Química, 2º Bachillerato. Problemas resueltos

Entropía. Energía libre de Gibbs. Espontaneidad de las reacciones químicas.

 

 

Problema 1.

Para el siguiente proceso:

CH3CH2OH (l)   +   O2 (g)  →   CH3COOH (l)   +   H2O (l)

Que transcurre a la temperatura de 25 ºC y a la presión de 1 atm,

a) Determine si es endotérmico o exotérmico.

b) Determine si  aumenta o disminuye la entropía y si es espontáneo o no.

Datos:

 

C2H5OH (l)

CH3COOH (l)

H2O (l)

O2 (g)

ΔHf (kJ/mol)

-277’7

-484’5

-285’8

-

S (J mol-1 K-1)

160’7

159’8

69’8

204’8

_______________________________________________________________

 
 

a) Primero planteamos la reacción química y comprobamos que esté ajustada:

 

 

 

La variación de entalpía del proceso se puede determinar con la expresión:

 

 

Donde n y m son los coeficientes estequiométricos de la reacción ajustada. Por tanto, y de acuerdo con los datos ofrecidos:

 

 

 

La entalpía de formación del oxígeno es cero ya que se trata de un elemento químico en estado natural. Así,

 

 

 

El proceso es exotérmico ya que la entalpía de la reacción es negativa.

 

 

b) De la misma forma a como se calculó la variación de entalpía en el proceso, la variación de entropía del mismo se puede determinar de la siguiente forma:

 

 

 

De donde,

 

 

 

Como vemos, la entropía disminuye en el proceso.

La variación de la energía libre de Gibbs se determina a través de la siguiente expresión:

 

 

 

Todos los datos necesarios con conocidos pues la temperatura es de 25º (298 K, condiciones estándar). Tenemos que tener en cuenta que la entalpía de la reacción se ha expresado en kJ y la entropía en J/K. Por tanto,

 

 

 

Un valor negativo de la energía libre de Gibss indica que la reacción es espontánea a la temperatura especificada. Conforme aumenta la temperatura el proceso es un poco menos espontáneo.

 

 

 

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