LEGGE DI HESS E CALORI DI REAZIONE :ESERCIZI

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Il calore di   reazione non è altro che il calore  emesso o acquistato  in una reazione chimica. Il calore di reazione ΔHreaz è il risultato della differenza

∑ Hprodotti – ∑ Hreagenti = ΔHreaz

se la differenza produce un valore negativo significa che i prodotti possiedono un contenuto termico H più basso rispetto a quello dei reagenti e quindi durante la reazione si produce calore cioè si ha una reazione ESOTERMICA. Se invece i prodotti possiedono un contenuto termico maggiore rispetto ai reagenti, allora la differenza fornisce un valore positivo e la reazione avviene con assorbimento di calore cioè si ha una reazione ENDOTERMICA.

Essendo ΔH = Q possiamo quindi scrivere :

ΔH = – Q per una reazione esotermica essendo il ΔHreaz  negativo (segno – perchè il sistema emette calore)

ΔH = Q per una reazione endotermica essendo ΔHreaz  positivo (segno + perchè il sistema riceve calore)

I calori di reazione vengono spesso ottenuti sperimentalmente, ma per molte reazioni questo non è possibile per vari motivi tra cui vi è ad es. la formazione di composti indesiderati e quindi il valore misurato non corrisponde al valore reale. In questi casi si ricorre a calcoli che permettono di ottenere il ΔH di reazione ciò perchè sappiamo che ΔH è una funzione di stato che dipende dallo stato iniziale e da quello finale e non dalle modalità con cui si perviene allo stato finale.

In relazione a quanto sopra, la legge di Hess si può esprimere nel modo seguente:

"L'entalpia di una data reazione chimica è costante, sia che la reazione avvenga  in 
uno o in molti passaggi".
Un altro modo di esprimere  la legge di Hess è:
"Se un'equazione chimica, può essere scritta come somma di diverse altre reazioni ,
la  variazione di entalpia della prima equazione, è uguale alla somma delle variazio-
ni di entalpia delle altre equazioni chimiche".

Per fare un esempio consideriamo la reazione :
(s) + ½ O2(g) = CO(g)
se utilizzassimo un calorimetro ad acqua per la combustione del C otterremmo un dato errato in quanto nella reazione di formerebbe anche CO2. Tuttavia, possiamo calcolare ugualmente il calore della reazione C (s) + ½ O2(g) = CO(g)  in quanto sono noti i calori di combustione sia del C che del CO   che si ottiene, infatti:

C(s) + O2(g)= CO2(g)                   ΔH = – 94.05 kcal/mol
CO(g) + ½ O2(g) = CO2(g)         ΔH = – 67.41 kcal/mol
tornando alla reazione

(s) + ½ O2(g) = CO(g)         scriviamo i valori dei ΔH di combustione relativi 

-94,05              →  -67,41

poichè sappiamo che

∑ Hprodotti– ∑ Hreagenti = ΔHreaz 

∑ ΔHprodotti– ∑ ΔHreagenti = ΔHreaz 

si deduce che per la reazione data sopra si ha

ΔHreaz  = – 94.05 kcal/mol  –  (– 67.41 kcal/mol) = – 94.05 + 67,41 = – 26.64 kcal/mol

infatti se scriviamo le reazioni

C(s) + O2(g) →CO2(g)      C (s) + ½ O2(g) = CO(g) 

CO2(g) →CO(g) + ½ O2(g)  ΔH =  +67.41 kcal/mol  (essendo questa reazione l’inversa di quella di combustione)

se sommiamo le due reazioni e semplifichiamo, otteniamo

(s) + ½ O2(g) = CO(g)   ΔH= +  67.41 – – 94.05 =– 26.64 kcal/mol

 

facciamo un altro esempio

calcoliamo il ΔH della trasformazione seguente:

C (s, graphite) —> C (s, diamond) ΔH° = ??? kJ

avrai notato che sul ΔΗ vi è il simbolo °  cioè abbiamo scritto ΔΗ° ebbene esso indica che la trasformazione avviene in condizioni standard  ed in questa discussione ometteremo il simbolo e indicheremo i ΔΗ° solo come ΔΗ.

