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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)
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
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
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
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
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
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
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
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-
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)
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
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
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.
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
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
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
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.
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)
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)
N 2O4 (l) + 2N2H4(l) = 92 + 2 . 32 = 156
Entalpia specifica della miscela stechiometrica
11
1
73,6156
7,1049
gKJ
molg
molKJ