PAU Química 2014 · Setembre · Sèrie 5 · Exercici 3

3. En els vols espacials, la massa de combustible és molt més important que el volum que ocupa perquè com més gran és la massa més costa escapar-se del camp gravitatori terres­ tre. La hidrazina (N2H4) ha estat utilitzada com a combustible per als coets perquè la seva reacció amb l’aigua oxigenada és molt exotèrmica: N2H4(l) + 2 H2O2(l) → N2(g) + 4 H2O(l)  ΔH ° (a 298 K) = –245 kJ a) Calculeu la quantitat d’energia produïda en forma de calor, a pressió constant, en la reacció d’un kilogram d’hidrazina amb un kilogram d’aigua oxigenada, en condicions estàndard i a 298 K. [1 punt] b) Calculeu l’energia d’enllaç N≣N, en condicions estàndard i a 298 K. [1 punt] Dades:  Masses atòmiques relatives: H = 1,0; N = 14,0; O = 16,0 Valors de l’energia d’enllaç, en condicions estàndard i a 298 K (kJ mol–1): E(O—O) = 146; E(N—N) = 158; E(N—H) = 391; E(O—H) = 464 Representació de les fórmules estructurals de la hidrazina i de l’aigua oxigenada hidrazina aigua oxigenada (H2N—NH2) (H—O—O—H)

a) Reacció: N2H4(l) + 2 H2O2(l)  N2(g) + 4 H2O(l) ΔHo (a 298 K) = –245 kJ Calculem els mols que tenim de cada reactiu: Massa molecular N2H4 = (2 x 14) + (4 x 1) = 32 g/mol Massa molecular H2O2 = (2 x 1) + (2 x16) = 34 g/mol Mols de N2H4 = (1000 g) / (32 g/ mol) = 31,25 mols Mols de H2O2 = (1000 g) / (34 g/mol) = 29,41 mols [0,1 p] Raonem quin reactiu és el limitant. El reactiu limitant és l’aigua oxigenada (H2O2), ja que l’estequiometria de la reacció és 1 a 2 (hidrazina / aigua oxigenada). Per reaccionar tota la hidrazina (31,25 mols) caldria el doble de mols d’aigua oxigenada (62,50 mols) i en tenim menys (29,41 mols). [0,5 p] Calculem la calor despresa (q), a pressió constant: qp = ΔH  Reacció química qp = – 245 kJ per cada 2 mols d’aigua oxigenada 29,41 mols de H2O2 x (–245 kJ / 2 mols de H2O2) = – 3602,7 kJ (signe negatiu: desprèn calor) Calor produïda = 3602,7 kJ (ó – 3602,7 kJ) [0,4 p]  Si no indiquen les unitats de la calor despresa (o són incorrectes) es penalitzarà 0,2 p N […]