La reazione di trasformazione del carbonio non può essere esaminata direttamente in laboratorio,questo perché, indipendentemente dalla bassa entalpia, la reazione richiede
un’energia di attivazione 
molto alta per far partire la reazione. La conseguenza è che il valore dell’entalpia non può essere determinato direttamente in quasi tutti i laboratori e, in quelli che possono farlo il processo è molto, molto difficile.La legge di Hess permette tuttavia di calcolare il ΔΗ.Infatti si conoscono le entalpie delle equazioni 

C (s, graphite) + O2(g) —> CO2(g) ΔH° = -393.5 kJ
C (s, diamond) + O2(g) —> CO2(g) ΔH° = -395.4 kJ

se invertiamo la seconda reazione e cambiamo ovviamente il segno di ΔΗ avremo

C (s, graphite) + O2(g) —> CO2(g) ΔH° = -393.5 kJ
CO2(g) —> C (s, diamond) + O2(g) ΔH° = +395.4 kJ

se sommiamo membro a membro le due equazioni

C (s, graphite) + O2(g)  + CO2(g) –>C (s, diamond) + O2(g) + CO2(g)  ΔΗ = -393.5 kJ +395.4 kJ

semplificando si ha proprio la reazione iniziale di cui volevamo conscere il ΔΗ:

C (s, graphite) —> C (s, diamond) quindi il  ΔΗ = -393.5 kJ +395.4 kJ = + 1,9 kJ

L’applicazione della Legge di Hess permette il calcolo di ΔHreaz   se si conoscono ad esempio i ΔHdi formazione dei partecipanti ad una reazione. Per esempio sia la reazione:

CO(NH2)2(s) + H2O(l) → CO2(g) + 2 NH3(g)
ΔΗ di formazione di CO(NH2)2 =−333,51 kJ/mol
ΔΗ di formazione di H2O = −285,83 kJ/mol
ΔΗ di formazione di CO2 =  −393,51 kJ/mol
ΔΗ di formazione di NH3 =  −46,11 kJ/mol
pertanto possiamo scrivere:
CO(NH2)2(s) +     H2O(l)         → CO2(g) +   2  NH3(g)
−333,51           +  −285,83             −393,51  + 2 x −46,11
ΔΗreaz =  (−393,51  + 2 x −46,11) – (−333,51  +  −285,83) = +133,61 
Analogo calcolo è possibile se si conoscono i calori di idrogenazione dei partecipanti alla
reazione.
esempi
Calcola l'entalpia per questa reazione
2C(s) + H2(g) —> C2H2(g) ΔH° =

 Date le seguenti equazioni termochimiche di cui sono noti i calori di formazione:

C2H2(g) + 52O2(g) —> 2CO2(g) + H2O(ℓ) ΔH° = -1299.5 kJ
C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH° = -393.5 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ) ΔH° = -285.8 kJ
Cosa dobbiamo fare alle tre equazioni date per ottenere la nostra equazione 
finale?

    a) prima equazione: riscriverla  in modo da mettere C2H2 sul lato del prodotto
    b) seconda equazione : moltiplicarla per due per ottenere 2C
    c) terza equazione : non fare nulla. Abbiamo bisogno di un H2 sul lato del reagente 

2) riscriviamo le reazioni

2CO2(g) + H2O(ℓ) —> C2H2(g) + 52O2(g) ΔH° = +1299.5 kJ
2C(s) + 2O2(g) —> 2CO2(g) ΔH° = -787 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ) ΔH° = -285.8 kJ

nota che il valore di ΔΗ della prima reazione è cambiato di segno.

Sommando e semplificando si ha:

2C(s) + H2(g) —> C2H2(g)

da cui ricordando che

∑ Hprodotti – ∑ Hreagenti = ΔHreaz

+1299.5 kJ   – 787 kJ) – 285.8 kJ) = ΔΗ=  +226.7 kJ

ancora un esempio

data la seguente reazione calcolare ΔΗ

CS2(ℓ) + 3O2(g) —> CO2(g) + 2SO2(g)

conoscendo i seguenti dati:

