PAU Química 2014 · Juny · Sèrie 3 · Exercici 3

3. El diamant i el grafit són dues substàncies sòlides formades només per àtoms de carboni que reben la denominació de varietats aŀlotròpiques del carboni. La diferència fonamental en les seves propietats es deu a la disposició espacial dels àtoms de carboni: Diamant Grafit a) Calculeu la variació d’energia lliure estàndard, DG°, de la transformació química següent a 298 K, i justifiqueu si és espontània: C(grafit) ⇆ C(diamant) [1 punt] b) L’entalpia estàndard de combustió del carboni grafit, a 298 K, és –395,5 kJ mol–1. Escriviu la reacció de combustió del carboni grafit i calculeu la massa mínima que hem de cremar d’aquest compost perquè la calor alliberada es pugui utilitzar per a escalfar 2,0 L d’aigua continguts en una olla oberta, a 10 °C i a pressió atmosfèrica, fins a la temperatura d’ebullició. Considereu negligible la calor absorbida pel recipient. [1 punt] Dades:  Entalpia estàndard de formació, a 298 K: DHf° (C, grafit) = 0,0 kJ mol–1; DHf° (C, diamant) = 1,9 kJ mol–1 Entropia estàndard absoluta, a 298 K: S° (C, grafit) = 5,7 J K–1 mol–1; S° (C, diamant) = 2,4 J K–1 mol–1 Massa atòmica relativa: C = 12,0 Calor específica de l’aigua = 4,18 J g–1 °C–1 Densitat de l’aigua = 1,0 g mL–1 Temperatura d’ebullició de l’aigua (a pressió atmosfèrica) = 100 °C

a) Reacció: C(grafit)  C(diamant) La variació d’energia lliure de la reacció es pot calcular a partir de la variació d’entalpia i entropia de la reacció: ΔGº = ΔHº - T ΔSº [0,1 p] Calculem la entalpia de la reacció en funció de les entalpies de formació: ΔHº(reacció) = (np  ΔHºf, productes) – (np  ΔHºf, reactius) ΔHº(reacció) = ΔHºf(C,diamant) − ΔHºf(C,grafit) ΔHº(reacció) = (1,9) – (0,0) ΔHº(reacció) = 1,9 kJ (ó 1,9 kJ·mol-1) [0,2 p]  Si no indiquen les unitats de la entalpia de reacció (o són incorrectes) es penalitzarà 0,1 p Calculem la variació d’entropia de la reacció, a partir de les entropies absolutes: ΔSº(reacció) = (np  Sºp) – (= (nr  Sºr) ΔSº(reacció) = Sº(C,diamant) − Sº(C,grafit) ΔSº(reacció) = (2,4) – (5,7) ΔSº(reacció) = −3,3 J·K-1 (ó −3,3 J·K-1·mol-1) [0,2 p]  Si no indiquen les unitats de l’entropia de reacció (o són incorrectes) es penalitzarà 0,1 p Homogeneïtzem les unitats, passant de kJ ó a J (entalpia) o de J a kJ (entropia): ΔHº(reacció) = 1,9 kJ = 1900 J […]