Esercizi di termodinamica

La termodinamica studia le trasformazioni subite da un sistema a seguito di uno scambio di energia con altri sistemi o con l’ambiente esterno e nasce dall’esigenza di ottenere macchine in grado di convertire calore in lavoro.

La chimica si avvale delle leggi della termodinamica e delle grandezze coinvolte per prevedere, ad esempio la spontaneità di una reazione o il calore assorbito o ceduto durante una reazione.

Esercizi

  • Data la reazione Fe2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Fe(s) + Al2O3(s) calcolare la variazione di entropia molare standard dai seguenti dati: ΔS°(Fe) = 27 J/K∙mol; ΔS°(Al2O3) = 51 J/K∙mol; ΔS°(Fe2O3) = 90 J/K∙mol; ΔS°(Al) = 28 J/K∙mol

Per risolvere questo esercizio bisogna tener presente la formula ΔS°= Σn nS°(prodotti) –  Σm mS°(reagenti) dove n e m indicano i coefficienti stechiometrici

ΔS°= [2mol (27) + 1 mol (51)] – [1 mol (90) + 2 mol (28)] = – 41 J/K

 

  • Data la reazione Cr2O3(s) + 2 Al(s) → 2 Cr(s) + Al2O3(s) calcolare: la variazione di entalpia, la variazione di entropia, la variazione dell’energia libera di Gibbs a 298 K e prevedere se la reazione è spontanea. Confrontare, utilizzando i potenziali normali di riduzione, la coerenza del risultato ottenuto

Dati:

ΔH°(Al2O3) = – 1676 kJ/mol; ΔH°(Cr2O3)= – 1128 kJ/mol

ΔS°(Al2O3) = 51 J/K∙mol; ΔS°(Cr) = 24 J/K∙mol; ΔS°(Cr2O3) = 81 J/K∙mol; ΔS°(Al) = 28 J/K∙mol

Come per la variazione di entropia, anche per la variazione di entalpia sussiste la formula

ΔH°= Σn nH°(prodotti) –  Σm mH°(reagenti)

Si rammenta che tutti gli elementi nel loro stato standard hanno zero come valore di ΔH°

ΔH°= [1 mol(- 1676 )] – [1 mol(- 1128)] = – 548 kJ = – 5.48 ∙ 105 J e pertanto la reazione è esotermica

ΔS°= [2 mol(24) + 1 mol(51)]-[ 1 mol(81) + 2 mol(28)] = – 38 J/K

Poiché ΔG°= ΔH° – TΔS° si ha:

ΔG° = – 5.48 ∙ 105 J – 298 K (-38 J/K) = – 5.37 ∙ 105 J = – 537 kJ

Essendo ΔG° < 0 la reazione è spontanea

Dalla tabella dei potenziali standard di riduzione:

Cr3+ + 3 e → Cr   E° = – 0.74 V

Al3+ + 3 e → Al   E° = – 1.66 V

Poiché nella reazione l’alluminio si ossida il potenziale relativo alla semireazione di ossidazione 

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Author: Chimicamo

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