C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH = -393.5 kJ/mol
S(s) + O2(g) —> SO2(g) ΔH = -296.8 kJ/mol
C(s) + 2S(s) —> CS2(ℓ) ΔH = +87.9 kJ/mol

soluzione

lasciamo intatta l'eq 1 (infatti CO2 è un prodotto)
moltiplica la seconda eq per 2 ( 2SO2 dal lato del prodotto)
inverti la terza equazione (infatti CS2 è il reagente)

eseguendo le operazioni sopra indicate sulle 3 equazioni date, e sommandole semplificando si ha
C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH = -393.5 kJ/mol
2S(s) + 2O2(g) —> 2SO2(g) ΔH = -593.6 kJ/mol <— note multiply by 2 on the ΔH
CS2(ℓ) —> C(s) + 2S(s) ΔH = -87.9 kJ/mol <— note sign change on the ΔH
cioè 
CS2(ℓ) + 3O2(g) ---> CO2(g) + 2SO2(g)
che è l'equazione di cui vogliamo calcolare ΔΗ
pertanto possiamo scrivere ricordando che 
∑ Hprodotti             -   ∑ Hreagenti = ΔHreaz
 -393,5 - 593,6    -  (-87,9 )        = ΔHreaz = -899,2 kJ/mol

altro esempio
dai seguenti dati:
SrO(s) + CO2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -234 kJ
2SrO(s) —> 2Sr(s) + O2(g) ΔH = +1184 kJ
2SrCO3(s) —> 2Sr(s) + 2C(s, gr) + 3O2(g) ΔH = +2440 kJ

calcola il  ΔH  della seguente reazione:

C(s, gr) + O2(g) —> CO2(g)

soluzione

invertiamo la prima reazione data  in modo che CO2 si trovi a destra della reazione

SrO(s) + CO2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -234 kJ
SrCrO3 → SrO + CO2   ΔH = + 234 kJ (cambia di segno)
lasciamo invariata la seconda
2SrO(s) —> 2Sr(s) + O2(g) ΔH = +1184 kJ
invertiamo la terza perchè C deve essere a sinistra nella reazione e si ha 
2Sr(s) +2 C(s, gr) + 3O2(g) —> 2SrCO3(s) ΔH = -2440 kJ
ma siccome a sinistra vi deve essere solo un atomo di C allora quest'ultima reazione la dividiamo 
per 2 ed otteniamo
Sr(s) + C(s, gr) + 32O2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -1220 kJ
in definitiva abiamo le tre reazioni 
SrCO3(s) —> SrO(s) + CO2(g) ΔH = +234 kJ
SrO(s) —> Sr(s) + 12O2(g) ΔH = +592 kJ
Sr(s) + C(s, gr) + 32O2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -1220
e sommando membro a membro e semplificando si ha :

C(s, gr) + O2(g) ---> CO2(g)   ΔΗ = 234 +592 - 1220 =-394 kj 
che è il calore di formazione di CO2

ancora un esempio

dai seguenti dati

2NO(g) + O2(g) —> 2NO2(g) ΔH = -116 kJ
2N2(g) + 5O2(g) + 2H2O(ℓ) —> 4HNO3(aq) ΔH = -256 kJ
N2(g) + O2(g) —> 2NO(g) ΔH = +183 kJ

calcolare ΔΗ per la seguente reazione:

3NO2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH = ???

Solution:

1) analizziamo ciò che dobbiamo fare:

a) invertiamo la prima reazione e moltiplichiamo per 32 (questo fornisce  3NO2 e 3NO  che sono necessari per ottenere NO nella risposta finale)b) dividere la seconda equazione per  2 (il che ci fornisce 2 HNO3 nella risposta finale)

c)  invertiamo la terza equazione (il che cancella 2NO così come N2)

2) osserviamo l’ossigeno:

a)  secondo il punto 1a  32O2 saranno sulla destra
b) secondo il punto 1b  52O2 saranno a sinistra
c) secondo il punto 1c  22O2 saranno sulla destra

Inoltre  a e c danno 52O2 sulla destra per cancellare  52O2 sulla sinistra

3) Applicando quanto detto sopra

3NO2(g) —> 3NO(g) + 32O2(g) ΔH = +174 kJ
N2(g) + 52O2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) ΔH = -128 kJ
2NO(g) —> N2(g) + O2(g) ΔH = -183 kJ

4) sommare le reazioni ed il ΔΗ:

+174 + (-128) + (-183) = -137 kJ

3NO2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH = -137 kJ

altro esempio

calcolare il ΔΗ della reazione

CH4(g) + NH3(g) —> HCN(g) + 3H2(g)

dai dati seguenti:

N2(g) + 3 H2(g) —> 2 NH3(g) ΔH = -91.8 kJ
C(s) + 2 H2(g) —> CH4(g) ΔH = -74.9 kJ
H2(g) + 2 C(s) + N2(g) —> 2 HCN(g) ΔH = +270.3 kJ

Solutione:

