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Entalpia standard di reazione H°reaz. = n prod. f prod. - n reag.H f reag. H°reaz. = E Legami rotti - E Legami formati = = H B rotti - H B formati H = Qp = U + PV specifica = calore svolto da 1 g di combustibile ( entalpica = calore svolto da 1 L di combustibile ( Entalpia standard di combustione = calore svolto dalla combustione di una mole (kJ . mol -1 )

Entalpia standard di reazione H°reaz. = n prod. H° f prod. - n reag. H f reag. H°reaz. = E Legami rotti - E Legami formati = = H B rotti - H B formati

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Entalpia standard di reazione

H°reaz. = n prod. H°f prod. - n reag.Hf reag.

H°reaz. = E Legami rotti - E Legami formati =

= HB rotti - HB formati

H = Qp = U + PV

Entalpia specifica = calore svolto da 1 g di combustibile (kJ. g-1)

Densità entalpica = calore svolto da 1 L di combustibile (kJ . L-1)

Entalpia standard di combustione = calore svoltodalla combustione di una mole (kJ . mol-1)

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L’entalpia standard di combustione dell’eptano è di -4854 KJ.mol-1, la sua densità è di0,68 g.cc-1, calcolarne l’entalpia specifica e la densità entalpica.

C7H16 (l) + 11O2(g) 7CO2(g) + 8H2O(g)

entalpica) (Densità3300748548,6

)(8,6100

680

specifica) (Entalpia54,48100

4854

111

1671

1

1

11

1

LkJmolkJLmol

HCLmolmolg

Lg

gkJmolg

molkJ

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Per la reazione MnO2(s) + Al(s) Al2O3 + Mn, sono noti ΔH°f (Al2O3) = -1676 kJ mol-1 ; ΔH°f (MnO2) = -521 kJ mol-1 . Bilanciare la reazione e calcolare la quantità di calore svolto nella formazione di 10 g di manganese.

Mn(+4) + 4e- Mn(0)Al(0) Al(+3) + 3e-

3Mn(+4) + 12e- 3Mn(0)4Al(0) 4Al(+3) + 12e-

3MnO2(s) + 4Al(s) 2Al2O3(s) + 3Mn(s)

ΔH°r = 2ΔH°f(Al2O3) - 3ΔH°f(MnO2) = 2(-1676) – 3(-521) = -1789 kJ

kJ56,108mol 3

kJ 1789

mol93,54

101

g

g

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C4H10(g) +13/2O2(g) 4CO2(g) + 5H2O(l)

Scrivere la reazione di combustione del butano C4H10 e, sapendo che la sua entalpia standard di combustione è – 2878 kJ mol-1, calcolare quanto ne serve per scaldare 1 litro d’acqua da 20 a 100°C. Calore specifico acqua: 4,184 J . °C-1 . g-1

1000g . 4,184 J . (°C-1) . g-1 . 80 °C = 334720 J

-2878 kJ mol-1/ 58 g mol-1 = 49,62 kJ g-1

334,720 kJ / 49,62 kJ g-1 = 6,74 g butano

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Data la reazione NH3 + O2 NO + H2O, bilanciarla e calcolarne la variazione di entalpia standard dai seguenti dati:

Legame Energia di legame ΔH kJ . mol-1

N=O 625

O=O 489

N-H 389

O-H 460

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N(-3) N(+2) + 5e-

O(0) + 2e- O (-2)

2N(-3) 2N(+2) + 10e-

5O(0) + 10e- 5O(-2)

2NH3 + 5/2O2 2NO + 3H2O

H°reaz.= HB rotti - HB formati = 6ΔH(N-H) + 5/2 ΔH(O=O) – [2. ΔH(N=O) + 6ΔH(O-H)] = (6x389) + 5/2(489) –[ 2(625) + 6(460)] = - 454 kJ

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Determinare il ΔH° di reazione di: CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g), determinare inoltre l’energia del legame O=C=O dai seguenti dati :

Legame Energia di legame ΔH kJ . mol-1

C=O 1076

H-H 436

O-H 460

Entalpie di formaz. ΔH° / kJ . mol-1

CO(g) -110,5

CO2(g) -393,5

H2O(g) -241,8

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ΔH°r = ΔH°f(CO2) – [ΔH°f(CO) + ΔH°f (H2O)] = -393,5 - (- 110,5 – 241,8) = -41,2 kJ mol-1

H°reaz.= HB rotti - HB formati = ΔH(C=O) +2 ΔH(O-H) – [ 2ΔH(C=O) + ΔH(H-H)]

-41,2 = 1076 + (2 x 460) - 2ΔH(C=O) – 436 ΔH(C=O) = 800 kJ mol-1

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SOSTANZA Entalpia di formazione standard

NO(g) +90,25 kJ . Mol-1

H2O(g) -241,8

AlCl3(s) -704

Al2O3(s) -1675

NH4ClO4(s) -295

Data la reazione NH4ClO4(s) + Al(s) NO(g) + H2O(g) + Al2O3(s)

+ AlCl3(s), bilanciarla e determinarne la variazione di entalpia

standard. NB: NH4+

ClO4-

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NH4ClO4(s) + Al(s) NO(g) + H2O(g) + Al2O3(s)+ AlCl3(s)

