LEZIONE 5

Termodinamica chimica
a.a. 2005-2005
Lezione IV
TERMOCHIMICA
Esercizio 1
Un certo liquido ha ΔvapH°=32 kJ mol-1. Calcolare q, w, ΔH, ΔU quando si
vaporizzano 0.75 mol a 260K e 765 Torr.
ΔvapH°=32 kJ mol-1
n = 0.75 mol
T = 260 K
p = 765 Torr
o
q  H  nH vap
 0.75mol  32kJmol1  24kJ
w   pV   RT n  8.314 JK 1mol 1 260 K 0.75mol 
 1.6kJ
U  q  w  24kJ  1.6kJ  22.4kJ
2
Esercizio 2
L’entalpia standard di formazione del fenolo è -165.0 kJ mol-1.
Calcolare l’entalpia standard di combustione.
ΔfH°(C6H6O) = -165.0 kJ mol-1
ΔcH°(C6H6O) = ?
C6 H 6O  7O2  6CO2  3H 2O
 c H   6 f H (CO2 )  3 f H ( H 2O)
 7 f H (O2 )   f H (C6 H 6O) 
 [6  (393.51)  3  (285.83)  7  0  (165)]kJmol1 
 3053.6kJmol1
3
Esercizio 3
Calcolare l’entalpia standard di idrogenazione dell’ 1-esene a esano,
sapendo che l’entalpia standard di combustione dell’ 1-esene è
-4003 kJ mol-1 e quella dell’esano è -4163 kJ mol-1.
C6 H12 (l )  9O2 ( g )  6CO2 ( g )  6 H 2O(l )
C6 H14 (l ) 
ΔcH°= -4003 kJ mol-1
19
O2 ( g )  6CO2 ( g )  7 H 2O(l ) ΔcH°= -4163 kJ mol-1
2
1
O2 ( g )  H 2 ( g )  H 2O(l )
2
ΔfH°= -285.83 kJ mol-1
C6 H12 (l )  H 2 ( g )  C6 H14 (l )
ΔrH°= -125.83 kJ mol-1
4
Esercizio 4
Dai seguenti dati, calcolare il ΔfH° del diborano B2H6(g) a 298 K.
B2 H 6 ( g )  3O2 ( g )  B2O3 ( s )  3H 2O( g )
3
2 B( s )  O2 ( g )  B2O3 ( s )
2
1
-3x H 2 ( g )  O2 ( g )  H 2O ( g )
2
-1x
B2 H 6 ( g )  2B(s)  3H 2 ( g )
ΔrH°= -1941 kJ mol-1
ΔrH°= -2368 kJ mol-1
ΔrH°= -241.8 kJ mol-1
ΔrH°= 1152 kJ mol-1
ΔfH°= -1152 kJ mol-1
5
Esercizio 5
Calcolare l’energia interna standard di formazione dell’urea a partire
dalla sua entalpia standard di formazione (-333.51 kJ mol-1).
1
C ( s)  2 H 2 ( g )  O2 ( g )  N 2 ( g )  CO( NH 2 ) 2 ( s)
2
ΔfH°= -333.51 kJ mol-1
H  U  ( pV )  U  RT ngas
 f U    f H   RT ngas
 f U   333.51kJmol1  (8.314 10 3 kJmol1 K 1 )  (298K )  (7 / 2) 
 324.83kJmol1
6
Esercizio 6
Sapendo che l’entalpia standard di combustione della grafite è
-393.51 kJmol-1 e quella del diamante è -395.41 kJmol-1, calcolare
l’entalpia e l’energia interna standard di transizione grafite/diamante.
C ( gr )  O2  CO2
ΔcH°= -393.5 kJ mol-1
C (d )  O2  CO2
ΔcH°= -395.41 kJ mol-1
C ( gr )  C (d )
ΔtrH°= 1.9 kJ mol-1
7
Esercizio 7
Calcolare l’entalpia e l’energia interna standard di combustione del
butano liquido sapendo che l’entalpia standard di combustione del
gas butano è -2878kJ mol-1 e l’entalpia di vaporizzazione del butano
liquido è 21 kJ mol-1.
C4 H10 (l )  C4 H10 ( g )
C4 H10 ( g ) 
ΔvapH°= +21 kJ mol-1
13
O2 ( g )  4CO2 ( g )  5H 2O( g ) ΔcH°= -2878 kJ mol-1
2
13
C4 H10 (l )  O2 ( g )  4CO2 ( g )  5H 2O( g )
2
ΔcH°= -2857 kJ mol-1
8
Esercizio 7
H  U  ( pV )  U  RT ngas
 cU    c H   RT ngas
 cU   2857kJmol1  (8.314 10 3 kJmol1 K 1 )  (298K )  (5 / 2) 
 2863kJmol1
9
Esercizio 8
Date le reazioni (1) e (2), determinare a) il ΔrH° e il ΔrU° per la
reazione (3), b) il ΔfH° di HCl(g) e H2O(g) a 298 K. Si assuma che i gas
sono ideali.
ΔrH°= -184.62 kJ mol-1
(1) H 2 ( g )  Cl2 ( g )  2 HCl ( g )
ΔrH°= -483.64 kJ mol-1
(2) 2 H 2 ( g )  O2 ( g )  2 H 2O( g )
(3) 4 HCl ( g )  O2 ( g )  2Cl2 ( g )  2 H 2O( g )
La reazione (3) può essere ottenuta sottraendo alla reazione (2) la (1),
moltiplicata per un coefficiente 2.
ΔrH°(3)= -483.64 kJ mol-1 -2x(-184.62 kJ mol-1) = -114.4 kJ mol-1
ΔrU°(3)= ΔrH°(3) – RTΔn = -114.4 kJ mol-1 - 8.314Jmol-1K-1x 298 K
x (-1) = -111.9 kJ mol-1
10
Esercizio 8
ΔrH°= -184.62 kJ mol-1
(1) H 2 ( g )  Cl2 ( g )  2 HCl ( g )
ΔrH°= -483.64 kJ mol-1
(2) 2 H 2 ( g )  O2 ( g )  2 H 2O( g )
(3) 4 HCl ( g )  O2 ( g )  Cl2 ( g )  2 H 2O( g )
 r H ( J )
 f H ( J ) 
 (J )
ΔfH°(HCl)= -184.62 kJ mol-1 : 2 = -92.31 kJ mol-1
ΔfH°(H2O)= -483.64 kJ mol-1 : 2= -241.82 kJ mol-1
11
Esercizio 9
Calcolare l’entalpia standard della reazione
2H 2 ( g )  O2 ( g )  2H 2O(l )
a 100°C sapendo che l’entalpia standard di formazione dell’acqua a
25°C è di -285.83 kJ mol-1.
100 C
  r H  
 r H (100C )   r H (25C )   
dT 
T 
25 C 
100 C
  r H (25C ) 
 C
r
p ,m
dT
25 C
12
Esercizio 9
La dipendenza della capacità termica a pressione costante dalla
temperatura può essere parametrizzata come segue:
C p,m  a  bT  cT 2
Da cui
100 C
373K
25 C
298K
  r C p,m dT  2 
 2
2
(
a