1) effettuiamo le azioni sulle reazioni date:

a)invertire l’equazione 1 e dividerla per 2  ( questo pone  NH3 sul lato dei reagenti)
b) invertiamo la seconda equazione (questo pone CH4 sul lato dei reagenti)
c) dividiamo peer 2 la terza equazione  (pone  HCN sul lato dei prodotti)

2) Riscriviamo pertanto le reazioni ottenute dopo le operazioni fatte sopra:

NH3(g) —> 12N2(g) +32H2(g) ΔH = +45.9 kJ (il segno è cambiato e si è diviso per 2)
CH4(g) —> C(s) + 2 H2(g) ΔH = +74.9 kJ il segno è cambiato
12H2(g) + C(s) + 12N2(g) →HCN(g) ΔH = +135.15 kJ si è diviso per 2

3) sommando le equazioni e semplificando otteniamo:
CH4(g) + NH3(g) —> HCN(g) + 3H2(g)

4) Calcoliamo adesso il  ΔH :

+45.9 kJ  +74.9 kJ  +135.15 = 255.95 kJ = 260. kJ (nota che le cifre significative devono essere solo 3 per cui 255,95 è approssimato a 256 e quindi a 260)

altro esempio

calcolare il ΔΗ per la reazione seguente :

NO2(g) + 72H2(g) —> 2H2O(ℓ) + NH3(g)

dai seguenti dati:

2NH3(g) —> N2(g) + 3H2(g)                               ΔH° = +92 kJ

12N2(g) + 2H2O(ℓ) —> NO2(g) + 2H2(g)          ΔH° = +170 kJ

Soluzione

consideriamo la prima reazione ed osserviamo che dobbiamo considerare solo una molecola di NH3 in quanto nella reazione con ΔΗ incognito compare solo una volta infatti la reazione è:

NO2(g) + 72H2(g) —> 2H2O(ℓ) + NH3(g)

pertanto

2NH3(g) —> N2(g) + 3H2(g)                               ΔH° = +92 kJ

deve essere riscritta :

12N2(g) + 32H2(g) —> NH3(g) ΔH° = -46 kJ 

(nota che abbiamo diviso per 2 ed invertito la reazione !)

la seconda reazione

 12N2(g) + 2H2O(ℓ) ---> NO2(g) + 2H2(g) 

dev'essere invertita perché nella reazione a ΔΗ incognito NO2 compare a sinistra perciò 
la riscriviamo:
   NO2(g) + 2H2(g) ---> 12N2(g) + 2H2O(ℓ)      ΔH° = -170 kJ 
adesso sommiamo le due reazioni e semplifichiamo e sommiamo anche i ΔH ed otteniamo:
NO2(g) + 72H2(g) ---> 2H2O(ℓ) + NH3(g)     ΔΗ= -46 + -170 = -216 kJ
ancora un esempio
calcolare il ΔΗ per la reazione:
N2(g) + 2O2(g) ---> 2NO2(g)
dai seguenti dati:
N2(g) + O2(g) ---> 2NO(g)          ΔH° = +180 kJ 
2NO2(g) ---> 2NO(g) + O2(g)    ΔH° = +112 kJ 
soluzione
la prima reazione deve rimanere immutata in quanto N2 compare a sinistra nella reazione 
a ΔΗ incognito perciò
N2(g) + O2(g) ---> 2NO(g)          ΔH° = +180 kJ 
La seconda reazione 
2NO2(g) ---> 2NO(g) + O2(g)
invece va invertita perchè NO2  nella reazione a ΔΗ incognito si trova a destra pertanto:
2NO(g) + O2 --> 2NO2    ΔΗ = - 112 kJ
sommando le due reazioni riscritte e semplificando si ha 
N2(g) + 2O2(g) ---> 2NO2(g)    ΔΗ = - 112 kJ + 180 kJ = 68 KJ /mol

ancora esempi
dai seguenti dati :
2NO(g) ---> N2(g) + O2(g)                         ΔH = -180.6 kJ 
N2(g) + O2(g) + Cl2(g) ---> 2NOCl(g)     ΔH = +103.4 kJ 
calcolare il ΔΗ per la reazione

2NOCl(g) —> 2NO(g) + Cl2(g)

soluzione

sia la prima reazione che la seconda devono essere invertite in quanto Cl2  ed NO si trovano a destra  della reazione con ΔΗ incognito

N2(g) + O2(g) —> 2NO(g)                       ΔH = +180.6 kJ

2NOCl(g) —> N2(g) + O2(g) + Cl2(g)    ΔH = -103.4 kJ

sommando e  semplificando si ottiene

2NOCl(g) —> 2NO(g) + Cl2(g) ΔΗ = +180.6 + (-103.4) = +77.2

altro esercizio

Il carbon suboxido, C3O2,è un gas a temperatura ambiente  is a gas at room temperature. Usa i dati forniti per calcolare il calore di formazione  del carbon suboxido.

