QuímicaFácilCuestión · 2 pts

Entropía y espontaneidad

Andalucía · 2026 · Junio · Opción A
Enunciado
(2 puntos: 0,5 puntos cada apartado)

Justifique la espontaneidad de cada uno de los siguientes procesos en función de la temperatura:

a) CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)ΔH>0\text{CaCO}_3(s) \rightarrow \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g) \qquad \Delta H > 0

b) 2 NO2(g)→2 NO(g)+O2(g)ΔH<02\,\text{NO}_2(g) \rightarrow 2\,\text{NO}(g) + \text{O}_2(g) \qquad \Delta H < 0

c) Fe(s)+2 HCl(aq)→FeCl2(aq)+H2(g)ΔH<0\text{Fe}(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{FeCl}_2(aq) + \text{H}_2(g) \qquad \Delta H < 0

d) H2(g)+CO(g)→HCHO(g)ΔH>0\text{H}_2(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{HCHO}(g) \qquad \Delta H > 0
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Resultado
  a) ΔS>0: espontaˊneo a T altasb) ΔS>0: espontaˊneo siempre  \boxed{\;\textbf{a) } \Delta S>0\text{: espontáneo a } T \text{ altas} \qquad \textbf{b) } \Delta S>0\text{: espontáneo siempre}\;}  c) ΔS>0: espontaˊneo siempred) ΔS<0: nunca espontaˊneo  \boxed{\;\textbf{c) } \Delta S>0\text{: espontáneo siempre} \qquad \textbf{d) } \Delta S<0\text{: nunca espontáneo}\;}
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Estrategia

Un proceso es espontáneo cuando la energía libre de Gibbs disminuye:ΔG=ΔH−T ΔS<0\Delta G = \Delta H - T\,\Delta S < 0El signo de ΔH\Delta H lo da el enunciado. El de ΔS\Delta S hay que deducirlo del desorden: la entropía de los gases es muchísimo mayor que la de sólidos, líquidos y disoluciones, así que basta con mirar cómo cambia el número de moles de gas (Δngas\Delta n_{\text{gas}}). Si aumenta, ΔS>0\Delta S > 0; si disminuye, ΔS<0\Delta S < 0.

Con los dos signos se cae en uno de los cuatro casos:
ΔH\Delta HΔS\Delta SEspontaneidad
−-++Siempre (ΔG<0\Delta G < 0 a cualquier TT)
++−-Nunca (ΔG>0\Delta G > 0 a cualquier TT)
++++A temperaturas altas
−-−-A temperaturas bajas
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Desarrollo

a) CaCO3(s)→CaO(s)+CO2(g)\text{CaCO}_3(s) \rightarrow \text{CaO}(s) + \text{CO}_2(g), con ΔH>0\Delta H > 0.

Se pasa de un sólido a un sólido más un gas: Δngas=1−0=+1\Delta n_{\text{gas}} = 1 - 0 = +1, el desorden aumenta y ΔS>0\Delta S > 0.

Con ΔH>0\Delta H > 0 y ΔS>0\Delta S > 0, el término −TΔS-T\Delta S es negativo y gana al ΔH\Delta H solo cuando TT es grande:ΔG<0  ⟺  T>ΔHΔS\Delta G < 0 \iff T > \frac{\Delta H}{\Delta S}Es espontáneo a temperaturas altas (por eso la cal se obtiene calcinando la caliza en hornos).
Simulación interactivaVisualiza este problema en una simulación (se abre en una nueva pestaña)
(La simulación usa los valores de tablas, ΔH∘≈+178 kJ\Delta H^\circ \approx +178\ \text{kJ} y ΔS∘≈+161 J K−1\Delta S^\circ \approx +161\ \text{J}\,\text{K}^{-1}, que no da el enunciado: con ellos la descomposición es espontánea por encima de unos 1100 K1100\ \text{K}.)

b) 2 NO2(g)→2 NO(g)+O2(g)2\,\text{NO}_2(g) \rightarrow 2\,\text{NO}(g) + \text{O}_2(g), con ΔH<0\Delta H < 0.

De 2 moles de gas se pasa a 3: Δngas=3−2=+1\Delta n_{\text{gas}} = 3 - 2 = +1, así que ΔS>0\Delta S > 0.

Con ΔH<0\Delta H < 0 y ΔS>0\Delta S > 0, los dos términos de ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S son negativos:ΔG=ΔH⏟<0−T ΔS⏟>0<0a cualquier T\Delta G = \underbrace{\Delta H}_{<0} - \underbrace{T\,\Delta S}_{>0} < 0 \quad \text{a cualquier } TCon los datos del enunciado, es espontáneo a cualquier temperatura.

c) Fe(s)+2 HCl(aq)→FeCl2(aq)+H2(g)\text{Fe}(s) + 2\,\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{FeCl}_2(aq) + \text{H}_2(g), con ΔH<0\Delta H < 0.

Entre los reactivos no hay ningún gas y entre los productos aparece uno, el H2\text{H}_2: Δngas=+1\Delta n_{\text{gas}} = +1 y ΔS>0\Delta S > 0.

Mismo caso que el anterior (ΔH<0\Delta H < 0, ΔS>0\Delta S > 0): ΔG<0\Delta G < 0 siempre. Es espontáneo a cualquier temperatura (el hierro se disuelve en ácido clorhídrico desprendiendo burbujas de hidrógeno).

d) H2(g)+CO(g)→HCHO(g)\text{H}_2(g) + \text{CO}(g) \rightarrow \text{HCHO}(g), con ΔH>0\Delta H > 0.

De 2 moles de gas se pasa a 1: Δngas=1−2=−1\Delta n_{\text{gas}} = 1 - 2 = -1, el sistema se ordena y ΔS<0\Delta S < 0.

Con ΔH>0\Delta H > 0 y ΔS<0\Delta S < 0, los dos términos de ΔG\Delta G son positivos:ΔG=ΔH⏟>0−T ΔS⏟<0>0a cualquier T\Delta G = \underbrace{\Delta H}_{>0} - \underbrace{T\,\Delta S}_{<0} > 0 \quad \text{a cualquier } TNo es espontáneo a ninguna temperatura (sí lo sería el proceso inverso).
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Consejo

La clave de toda la pregunta es justificar el signo de ΔS\Delta S: cuenta los moles de gas a cada lado. En c) no te dejes engañar por los coeficientes: el 2 del HCl\text{HCl} es de una disolución acuosa, no de un gas; el único gas es el H2\text{H}_2 de los productos.

Escribe siempre ΔG=ΔH−TΔS\Delta G = \Delta H - T\Delta S y razona con los signos de cada término. Decir "es exotérmica, luego espontánea" no es correcto: lo que decide es ΔG\Delta G.

En b) razona con el signo que da el enunciado (ΔH<0\Delta H < 0), aunque en las tablas esta descomposición del NO2\text{NO}_2 aparezca como endotérmica: en el examen mandan los datos que te dan.
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