{H}_2(g) + \tfrac{1}{2}\,\text{O}_2(g) \longrightarrow \text{H}_2\text{O}(l) \qquad \Delta H_2 = -285{,}9\ \text{kJ}

\text{C}_6\text{H}_6(l) + \tfrac{15}{2}\,\text{O}_2(g) \longrightarrow 6\,\text{CO}_2(g) + 3\,\text{H}_2\text{O}(l) \qquad \Delta H_3 = -3267\ \text{kJ}

La reacción que se busca es la formación del benceno a partir de sus elementos en estado estándar:

6\,\text{C}(s) + 3\,\text{H}_2(g) \longrightarrow \text{C}_6\text{H}_6(l) \qquad \Delta H_f^\circ = \;?

Por la ley de Hess se obtiene combinando:

6 \times (1) + 3 \times (2) - (3)

(la combustión del benceno, invertida):

\Delta H_f^\circ = 6\,\Delta H_1 + 3\,\Delta H_2 - \Delta H_3

\Delta H_f^\circ = 6\,(-393{,}7) + 3\,(-285{,}9) - (-3267) = -2362{,}2 - 857{,}7 + 3267 = +47{,}1\ \text{kJ/mol}

Lo mismo sale planteando la combustión con entalpías de formación (la del

\text{O}_2

es cero):

\Delta H_3 = 6\,\Delta H_f^\circ(\text{CO}_2) + 3\,\Delta H_f^\circ(\text{H}_2\text{O}) - \Delta H_f^\circ(\text{C}_6\text{H}_6)

Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)

Como

\Delta H_f^\circ > 0

, la formación del benceno es un proceso endotérmico: absorbe energía del entorno.

b) Masa molar del benceno:

M = 6 \cdot 12{,}01 + 6 \cdot 1{,}01 = 78{,}12\ \text{g/mol}

n = \frac{1000\ \text{g}}{78{,}12\ \text{g/mol}} = 12{,}80\ \text{mol}

Q = n \cdot \Delta H_f^\circ = 12{,}80\ \text{mol} \cdot 47{,}1\ \text{kJ/mol} = 603\ \text{kJ}

Al ser endotérmica, en la formación de 1 kg de benceno se absorben unos

603

kJ.

Consejo

Fíjate en que la entalpía de combustión del carbono es exactamente la de formación del $\text{CO}_2$ : reconocerlo te ahorra una ecuación. Y al combinar, la combustión del benceno se invierte (se resta), porque el benceno tiene que quedar como producto.

El signo es lo que más se equivoca: tres números negativos dan un resultado positivo. Comprueba que $-3267$ entra restando, es decir, como $+3267$ .