2CO(g) + C(s) —> C3O2(g) ΔH° = +127.3 kJ
CO(g) ΔH°f = -110.5 kJ

Soluzione:

1) la reazione di formazione del subossido è :

3C(s) + O2(g) —> C3O2(g)

2) scriviamo la reazione di formazione del CO:

C(s) + 12O2(g) —> CO(g)     ΔH°f = -110.5 kJ

moltiplichiamo per 2 (per cancellare 2CO quando si sommeranno le reazioni)

2C(s) + O2(g) —> 2CO(g)  ΔH = -221.0 kJ

3)  scrivere le due reazioni da sommare:

2CO(g) + C(s) —> C3O2(g)  ΔH° = +127.3 kJ

2C(s) + O2(g) —> 2CO(g)  ΔH = -221.0 kJ

sommiamo, semplifichiamo ed otteniamo

3C(s) + O2(g) —> C3O2(g)     ΔΗf = +127.3 kJ + (-221.0 kJ)

 ΔΗf =  – 93.7 kJ

Esempio ulteriore

Durante la scarica di una batteria di accumulatori al piombo, si verifica la seguente reazione chimica:

Pb + PbO2 + 2H2SO4 —> 2PbSO4 + 2H2O

Using the following two reactions:

(1) Pb + PbO2 + 2SO3 —> 2PbSO4  ΔH° = -775 kJ

(2) SO3 + H2O —> H2SO4     ΔH° = -775 kJ

Determinare l'entalpia della reazione  di scarica sopra scritta
Soluzione :

1) moltiplicare l’ equazione (2) per  2:

2SO3 + 2H2O —> 2H2SO4 ΔH = -226 kJ

2)invertiamo reagenti e prodotti nella reazione (2). Il segno dell’entalpia diviene positivo. come vediamo nell’equazione  (3):

(3) 2H2SO4 —> 2SO3 + 2H2O ΔH° = 226 kJ

3) sommare le equazioni (1) e (3):

Pb + PbO2 + 2SO3 + 2H2SO4 —> 2PbSO4 + 2SO3 + 2H2O

4) sommare le entalpie delle equazioni (1) e (3):

Pb + PbO2 + 2H2SO4 —> 2PbSO4 + 2H2O ΔH° = -549 kJ

ancora esempi

Le variazioni entalpiche standard della combustione di glucosio ed etanolo sono rispettivamente 
 -2820 e -1368 kJ mol¯ Il Glucosio, C6H12O6, può essere convertito in etanolo.

C6H12O6(s) —> 2C2H5OH(ℓ) + 2CO2(g)

calcolare la variazione di entalpia per questa reazione.

Soluzione:

1) scrivere le reazioni di combustione del glucosio e dell’etanolo

C6H12O6(s) + 6O2(g) —> 6CO2(g) + 6H2O(ℓ)   ΔH = -2820 kJ

C2H5OH(ℓ) + 3O2(g) —> 2CO2(g) + 3H2O(ℓ)   ΔH = -1368 kJ

2) inertire la reazione 2 e moltiplichiamo per 2

4CO2(g) + 6H2O(ℓ) —> 2C2H5OH(ℓ) + 6O2(g)   ΔH = +2736 kJ

sommiamo e semplifichiamo ed otteniamo:
C6H12O6(s) —> 2C2H5OH(ℓ) + 2CO2(g)    ΔH = -84 kJ

 

esempio

Determinare il calore di reazione per l’ossidazione del ferro:

2Fe(s) + 32O2(g) —> Fe2O3(s)

date le seguenti reazioni:

