Química 5. Energía y entropía

1. Calcule el trabajo a presión constante 150 kPa cuando se multiplica por 5 el volumen de un recipiente que contiene 10 L de vapor de agua. La temperatura permanece invariable. Datos. Densidades: agua líquida = 1000 kg/m3 ; agua sólida = 917 kg/m3 . R= 8,31 J/mol.K .
2. Calcule la variación de energía interna de un sistema en cada uno de los cuatro casos: a) absorbe 300 kJ de calor y el trabajo de expansión es 200 kJ; b) absorbe 300 kJ de calor y el trabajo de comprensión es 200 kJ; c) libera 300 kJ de calor y el trabajo de expansión es 200 kJ; d) libera 300 kJ de calor y el trabajo de comprensión es 200 kJ.
3. En la reacción de combustión del metano / butano / octano / etanol. a) Calcule el calor desprendido cuando reaccionan o se producen 2 kg de combustible / oxígeno / dióxido de carbono / agua. b) Calcule la masa de combustible / oxígeno / dióxido de carbono / agua cuando se desprenden 5 MJ de calor. Datos. Entalpías normales de reacción (kJ/mol) a 298 K para dar H2O (l) + CO2 (g) del: metano CH4 (g) = -889,5 ; butano C4H10 (g) = -2875,8 ; octano C8H18 (l) = -5465,3 ; etanol C2H6O (l) = -1365,6 .
4. Calcule la entalpía de la reacción: combustión del metano / combustión del butano / combustión del etanol / oxidación del monóxido de nitrógeno para dar dióxido de nitrógeno / oxidación del dióxido de azufre para dar trióxido de azufre. Las tres combustiones producen agua gas. Datos: Entalpías normales de formación (kJ/mol) a 298 K del CH4 (g) = -74,9 ; C4H10 (g) = -124,7 ; C2H6O (l) = -277,6 ; CO (g) -282,5 ; CO2 (g) = -393,5 ; H2O (l) = -285,8 ; H2O (g) = -241,8 ; SO2 (g) = - 296,1 ; SO3 (g) = - 395,2 ; NO (g) = 90,4 ; NO2 (g) = 33,2 .
5. Calcule la variación de entropía de vaporización / fusión de un mol de agua a 100 / 0 ºC. Datos. Calor de fusión del agua = 6,019 kJ/mol; calor de vaporización del agua = 40,410 kJ/mol. 
6. Calcule la variación de la energía libre de Gibbs de la reacción de formación de alanina / glicina / ácido aspártico a partir de sus elementos a 36 ºC. Datos. Entalpías normales de formación (kJ/mol) a 298 K: alanina = -563,6 ; glicina = -528,4 ; ácido aspártico = -973,6. Entropías normales de formación (J/mol.K) a 298 K: alanina (C3H7O2N) = -644 ; glicina (C2H4O2N) = -431 ; ácido aspártico (C4H7O4N) = - 812. Suponemos que ambas, entalpía y entropía, permanecen invariables con la temperatura.
7. Pronostique la evolución espontánea (si / no) de las reacciones químicas siguientes:

∆H ∆S ∆G              ¿Espontánea?
¿? ¿?                    200 K 2000 K

S (s) + O2 (g)  -> SO2 (g) < 0

N2 (g) + 3 H2 (g) -> 2 NH3 (g) < 0

CO2 (g) -> C (s) + O2 (g) > 0

2 H2O (g) -> 2 H2 (g) + O2 (g) > 0

2 NO2 (g) -> N2 (g) + 2 O2 (g) < 0

CaCO3 (s) -> CO2 (g) + CaO (s)        > 0

Fe2O3 (s) + H2O (l) -> Fe(OH)3 (s) < 0

3 O2 (g) -> 2 O3 (g)   > 0

O2 -> 2 O > 0

2 N -> N2 < 0

Química 6. Química orgánica

1º. Formule y nombre:

1. un hidrocarburo saturado / insaturado de ___ carbonos
2. un hidrocarburo acíclico / cíclico de ___ carbonos
3. un hidrocarburo alifático / aromático de ___ carbonos
4. un hidrocarburo halogenado (fluor, cloro, bromo, yodo) de ___ carbonos
5. un aldehído /  cetona de ___ carbonos
6. un alcohol / éter de ___ carbonos
7. un ácido carboxílico / éster de ___ carbonos
8. una amina de ___ carbonos
9. una amida de ___ carbonos
10. un nitrilo de ___ carbonos

2º. Formule y nombre un isómero de cada uno de los diez compuestos anteriores. Hágalo de tal manera que entre los diez isómeros existan tres con isomería plana (de cadena, de función y de posición) y dos con estereoisomería (geométrica y óptica).