3NH4ClO4(s) + 3Al(s) 3NO(g) + 6H2O(g) + Al2O3(s)+ AlCl3(s)

NH4+(-3) N(+2) + 5e-

Al(0) Al(+3) + 3e-

___________________ 8e-

ClO4- (+7) + 8e- Cl(-1)

NH4ClO4(s) + Al(s) NO(g) + 2H2O(g) + 1/3Al2O3(s)+ 1/3AlCl3(s)

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NH4ClO4(s) + Al(s) NO(g) + 2H2O(g) + 1/3Al2O3(s)+ 1/3AlCl3(s)

ΔH°r = ΔH°f (NO)g + 2ΔH°f (H2O)g + 1/3ΔH°f (Al2O3)s + 1/3ΔH°f(AlCl3)s – ΔH°f (NH4ClO4 )s =

=[90,25 +2(-241,8) +1/3(-1675) + 1/3(-704)] -(-295) = - 891KJ.mol-1

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Calcolare la densità entalpica del TNT C7H5N3O6, sapendo che: ΔH°f(TNT) = - 67 KJ.mol-1 e d(TNT) = 1,65 g.cc-1. ΔH°f(CO2) = - 393,5 kJ mol-1 ; ΔH°f(H2O) =-241,8 kJ mol-1

2C7H5N3O6(s) + 21/2O2(g) 14CO2(g) + 5 H2O(g) + 3N2(g)

2ΔH°comb.(TNT) = 14ΔH°f(CO2) + 5ΔH°f(H2O) - 2ΔH°f(TNT) =

14(-393,5) + 5(-241,8) -2(-67) = - 6584 kJ

111

111

11

6,2392850,141650

165065,11000

50,142272

6584

LkJgkJLg

LgccgLcc

gkJmolgmol

kJ

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H2(l) + 1/2O2 (l) H2O(g) (1) () (2)

Sapendo che l’entalpia di combustione dell’idrogeno liquido H° = -237 kJ . mol-1 e che la sua densità è di 89 g . L-1,calcolarne l’entalpia specifica e la densità entalpica.Calcolare inoltre il volume di vapor d’acqua misurato a 25°C e 1 atm prodotto teoricamente dalla combustione di 1 L di idrogeno liquido.

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Entalpia specifica H2(liq)

Densità entalpica H2(liq)

11

1

5,1182

237

gkJmolg

molkJ

11

11

105462

89237

LkJ

molg

LgmolkJ

L 4,10871

298082,05,44

5,442

891

avaporeacqu

11

1

idrogeno

P

nRTV

Lmolmolg

LgLmol

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Per le reazioni dell’altoforno di riduzione: indiretta Fe2O3(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g) e diretta: Fe2O3(s) + C(s) Fe(s) + CO(g) sono noti:ΔH°f(CO)= -110,8 kJ/mol ; ΔH°f(CO2)= -393,5 kJ/mol ; ΔH°f (Fe2O3)= - 822 kJ/mol. Bilanciare le due reazioni e calcolare il calore scambiato teoricamente nella formazione di 1 kg di ferro.

Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g) Fe2O3(s) + 3C(s) 2Fe(s) + 3CO(g)

ΔH°1 = 3 ΔH°f(CO2) - [3ΔH°f(CO) + ΔH°f(Fe2O3)]= -3 (393,5) – (-3 . 110,5 - 822)= -26,8 kJ ΔH°2 = 3 ΔH°f(CO) - ΔH°f(Fe2O3)= -3 . 110,5 + 822,2 = + 490,7 kJ

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a)endotermic reaz. assorbito, (calore 76,439190,172

7,490

)esotermica reaz. ceduto, (calore kJ92,23990,172

8,26

(Fe)90,1785,55

10001

kJmolmol

kJ

molmol

kJ

molmolg

g

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E’ data la reazione: N2O4 (l) +N2H4 (l) N2(g) + H2O(g) (da bilanciare).Sapendo che le entalpie standard di formazione sono:-242 kJ mol-1 per l’acqua, -19,56 per l’ossido di azoto, 50,63 per l’idrazina, calcolarne l’entalpia di reazione e quella specifica.

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N 2O4 (l) + N2H4(l) N2(g) + H2O(g)

2x[2N (-2) 2N(0) + 4 e- ]

2N (+4) + 8 e- 2N(0)

N 2O4 (l) + 2N2H4(l) 3N2(g) + 4H2O(g)

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N 2O4 (l) + 2N2H4(l) 3N2(g) + 4H2O(g)

H°r = 4Hf (H2O)g – [Hf (N2O4)l - 2H°f (N2H4)l ]=

4(-242) – [-19,56 + (50,63 . 2)] = -1049,7 KJ.mol-1

N N

O

O

O

O

N N

H H

HH

522x(53x(124x2(52) (10) (36) (8)

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N 2O4 (l) + 2N2H4(l) = 92 + 2 . 32 = 156

Entalpia specifica della miscela stechiometrica

11

1

73,6156

7,1049

gKJ

molg

molKJ