2Fe(s) + 6H2O(ℓ) —> 2Fe(OH)3(s) + 3H2(g)  ΔH = +322 kJ

e2O3(s) + 3H2O(ℓ) —> 2Fe(OH)3(s)  ΔH = +289 kJ

2H2(g) + O2(g) —> 2H2O(ℓ)  ΔH = 572 kJ

Soluzione:

lasciamo inalterata la prima reazione

2Fe(s) + 6H2O(ℓ) —> 2Fe(OH)3(s) + 3H2(g)  ΔH = +322 kJ

invertiamo la seconda reazione

2Fe(OH)3(s) —> Fe2O3(s) + 3H2O(ℓ)    ΔH = -289 kJ

moltiplichiamo la terza reazione per 3/2

3H2(g) + 32O2(g) —> 3H2O(ℓ)   ΔH = –858 kJ

sommiamo le reazioni e semplifichiamo ottenendo

2Fe(s) + 32O2(g) —> Fe2O3(s) ΔH = -825 kJ

Problema #1:

I calori di combustione di C, H2 e CH4 a 298 K e 1 atm sono rispettivamente -393 kJ   / mol, -286 kJ / mol e -892 kJ / mol.

 Qual è l'entalpia di formazione di CH4 ?

Soluzione:

1)  le reazioni sono

C + O2 —> CO2   ΔH = -393 kJ

H2 + 12O2 —> H2O   ΔH = -286 kJ

CH4 + 2O2 —> CO2 + 2H2O   ΔH = -892 kJ

la reazione di formazione del metano CH4 è :
C + 2H2 —> CH4

lasciamo inalterata la reazione 1

dividiamo la seconda per 2

invertiamo la terza reazione

sommando e semplificando si ha

C + 2H2 —> CH4  Δ  Ηf = (-393) + 2(-286) + 892) = -393 – 572 + 892= 73 KJ/mol

problema 2

Il calore standard di combustione del benzene è -3271 kJ / mol, per CO2  è -394 kJ / mol e per 
H2O è -286 kJ / mol. Calcola il calore standard di formazione del benzene.
soluzione
la reazione di combustione  del benzene è:
C6H6 + 152O2 ---> 6CO2 + 3H2O   ΔH = -3271 kJ
l'entalpia di formazione del benzene  può essere calcolata ricordando che 

ΔΗreaz = ∑prodotti – ∑reagenti  possiamo scrivere

-3271 = [(6) (-394) + (3) (-286)] – [ΔΗC6H6 + (15/2) (0)]

da cui ΔΗC6H6 = 49 kJ/mol

Problema #3:

I calori di combustione per l’idrogeno metano ed etano  sono rispettivamente

-285.8, -890.4  e -1559.9 kJ/mol  a  298K. Calcolare  ( alla stessa temperatura)il calore di reazione della seguente reazione:

2CH4(g) —> C2H6(g) + H2(g)

Soluzione:

sappiamo che :

 H2 + 12O2 ---> H2O    ΔH = -285.8 kJ 

CH4 + 2O2 —> CO2 + 2H2O  ΔH = -890.4 kJ

C2H6 + 72O2 —> 2CO2 + 3H2O   ΔH = -1559.9 kJ

invertiamo la prima reazione perchè l’H è  un prodotto della reazione di cui intendiamo ottenere il ΔΗ

moltiplichiamo per 2 la seconda reazione per ottenere 2 CH4

invertiamo la terza per ottenere C2H6 come prodotto

H2O —> H2 + 12O2       ΔH = +285.8 kJ

2CH4 + 4O2 —> 2CO2 + 4H2O  ΔH = -1780.8 kJ

2CO2 + 3H2O —> C2H6 + 72O2     ΔH = +1559.9 kJ

sommando e semplificando si ha :

2CH4(g) —> C2H6(g) + H2(g)   ΔΗreaz. = +1559,9 + (- 1780,8) + 285,8  ΔΗreaz.=64,9 KJ

Problema 4:

Calcolare l’entalpia standard per la riduzione dell’ossido di  Fe(II) con CO dai seguenti dati:

FeO(s) + CO(g) —> Fe(s) + CO2(g)

