PAU Química 2012 · Setembre · Sèrie 4 · Exercici 2

2. L’hidrogen és un gas lleuger que s’usa com a combustible per a naus espacials i també, experimentalment, per a autobusos de transport urbà. Reacciona fàcilment amb l’o- xigen i produeix aigua, segons la reacció següent: O2(g)→H2O(l) H2(g)+ Introduïm en un reactor 100L d’hidrogen i 60L d’oxigen, tots dos gasos mesurats a 298K i a 1,0bar, i a partir d’una guspira elèctrica comença el procés de combustió per a obtenir aigua líquida. a) Calculeu la calor alliberada si la reacció es produeix a pressió constant i a 298K. [1 punt] b) S’alliberaria més quantitat de calor si la reacció es produís a volum constant i a 298 K? Justifiqueu la resposta. [1 punt] DADES: Entalpia estàndard de formació de l’aigua(l), a 298K: ΔH°f =−285,8kJmol–1 Constant dels gasos ideals: R=8,31×10–2barLK–1mol–1=8,31JK–1mol–1

a) Reacció de l’H2: H2(g) + ½ O2(g) → H2O(l) ΔHr L’entalpia d’aquesta reacció és l’entalpia de combustió de l’hidrogen , que és la mateixa que la de formació de l’aigua líquida: ΔHr = ΔHo combustió (H2) = ΔHo f (H2O (l)) = – 285,8 kJ · mol-1 [0,1 p] Cal calcular quin reactiu és el limitant: Mols de O2 ⇒ pV = n R T ⇒ n = (p V) / (R T) n = (1 bar x 60 L ) / (8,31·10-2 bar · L · K-1 · mol-1 x 298 K) n = 2,423 mol de O2 Mols de H2 ⇒ pV = n R T ⇒ n = (p V) / (R T) n = (1 bar x 100 L ) / (8,31·10-2 bar · L · K-1 · mol-1 x 298 K) n = 4,038 mol de H2 L’estequiometria de la reacció ens diu que per cremar 1 mol de H2 ens cal 0,5 mols d’O2. Amb les dades que tenim es dedueix que si es crema tot l’H2 tenim suficient oxigen: 4,038/2 = 2,019 < 2,423. - l’hidrogen és el reactiu limitant [0,4 p] A pressió constant: ΔH = qp (calor) [0,2 p] Calculem la calor despresa, a partir del reactiu limitant: 4,038 mol H2 x (–285,8 kJ / 1 mol H2) = −1154,1 kJ Calor despresa: 1154,1 kJ [0,3 p] b) Si la reacció es r […]