Equazioni termochimiche: esercizi svolti

Le equazioni termochimiche definiscono la variazione che ha luogo in termini di formule delle sostanze coinvolte considerando i loro stati fisici e il calore di reazione coinvolto.
Queste equazioni possono essere utilizzate per ottenere informazioni utili da dati termodinamici tabulati sfruttando alcune proprietà:

• Se in una data reazione la variazione di entalpia vale ΔH, per il processo inverso vale – ΔH
• Moltiplicando le equazioni termochimiche per una costante le quantità termodinamiche devono essere moltiplicate per la stessa costante
• Per la legge di Hess la variazione di entalpia relativa a una reazione è indipendente dal numero di stadi in cui la reazione avviene
• La quantità termodinamica associata a una reazione può essere utilizzata per uno dei reagenti o dei prodotti tenendo conto dei coefficienti stechiometrici.

Esercizi

1) Il perossido di idrogeno si decompone secondo la seguente equazione termochimica:

H₂O_2(l) → H₂O_(l) + ½ O_2(g)  ΔH = – 98.2 kJ. Calcolare la variazione di entalpia a seguito della decomposizione di 1.00 g di perossido di idrogeno

L’equazione fornisce l’indicazione che, quando si decompone una mole di perossido di idrogeno, la variazione di entalpia vale – 98.2 kJ.

Le moli di perossido di idrogeno corrispondenti a 1.00 g sono pari a:

moli di H₂O₂ = 1.00 g/34.0147 g/mol= 0.0294

ΔH = 0.0294 mol ∙(- 98.2 kJ/mol) = – 2.89 kJ

2) Per la reazione 2 Ti_(s) + 4 Cl_2(g) → 2 TiCl_4(l) la variazione di entalpia vale – 1608.4 J. Calcolare la variazione di entalpia relativa alla reazione TiCl_4(l) → Ti_(s) +  Cl_2(g)

Per la regola 1) la variazione di entalpia relativa alla reazione 2 TiCl_4(l) → 2 Ti_(s) + 4 Cl_2(g) vale + 1608.4 J

Per calcolare la variazione di entalpia relativa alla reazione richiesta basta dividere per 2 i coefficienti stechiometrici della reazione precedente quindi per la regola 2) si ha ΔH = + 1608.4 J/2 = 804.2 J

3) Data la seguente equazione termochimica CH_4(g) + 2 O_2(g)→ CO_2(g) + H₂O_(l) ΔH = – 890 kJ calcolare:

Il calore sviluppato dalla combustione di 56.1 g di metano

La variazione di entalpia quando vengono consumati 40.0 g di O₂

La massa di metano necessaria per ottenere 2000 J

Poiché la variazione di entalpia della reazione ha segno negativo ciò implica che la reazione è esotermica ovvero avviene con sviluppo di calore; dalla combustione di 1 mole di metano corrispondente a 56.1 g di metano si ottengono 890 kJ.

moli di metano = 56.1 g/16.04 g/mol= 3.50

Il calore sviluppato vale quindi 3.50 mol ∙ 890 kJ/mol= 3115 kJ

Quando sono consumate 2 moli di ossigeno la variazione di entalpia vale – 890 kJ

Le moli di ossigeno corrispondenti a 40.0 g sono pari a:

moli di O₂ = 40.0 g/32 g/mol=1.25

La variazione di entalpia vale quindi:

ΔH = (-890 kJ/ 2 mol O₂)(1.25 mol O₂) = – 556 kJ

Dalla combustione di 1 mole di metano pari a 16.04 g si ottengono 890 kJ quindi per ottenere 2 kJ occorrono (2 kJ)(16.04 g)/ 890 kJ= 0.036 g

4) Data la seguente equazione termochimica 2 Fe_(s) + 3 CO_2(g)→ Fe₂O_3(s) + 3 CO_(g) ΔH = +26.3  kJ calcolare:

I grammi di ferro consumati quando sono assorbiti 54.0 J

Il calore assorbito per la formazione di 6.5 g di Fe₂O₃

La reazione ha una variazione di entalpia positiva e ciò implica che essa è endotermica e quando vengono consumate 2 moli di Fe corrispondenti a 2 mol ∙ 55.845 g/mol = 111.69 g vengono assorbiti 26.3 kJ. Pertanto i grammi di ferro consumati quando sono assorbiti 54.0 J è pari a: (111.69 g)(54.0 J)/26300 J = 0.229 g

Quando si forma 1 mole di Fe₂O₃ corrispondente a 159.69 g sono assorbiti 26.3 kJ. Pertanto il calore assorbito per la formazione di 6.5 g di Fe₂O₃ è pari a (6.5 g)(26.3 kJ)/159.69 g = 1.1 kJ