3Fe2O3(s) + CO(g) —> 2Fe3O4(s) + CO2(g)  ΔH = -48.26 kJ

Fe2O3(s) + 3CO(g) —> 2Fe(s) + 3CO2(g)  ΔH = -23.44 kJ

Fe3O4(s) + CO(g) —> 3FeO(s) + CO2(g)   ΔH = +21.79 kJ

soluzione

invertiamo l’equazione 1 in modo da avere Fe3O4 sul lato sinistro

moltiplichiamo l’equazione 2 per 3 in modo da avere 3Fe2O3

invertiamo la reazione 3 e moltiplichiamo per 2

2Fe3O4(s) + CO2(g) —> 3Fe2O3(s) + CO(g)  ΔH = +48.26 kJ

3Fe2O3(s) + 9CO(g) —> 6Fe(s) + 9CO2(g)   ΔH = -70.32 kJ

6FeO(s) + 2CO2(g) —> 2Fe3O4(s) + 2CO(g)  ΔH = -43.58 kJ

sommando queste reazioni si ha

6FeO(s) + 6CO(g) —> 6Fe(s) + 6CO2(g)

l’entalpia di reazione è : ΔΗreaz. = +48.26 + (-70.32) + (-43.58) = -65.64 kJ

Problema 5:

Calcolare l’entalpia per la seguente reazione:

2C(s) + H2(g) —> C2H2(g) ΔH° = ??? kJ

sapendo che :

C2H2(g) + 52O2(g) —> 2CO2(g) + H2O(ℓ) ΔH° = -1299.5 kJ
C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH° = -393.5 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ) ΔH° = -285.8 kJ

Soluzione

 a)invertiamo la prima reazione  in modo da mettere C2H2 sul lato dei prodotti
b)  moltiplicare per due  la seconda reazione per ottenere 2C
c)lasciamo intatta la terza reazione

2) Riscriviamo tutte e tre le reazioni  con le modifiche applicate:

2CO2(g) + H2O(ℓ) —> C2H2(g) + 52O2(g) ΔH° = +1299.5 kJ
2C(s) + 2O2(g) —> 2CO2(g) ΔH° = -787 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ) ΔH° = -285.8 kJ

Notice that the ΔH values changed as well.

3) semplifichiamo le quantità dei reagenti e prodotti

2CO2
H2O
52O2

4)  sommiamo i valori di  ΔH ed otteniamo la risposta al quesito

+1299.5 kJ + (-787 kJ) + (-285.8 kJ) = +226.7 kJ


esempio 6 : Calcolare  l’entalpia per la reazione::

CS2(ℓ) + 3O2(g) —> CO2(g) + 2SO2(g)

sapendo che :

C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH = -393.5 kJ/mol
S(s) + O2(g) —> SO2(g) ΔH = -296.8 kJ/mol
C(s) + 2S(s) —> CS2(ℓ) ΔH = +87.9 kJ/mol

Soluzione:

lasciamo immutata la reazione 1  ( CO2 infatti compare tra i prodotti)
moltiplichiamo per 2 la seconda reazione ( 2SO2 si ha così sul lato dei prodotti)
invertire la terza reazione  ( CS2 deve comparire tra i reagenti)

C(s) + O2(g) —> CO2(g) ΔH = -393.5 kJ/mol
2S(s) + 2O2(g) —> 2SO2(g) ΔH = -593.6 kJ/mol
CS2(ℓ) —> C(s) + 2S(s) ΔH = -87.9 kJ/mol

semplifichiamo e sommiamo

ΔH = -393.5 +  (-593.6 ) + ( -87.9 ) = 1075 kJ/mol

 


Problema 7:

date le seguenti reazioni:

SrO(s) + CO2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -234 kJ
2SrO(s) —> 2Sr(s) + O2(g) ΔH = +1184 kJ
2SrCO3(s) —> 2Sr(s) + 2C(s, gr) + 3O2(g) ΔH = +2440 kJ

trovare il  ΔHformazione  per  la CO2 nella seguente reazione:

C(s, gr) + O2(g) —> CO2(g)

Soluzione:

 

a invertiamo la prima reazione per avere  CO2 sul lato destrob) dividiamo la seconda reazione per 2

c) invertire al terza reazione  per avere  SrCO3 sul lato destro e dividere per 2 in quanto dobbiamo cancellare solo una molecola di   SrCO3

avremo:

SrCO3(s) —> SrO(s) + CO2(g) ΔH = +234 kJ
SrO(s) —> Sr(s) + 12O2(g) ΔH = +592 kJ
Sr(s) + C(s, gr) + 32O2(g) —> SrCO3(s) ΔH = -1220 kJ

si eliminano

SrCO3, SrO, Sr, 12O2

4) sommiamo i valori di ΔH :

+234 + (+592) + (-1220) = -394

C(s, gr) + O2(g) —> CO2(g) ΔH°f = -394 kJ

 


Problema 8: sapendo che :

2NO(g) + O2(g) —> 2NO2(g) ΔH = -116 kJ
2N2(g) + 5O2(g) + 2H2O(ℓ) —> 4HNO3(aq) ΔH = -256 kJ
N2(g) + O2(g) —> 2NO(g) ΔH = +183 kJ

Calcolare la variazione di entalpia  per la reazione:

3NO2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH = ???

