PAU Química 2014 · Juny · Sèrie 3 · Exercici 4

4. Atesa l’escassetat i el preu tan alt dels derivats del petroli, es pensa en l’hidrogen com a combustible que els pot substituir, ja que també reacciona amb l’oxigen i produeix ener­ gia en aquest procés. 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l)  ΔH < 0 a) Justifiqueu que es tracta d’una reacció d’oxidació-reducció, i indiqueu quin reactiu és l’oxidant i quin reactiu és el reductor. Expliqueu raonadament si la reacció és espon­ tània, en condicions estàndard i a 298 K. [1 punt] b) A la natura no hi ha hidrogen lliure i, per tant, cal obtenir-lo d’alguna manera. El reactiu més barat és l’aigua i algú proposa utilitzar les radiacions solars per a trencar directament l’enllaç O—H de la molècula d’aigua, de manera que els radicals formats continuarien la reacció. Justifiqueu si és possible que la radiació solar trenqui l’enllaç O—H, si suposem que la radiació solar que arriba a la superfície terrestre té una fre­ qüència d’entre 5,0 × 1014 i 1,0 × 1013 s–1. [1 punt] Dades:  Potencial estàndard de reducció, a 298 K: E°(H+/H2) = 0,00 V; E°(O2/H2O) = 1,23 V Energia de l’enllaç O—H (en condicions estàndard i a 298 K)  = 463 kJ mol–1 Nombre d’Avogadro: NA = 6,02 × 1023 mol–1 Constant de Planck: h = 6,63 × 10–34 J s

a) Reacció: Justificació que es tracta d’una reacció redox. Indicar quin reactiu és l’oxidant i quin el reductor: Raonament 1 Nombres d’oxidació: Reactius: H2 H nombre d’oxidació = 0 O2 O nombre d’oxidació = 0 Productes H2O H nombre d’oxidació = + 1 O nombre d’oxidació = -2 L’àtom d’H augmenta de nombre d’oxidació (0 a +1): s’oxida L’àtom d’O disminueix de nombre d’oxidació (0 a -2): es redueix  es tracta, per tant, d’una reacció d’oxidació-reducció (redox). [0,4p] Reactiu oxidant: O2 Reactiu reductor: H2 [0,1 p] Raonament 2 Escrivim les semireaccions: H2  2 H+ + 2 e- Oxidació (ó també: H2 + 2 OH-  2 H2O + 2 e-) O2 + 2 H+ + 4 e-  2 OH- Reducció (o també: O2 + 4 H+ + 4 e-  2 H2O)  Es una reacció redox ja que es produeix una transferència d’electrons. [0,4 p] Reactiu oxidant: O2 Reactiu reductor: H2 [0,1 p] Espontaneïtat de la reacció: Raonament 1 La reacció redox serà espontània si la força electromotriu és positiva: Eo >0 Eo = Eo CATODE – Eo ANODE = Eo (O2 / H2O) – Eo (H+ / H2) = […]