Gli esercizi sull’entalpia possono essere risolti considerando alcune relazioni esistenti tra le grandezze termodinamiche
L’entalpia è una funzione di stato usata in termodinamica definita come la somma tra l’energia interna e il prodotto tra pressione e volume
Prima di affrontare la soluzione di alcuni esercizi sull’entalpia ricordiamo alcune relazioni fondamentali.
La variazione di energia libera vale ΔG = ΔH – TΔS e nella stato standard: ΔG = ΔH – TΔS
In una reazione la variazione di energia libera vale ΔG° = Σ n ΔGf°prodotti – Σ n ΔGf°reagenti
La variazione di entropia è data da: ΔS° = Σ n ΔS°prodotti – Σ n ΔS°reagenti
In una reazione la variazione di entalpia vale ΔH° = Σ n ΔH°prodotti – Σ n ΔH°reagenti
La variazione di energia libera è correlata al quoziente di reazione : ΔG = ΔG° + RT ln Q
Esercizi sull’entalpia
1) Usando i valori termodinamici tabulati calcolare la variazione di entalpia della reazione di formazione dell’acqua a partire da idrogeno e ossigeno gassosi.
La reazione chimica da prendere in considerazione è:
H2 (g) + ½ O2 (g) → H2O + calore
Dai valori tabulati ΔH°(formazione) H2O(l) = – 285.83 kJ/mol
Poiché ΔH°(formazione) degli elementi nel loro stato standard è pari a zero si ha ΔH°(formazione) H2(gas)= ΔH°(formazione)O2(gas)= 0
ΔH° = Σ n ΔH°prodotti – Σ n ΔH°reagenti = – 285.83 kJ
2) Usando i valori termodinamici tabulati calcolare la variazione di entalpia della reazione di combustione del metano gassoso secondo la reazione:
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g) + calore
Dai valori tabulati ΔH°(formazione) si ha:
CH4(g) = – 74.87 kJ/mol
O2(g) = 0 kJ/mol
H2O(l) = – 285.83 kJ/mol
CO2(g) = – 393.51 kJ/mol
Applicando l’equazione ΔH° = Σ n ΔH°prodotti – Σ n ΔH°reagenti si ottiene:
ΔH° = [2 ∙ ( – 285.83) + (- 395.51)] – [ ( 2 ∙ 0 ) + (- 74.87)] = – 890.3 kJ
Calcolo del calore prodotto
Usando i valori termodinamici tabulati calcolare il calore prodotto quando vengono bruciati 0.500 Kg di 2-propanolo sapendo che i prodotti di reazione sono anidride carbonica e acqua. Si assuma un eccesso di ossigeno.
La reazione bilanciata di combustione del 2-propanolo è:
2 C3H8O (l) + 9 O2(g) →6 CO2(g) + 8 H2O(g) + calore
Calcoliamo le moli di 2-propanolo attraverso il peso molecolare:
0.500 Kg = 500 g
Moli di 2-propanolo = 500 g/ 60.084 g/mol = 8.3
Dai valori tabulati ΔH°(formazione) si ha:
C3H8O = – 318.2 kJ/mol
O2(g) = 0 kJ/mol
H2O(l) = – 285.83 kJ/mol
CO2(g) = – 393.51 kJ/mol
Applicando l’equazione ΔH° = Σ n ΔH°prodotti – Σ n ΔH°reagenti si ottiene:
ΔH° = [6 ∙ (- 393.51) + 8 ∙ (- 285.83)] – [ 2 ∙ (- 318.2) + 9 ( 0)] = – 4011.3 kJ/mol
Tale valore è riferito alla combustione di 2 moli di 2-propanolo pertanto il calore sviluppato dalla combustione di 8.3 moli di 2-propanolo è pari a: 8.3 ∙ ( – 4011.3) / 2 = 16646 kJ