Soluzione :

a) invertiamo la prima reazione  e moltiplichiamola per  32

(b) dividere la seconda reazione per 2

 c) invertire la terza reazione ) per quanto attiene l’ossigeno

a) il primo punto  porta 32O2 sul lato destro
b) il punto secondo pone  52O2 a sinistra
c) il terzo pone  22O2 sulla destra i punti a and c forniscono  52O2 sulla destra che si cancella  con  52O2 sulla sinistra)

ne consegue che:

3NO2(g) —> 3NO(g) + 32O2(g) ΔH = +174 kJ
N2(g) + 52O2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) ΔH = -128 kJ
2NO(g) —> N2(g) + O2(g) ΔH = -183 kJ

4) sommando si ha  ΔH

ΔΗ= +174 + (-128) + (-183) = -137 kJ

3NO2(g) + H2O(ℓ) —> 2HNO3(aq) + NO(g) ΔH = -137 kJ

Problema 9 :

Calcolare  ΔH per la reazione:

CH4(g) + NH3(g) —> HCN(g) + 3H2(g)

sapendo che :

N2(g) + 3 H2(g) —> 2 NH3(g) ΔH = -91.8 kJ
C(s) + 2 H2(g) —> CH4(g) ΔH = -74.9 kJ
H2(g) + 2 C(s) + N2(g) —> 2 HCN(g) ΔH = +270.3 kJ

Soluzione:

a) invertiamo la prima reazione e dividiamola per 2 f (NH3 sarà adesso a destra)
b)invertiamo la seconda reazione  (CH4 sarà sul lato destro)
c) dividiamo la terza reazione per 2 ( HCN sarà sul lato dei prodotti)

avremo:

NH3(g) —> 12N2(g) + 32H2(g) ΔH = +45.9 kJ
CH4(g) —> C(s) + 2 H2(g) ΔH = +74.9 kJ
12H2(g) + C(s) + 12N2(g) —> HCN(g) ΔH = +135.15 kJ

sommiamo e semplifichiamo ed otteniamo ΔH della  reazione:

ΔΗ = +45.9 kJ plus +74.9 kJ plus +135.15 = 255.95 kJ = 260. kJ


 


Problema 10:

calcolare l’entalpia standard di combustione di 1 mole di acetone liquido  (C3H6O) sapendo che :

3C(s) + 3H2(g) + 12O2(g) —> C3H6O(ℓ)   ΔH° = -285.0 kJ
C(s) + O2(g) —> CO2(g)   ΔH° = -394.0 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ)   ΔH° = -286.0 kJ

Soluzione:

la reazione di combustione dell’acetone è:

C3H6O(ℓ) + 4O2(g) —> 3CO2(g) + 3H2O(ℓ)

invertiamo la prima delle reazioni date e lasciamo inalterate le altre.

 

C3H6O(ℓ) —> 3C(s) + 3H2(g) + 12O2(g)   ΔH° = +285.0 kJ
C(s) + O2(g) —> CO2(g)   ΔH° = -394.0 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ)   ΔH° = -286.0 kJ

 

moltiplichiamo per 3 la seconda reazione

C3H6O(ℓ) —> 3C(s) + 3H2(g) + 12O2(g)   ΔH° = +285.0 kJ
3C(s) + 3O2(g) —> 3CO2(g)   ΔH° = -1182.0 kJ
H2(g) + 12O2(g) —> H2O(ℓ)   ΔH° = -286.0 kJ

moltiplichiamo per 3 la terza reazione

C3H6O(ℓ) —> 3C(s) + 3H2(g) + 12O2(g)   ΔH° = +285.0 kJ
3C(s) + 3O2(g) —> 3CO2(g)   ΔH° = -1182.0 kJ
3H2(g) + 32O2(g) —> 3H2O(ℓ)   ΔH° = -858.0 kJ

sommiamo e semplifichiamo ed otteniamo per la reazione data

C3H6O(ℓ) + 4O2(g) —> 3CO2(g) + 3H2O(ℓ)

ΔΗ =+285.0  -1182.0  -858.0 =  -1755 k

 

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