PAU Química 2021 · Setembre · Sèrie 1 · Exercici 1

1. El monòxid de dinitrogen o òxid nitrós (N2O) és conegut com a gas hilarant o gas del riure. El fan servir els dentistes com a agent sedant, segur i eficaç, per a aconseguir que el pacient se senti més còmode i relaxat durant determinats procediments dentals. En certes condicions, aquest òxid es pot descompondre segons la reacció següent: 2 N2O(g) → 2 N2(g) + O2(g)  ∆H° (25 °C) = 86,0 kJ a) Justifiqueu, quantitativament, que aquesta reacció no serà espontània en condicions estàndard i a 25 °C. A partir de quina temperatura ho seria, suposant que els valors d’entalpia i d’entropia estàndard no varien amb la temperatura? [1,25 punts] b) La descomposició en fase gasosa de l’òxid nitrós es produeix mitjançant el mecanisme de reacció següent, que consta de dues etapes elementals: Etapa 1 (lenta): N2O → N2 + O Etapa 2 (ràpida): N2O + O → N2 + O2 Dibuixeu, d’una manera aproximada, un gràfic de l’energia respecte a la coorde­ nada de reacció; indiqueu en el gràfic les energies d’activació, els estats de transició i la variació d’entalpia de la reacció global. A partir de les etapes del mecanisme de reacció, justifiqueu que la reacció global és de primer ordre. [1,25 punts] Dades:  Entropies estàndard absolutes a 25 °C: S° (N2) = 191,6 J K–1 mol–1; S° (O2) = 205,2 J K–1 mol–1; S° (N2O) = 220,0 J K–1 mol–1.

Pregunta 1a Reacció: 2 N2O(g) → 2N2(g) + O2(g) ΔHo (25 oC) = 86,0 kJ Justificació de la no-espontaneïtat de la reacció (condicions estàndard i 25 oC) Calculem l’entropia de la reacció a 25 oC, partir de les entropies absolutes: So =  np So (productes) -  nr So (reactius) [0,1 p] So = [(2 x Sonitrogen ) + (1 x Sooxigen)] – [(2 x Somonòxid de dinitrogen)] So = [(2 x 191,6) + (1 x 205,0)] – [(2 x 220,0)]) So = 148,2 J / K (o 148,2 J / K mol) [0,2 p] Espontaneïtat. Càlcul de l’energia lliure de la reacció: L’espontaneïtat depèn de l’energia lliure de la reacció, ΔGº. L’energia lliure de la reacció, a p i T constant, es pot calcular a partir de la variació d’entalpia i entropia de la reacció: ΔGº = ΔHº - T ΔSº [0,1 p] Dades: ΔHo = 86,0 kJ; So = 148,2 J / K; T = 25oC = 298 K. Homogeneïtzem les unitats, passant de kJ a J (entalpia) o de J a kJ (entropia): ΔSº = 148,2 J / K = 0,1482 kJ / K [0,1 p] Calculem la variació d’energia lliure de la reacció: ΔGº = (86,0)  [298 x (0,1482)]  ΔGº […]