b
T

c
T
 H 2O H 2O H 2O )dT 
373K
373K
298K
298K
2
(
a

b
T

c
T
 H 2 H 2 H 2 )dT 
2
(
a

b
T

c
T
 O2 O2 O2 )dT 
373K
373K
1
1




 2  aH 2OT  bH 2OT 2  cH 2OT 1 
 2  aH 2T  bH 2 T 2  cH 2 T 1 

2
2

 298K

 298K
373K
1

2
1 
a
T

b
T

c
T
O2
O2
 O2

2

 298K
13
Esercizio 9
100 C
373K
1

1
1
2
1 

C
dT

2

75
.
29
JK
mol
T


0

T

0

T
r p ,m



2
298K
25 C
373K
1


 2  27.28 JK 1mol 1T   3.26 10 3 JK  2 mol 1T 2  0.5 105 JKmol 1T 1 

2

 298K
373K
1

1
1
3
1  2 2
5
1 1 
29
.
96
JK
mol
T

4
.
18

10
Jmol
K
T

(

1
.
67
)

10
JKmol
T 


2
 298K
 566.93kJmol1
14
Esercizio 10
Calcolare il ΔrH° e il ΔrU° a 298K e il ΔrH° a 348K per la reazione di
idrogenazione dell’acetilene a etliene, sapendo che l’entalpia standard
di combustione dell’acetilene è -1300 kJ mol -1 e quella dell’etilene è
-1411 kJ mol-1 . Considerare le capacità termiche costanti nel range di
Temperatura considerato.
C2 H 4 ( g )  3O2 ( g )  2CO2 ( g )  2 H 2O(l ) ΔcH°= -1411 kJ mol-1
5
C2 H 2 ( g )  O2 ( g )  2CO2 ( g )  1H 2O(l ) ΔcH°= -1300 kJ mol-1
2
1
ΔrH°= -285.83 kJ mol-1
H 2 ( g )  O2 ( g )  H 2O(l )
2
C2 H 2 ( g )  H 2 ( g )  C2 H 4 ( g )
ΔrH°= -175 kJ mol-1
15
Esercizio 10
H  U  ( pV )  U  RT ngas
 rU    r H   RT ngas
 rU   175kJmol1  (8.314 10 3 kJmol1 K 1 )  (298K )  (1) 
 173kJmol1
 r H (348K )   r H (298K )   r C p (348K  298K ) 
 175kJK 1mol 1  (43.56  43.93  28.82) 10 3 kJmol1 K 1 50 K 
 175kJK 1mol 1  29.19 10 3 kJmol1 K 1  50 K 
 176kJmol1
16
Esercizio 11
Costruire un ciclo termodinamico per determinare l’entalpia di
idratazione del Ca++, usando i seguenti dati:
Entalpia di sublimazione Ca(s)
+178.2 kJ mol-1
Entalpia di prima ionizzazione Ca(g)
+589.7 kJ mol-1
Entalpia di seconda ionizzazione Ca(g)
+1145 kJ mol-1
Entalpia di vaporizzazione Br2(l)
+30.91 kJ mol-1
Entalpia di dissociazione Br2(g)
+192.9 kJ mol-1
Entalpia di cattura elettronicaBr(g)
-331.0 kJ mol-1
Entalpia di soluzione di CaBr2(s)
-103.1 kJ mol-1
Entalpia di formazione di CaBr2(s)
-682.8 kJ mol-1
Entalpia di idratazione di Br-(g)
-337 kJ mol-1
Entalpia di idratazione di Ca2+(g)
-1587 kJ mol-1
17