PAU Química 2020 · Juny · Sèrie 3 · Exercici 6

6. El metantiol (CH3—SH) és un gas incolor amb una olor similar a la col fermentada i és una de les principals substàncies responsables del mal alè. Es produeix d’una manera natural amb la descomposició bacteriana de les proteïnes i, per tant, s’estudia com a indicador de la degradació d’aliments. Se sintetitza per reacció entre el metanol i el sulfur d’hidrogen a 400 °C, utilitzant l’alú­ mina i el wolframat de potassi com a catalitzadors: CH3OH(g) + H2S(g) → CH3SH(g) + H2O(g)     Catalitzadors, Al2O3/K2WO4 a) Determineu si la reacció serà espontània o no a aquesta temperatura. [1,25 punts] b) Representeu gràficament el diagrama d’energies de la reacció amb catalitzador, i indi­ queu l’energia d’activació i l’entalpia de la reacció. Expliqueu com el catalitzador modifica la velocitat de la reacció. Indiqueu també si el catalitzador modifica l’entalpia de la reacció. Justifiqueu les respostes. [1,25 punts] Dades:  Masses atòmiques relatives: H = 1,0; C = 12,0; O = 16,0; S = 32,0. ΔHf° (unitats en kJ · mol–1) a 25 °C: CH3OH(g) = –201,0; CH3SH(g) = –22,9; H2O(g) = –228,6; H2S(g) = –20,6. S° (unitats en J · mol–1 · K–1) a 25 °C: CH3OH(g) = 239,9; CH3SH(g) = 255,2; H2O(g) = 188,8; H2S(g) = 205,8. Nota:  Suposeu que els valors de variació d’entalpia i d’entropia no canvien amb la tem­ peratura.

CH3OH(g) + H2S(g)  CH3SH(g) + H2O(g) La reacció igualada és: Per a que la reacció sigui espontània: ΔGº = ΔHº – TΔSº < 0 [0,3 p] Calculem ΔHº = ∑np ΔHºproductes - ∑nr ΔHºreactius = [(-228,6)+(-22,9)] - [(-20,6)+(-201,0)] = = -29,9 KJ [0,3 p] Calculem ΔSº = ∑np Sºproductes - ∑nr Sºreactius = (188,8+255,2) – (239,9+205,8) = = -1,7 J K-1= -1,7·10-3 kJ K-1 [0,3 p] Calculem ΔGº = -29,9 – 673 (-1,710-3) = -28,8 kJ <0 La reacció serà espontània a 673 K. [0,35 p] PREGUNTA 6b Diagrama d’energies de la reacció: [0,35 p] El catalitzador disminueix l’energia d’activació de la reacció i per tant hi haurà més molècules que aconsegueixen aquesta energia i augmentarà la velocitat de la reacció. [0,45 p] L’entalpia de la reacció és la diferencia entre l’energia dels productes i la dels reactius. Per tant el catalitzador no modificarà l’entalpia de la reacció. [0,45 p]