Química 6. Equilibrio

1. A 350 ºC se establece el equilibrio N2 (g) + 3 H2 (g) <=> 2 NH3 (g) . En un recipiente de 10 litros introducimos _____ moles de hidrógeno y ___ moles de nitrógeno. Hallamos que en el equilibrio habrá _____ moles de amoníaco. Calcule Kc / Kp . R= 0,082 atm.l/ mol.K .

2. A 200 ºC se establece el equilibrio PCl5 (g) <=> PCl3 (g) + Cl2 (g) . En un recipiente de 5 litros se introducen _____ moles de pentacloruro de fósforo; la presión de la mezcla en equilibrio es ______ atm. Calcule Kp / Kc . R= 0,082 atm.l / mol.K .

3. A 550 ºC se establece el equilibrio CO2 (g) + H2 (g) <=> CO (g) + H2O (g) cuya constante de equilibrio Kc = 0,14. a) Introducimos en un recipiente de 5 litros, ___ moles de dióxido de carbono, ___ moles de hidrógeno; calcule la composición de la mezcla en el equilibrio. b) A la mezcla anterior le añadimos ____ moles de __________ . Calcule la composición de la mezcla en el equilibrio. R= 0,082 atm.l / mol.K .

4. Para el cloruro de plata / sulfuro de plata /  hidróxido de aluminio / tetraoxofosfato (V) de plomo (II), calcule: a) su solubilidad; b) la concentración de los iones disueltos; c) la masa que se disuelve en 10 litros de agua; d) su solubilidad en una disolución ____ M de hidróxido sódico / cloruro potásico / nitrato de plata / tetraoxofosfato (V) de sodio. Constantes del producto de solubilidad a 25 ºC : AgCl = 1.10-10 / Ag2S = 1,6.10-49 / Al(OH)3 = 2,0.10-30 / Pb3(PO4)2 = 10-32. Masas atómicas (umas) H= 1, O= 16, Al= 27 , S= 32 , Cl= 35,5 , Ag= 108 , P= 31, Pb= 207,2.

5. En los equilibrios siguientes diga si aumenta, disminuye o permanece inmutable la cantidad de productos obtenidos cuando: a) aumenta / disminuye la temperatura; b) con / sin catalizador; c) aumenta la presión total; d) aumenta el volumen del recipiente; e) aumenta la presión parcial de ________; f) disminuye la concentración de _______. Argumente brevemente la respuesta.
1. 2 NH3 (g) <=> 3 H2 (g) + N2 (g) endotérmica
2. 2 NO (g) + O2 (g) <=> 2 NO2 (g) exotérmica
3. 2 Fe(OH)3 (s) <=>  3 H2O(g)+ Fe2O3 (s)  ∆H > 0
4. CO (g) + 2H2 (g) <=> CH3OH (g) ∆H < 0
5. 2 SO2 (g) + O2 (g) <=> 2 SO3 (g) exotérmica
6. (NH4)2CO3 (s) <=> 2 NH3 (g) + CO2 (g) + H2O (l) endotérmica
7. Fe2(CO3)3 (s) <=> 3 CO2 (g) + Fe2O3 (s)   ∆H > 0
8. 2 H2 (g) + O2 (g) <=> 2 H2O (l)   ∆H < 0

6. Indique si las sustancias siguientes se disolverán / precipitarán más / permanecerán inmutables. Argumente brevemente la respuesta:

1. tetraoxosulfato (VI) de magnesio: se añade tetraoxosulfato (VI) de sodio
2. sulfuro de cobre (II): se añade amoníaco (que reacciona  con el  cobre (II) )
3. trioxocarbonato (IV) de calcio: se añade trioxonitrato (V) de calcio
4. trihidróxido de hierro: se añade ácido clorhídrico
5. yoduro de plata: se añade cloruro de potasio