QuímicaFácil2 pts

Termoquímica y entalpías de reacción

Castilla y León · 2026 · Julio
Enunciado
En la combustión del ácido acético líquido (CH3COOH\text{CH}_3\text{COOH}) se desprenden CO2(g)\text{CO}_2(g) y H2O(l)\text{H}_2\text{O}(l). Calcule:

a) (1,0 puntos) El calor de combustión del ácido acético, sabiendo que los valores de las entalpías normales de formación para el CO2(g)\text{CO}_2(g), H2O(l)\text{H}_2\text{O}(l) y CH3COOH(l)\text{CH}_3\text{COOH}(l) son respectivamente: −94,05-94{,}05; −68,32-68{,}32 y −116,4-116{,}4 kcal/mol.

b) (1,0 puntos) ¿Cuántos gramos de ácido acético deben quemarse para producir 50,0 litros de dióxido de carbono medidos a 25 ∘C25\ ^\circ\text{C} y 740 mmHg?

Datos: masas atómicas: H = 1,01; C = 12,01; O = 16,00. R=0,082 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1R = 0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}; 1 atm = 760 mmHg; 1 cal = 4,184 J.
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Resultado
  a) ΔHc∘=−208,3 kcal/mol=−871,7 kJ/mol (exoteˊrmica)  \boxed{\;\text{a)}\ \Delta H^\circ_c = -208{,}3\ \text{kcal/mol} = -871{,}7\ \text{kJ/mol}\ (\text{exotérmica})\;}  b) nCO2=1,99 mol; m=59,8 g de CH3COOH  \boxed{\;\text{b)}\ n_{\text{CO}_2} = 1{,}99\ \text{mol};\ m = 59{,}8\ \text{g de CH}_3\text{COOH}\;}
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Estrategia

Primero hay que escribir y ajustar la reacción de combustión de un mol de ácido acético. Su entalpía se calcula con las entalpías de formación: productos menos reactivos, cada una multiplicada por su coeficiente (la del O2\text{O}_2, elemento en su estado estándar, es cero). En b) los moles de CO2\text{CO}_2 salen de la ecuación de los gases ideales, y la estequiometría (2 mol de CO2\text{CO}_2 por mol de ácido) da los moles y la masa de ácido acético.
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Desarrollo

a) Calor de combustión

Reacción de combustión ajustada, por mol de ácido acético:CH3COOH(l)+2 O2(g)⟶2 CO2(g)+2 H2O(l)\text{CH}_3\text{COOH}(l) + 2\,\text{O}_2(g) \longrightarrow 2\,\text{CO}_2(g) + 2\,\text{H}_2\text{O}(l)ΔHc∘=∑n ΔHf∘(productos)−∑n ΔHf∘(reactivos)\Delta H^\circ_c = \sum n\,\Delta H^\circ_f(\text{productos}) - \sum n\,\Delta H^\circ_f(\text{reactivos})ΔHc∘=[2(−94,05)+2(−68,32)]−[(−116,4)+2⋅0]\Delta H^\circ_c = \left[2(-94{,}05) + 2(-68{,}32)\right] - \left[(-116{,}4) + 2\cdot 0\right]ΔHc∘=−188,10−136,64+116,4=−208,3 kcal/mol\Delta H^\circ_c = -188{,}10 - 136{,}64 + 116{,}4 = -208{,}3\ \text{kcal/mol}En unidades del SI:ΔHc∘=−208,3 kcal/mol⋅4,184 kJkcal=−871,7 kJ/mol\Delta H^\circ_c = -208{,}3\ \text{kcal/mol}\cdot 4{,}184\ \frac{\text{kJ}}{\text{kcal}} = -871{,}7\ \text{kJ/mol}El signo negativo indica que la combustión es exotérmica: se desprenden 208,3 kcal (871,7 kJ) por cada mol de ácido acético quemado.

b) Masa de ácido acético para obtener 50,0 L de CO₂

Condiciones: T=25+273=298 KT = 25 + 273 = 298\ \text{K} y P=740/760=0,974 atmP = 740/760 = 0{,}974\ \text{atm}.nCO2=P VR T=0,974 atm⋅50,0 L0,082 atm⋅L⋅mol−1⋅K−1⋅298 K=1,992 moln_{\text{CO}_2} = \frac{P\,V}{R\,T} = \frac{0{,}974\ \text{atm}\cdot 50{,}0\ \text{L}}{0{,}082\ \text{atm}\cdot\text{L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{K}^{-1}\cdot 298\ \text{K}} = 1{,}992\ \text{mol}Según la ecuación ajustada, 1 mol de ácido produce 2 mol de CO2\text{CO}_2:nCH3COOH=1,9922=0,996 moln_{\text{CH}_3\text{COOH}} = \frac{1{,}992}{2} = 0{,}996\ \text{mol}Con M(CH3COOH)=2⋅12,01+4⋅1,01+2⋅16,00=60,06 g/molM(\text{CH}_3\text{COOH}) = 2\cdot 12{,}01 + 4\cdot 1{,}01 + 2\cdot 16{,}00 = 60{,}06\ \text{g/mol}:m=0,996 mol⋅60,06 g/mol=59,8 gm = 0{,}996\ \text{mol}\cdot 60{,}06\ \text{g/mol} = 59{,}8\ \text{g}(Al quemarlos se desprenderían 0,996⋅208,3≈207,5 kcal0{,}996\cdot 208{,}3 \approx 207{,}5\ \text{kcal}.)
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Consejo

Ajusta siempre la combustión por mol del compuesto antes de aplicar las entalpías de formación: el «calor de combustión» se da por mol de combustible. Y recuerda que la entalpía de formación del O2\text{O}_2 es cero.

En b) no te olvides de pasar los mmHg a atmósferas y los grados Celsius a kelvin antes de usar PV=nRTPV = nRT con R=0,082R = 0{,}082.
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