PAU Química 2012 · Juny · Sèrie 1 · Exercici 3

3. Les erupcions volcàniques són les manifestacions naturals d’energia més espectacu- lars. Un volcà en actiu emet gasos, líquids i sòlids. Els gasos que emanen a l’atmosfe- ra són, principalment, N2, CO2, HCl, HF, H2S i vapor d’aigua. Si fem un balanç de la quantitat de sofre que hi ha als voltants dels volcans, observem que una part del sul- fur d’hidrogen s’ha transformat en diòxid de sofre gasós i aquest, posteriorment, en sofre sòlid. L’equació següent correspon a una d’aquestes reaccions i les dades termo- dinàmiques que presenta a 298K: 2 H2S(g)+SO2(g)→3S(s)+ 2 H2O(g) ΔH°=–146,0kJ i ΔS°= –186,7JK–1 a) Expliqueu raonadament per quins valors de temperatura serà espontània aquesta reacció. Suposeu que les variacions d’entalpia i entropia estàndard no es modifi- quen amb la temperatura. [1 punt] b) Llegiu la notícia següent, que va aparèixer als mitjans de comunicació arran de les erupcions volcàniques a El Hierro. Expliqueu raonadament si esteu d’acord amb la frase destacada en negreta. [1 punt] Valverde (El Hierro) El pH superficial de l’aigua del mar ha variat de 7,97 a 5,45, a 5 metres de profunditat en la zona de l’erupció volcànica a El Hierro. «Aquesta disminució aproximada de 3 unitats suposa que el medi està suportant una concentració de H3O+ cent mil vegades superior al valor normal», va informar la direcció del Pla de Protecció Civil per Risc Volcànic. […] Traducció feta a partir del text «La concentración de ácidos al sur de El Hierro, 100.000 superior a lo normal» Europapress.es (10 novembre 2011)

a) A pressió constant (condicions estàndard) i temperatura constant: ΔGo = ΔHo – TΔSo [0,1 p] Si: ΔGo < 0 el procés és espontani [0,2 p] Unifiquem les unitats de l’entalpia i l’entropia (tot a J ó tot a kJ) ΔHo = – 146,0 kJ = – 146000 J ΔSo = – 186,7 J · K-1 [0,2 p] Calculem la temperatura per aconseguir que la ΔGo = 0 0 = – 146000 – T (–186,7) ⇒ T = 782 K [0,3 p] Per T > 782 K ⇒ la variació d’energia lliure és positiva (procés no espontani) Solució: Si T < 782 K la reacció és espontània [0,2 p] b) Si el pH baixa de 7,97 a 5,45: ΔpH = 7,97 – 5,45 = 2,52 (aproximadament 3 unitats de pH) [0,1 p] pH = -log [H3O+] ⇒ [H3O+] = 10pH [0,2 p] Δ([H3O+]) = 10ΔpH Δ([H3O+]) = 10ΔpH = 102,52 = 331 [0,3 p] (ó també:: Δ([H3O+]) = 10ΔpH ~ 103 = 1000) La disminució del pH ha estat de 2,52 unitats (aproximadament 3). L’augment de la concentració de [H3O+] ha estat de 331 vegades (aproximadament 1000), i no de 100000 vegades. [0,4 p]