PAU Química 2012 · Juny · Sèrie 3 · Exercici 3

3. El procés de solidificació de l’aigua, a 25 °C, presenta els valors següents: H2O(l)⇆H2O(s) ΔH°= –6,0 kJ mol–1 i ΔS°= –22,0 J K–1mol–1 Suposeu que els valors de les variacions d’entalpia i entropia del procés de solidifi- cació de l’aigua no es modifiquen amb la temperatura, i responeu a les qüestions següents: a) Expliqueu raonadament per què l’aigua, en condicions estàndard, no se solidifica a 25 °C, i sí que ho fa a –10 °C. [1 punt] b) Calculeu la temperatura, expressada en graus Celsius, per sota de la qual l’aigua se solidifica en condicions estàndard. [1 punt]

a) Procés de solidificació de l’aigua: H2O(l) H2O(s) A pressió constant (condicions estàndard) i temperatura constant: ΔGo = ΔHo – TΔSo [0,2 p] Si: ΔGo < 0 procés espontani [0,1 p] Unifiquem les unitats de l’entalpia i l’entropia (tot a J ó tot a kJ) ΔHo = – 6,0 kJ · mol-1 = – 6000 J · mol-1 ΔSo = – 22 J · K-1 · mol-1 [0,1 p] A 298K (25 ºC) ΔGo = – 6000 – 298 (–22,0) = 556 J · mol-1 ΔGo > 0 a 25 ºC el procés de solidificació de l’aigua no és espontani [0,3 p] A 263K (–10 ºC) ΔGo = –6000 – 263 (–22,0 ) = –214 J · mol-1 ΔGo < 0 a –10 ºC el procés de solidificació de l’aigua és espontani [0,3 p] b) La temperatura per sota de la qual solidifica l’aigua serà quan ΔGo = 0, que representa quan el procés canvia de tendència d’espontaneïtat. ΔGo = ΔHo – TΔSo = 0 [0,3 p] Calculem la temperatura a la qual es produeix aquest canvi de tendència: –6000 – T (–22 ) = 0 ⇒ T= 273 K [0,5 p] Calculem la temperatura en graus centígrads: T= 273 K ⇒ T = 0 oC [0,2 p]