La termoquímica es el área de la química que estudia la energía, en forma de calor, involucrada en las reacciones.

Los intercambios de calor se representan en ecuaciones termoquímicas a través de la variación de entalpía (ΔH).

La absorción de calor indica que una reacción es endotérmica (ΔH positivo). Ya una reacción exotérmica, libera calor en la formación de nuevas sustancias (ΔH negativo).

Conceptos generales

1. (UFBA) Con respecto a los aspectos energéticos involucrados en las transformaciones químicas, se puede afirmar:

a) la quema de parafina de una vela ejemplifica un proceso endotérmico.
b) la vaporización del agua de una piscina por la acción de la luz solar ejemplifica un proceso endotérmico.
c) la combustión de alcohol hidratado en motores de automóviles ejemplifica un proceso endotérmico.
d) la formación de un iceberg a partir del agua de mar ejemplifica un proceso endotérmico.
e) el valor de ΔH de una transformación depende únicamente del estado físico de los reactivos.

Alternativa correcta: b) la vaporización del agua de una piscina por la acción de la luz solar ejemplifica un proceso endotérmico.

a) Incorrecto. Es un proceso exotérmico. Una vela, por ejemplo, contiene parafina, un compuesto hecho de carbono e hidrógeno derivado del petróleo. Esta sustancia es el combustible de la vela, que cuando se enciende la llama genera calor y lo cede al medio ambiente.

b) Correcto. Es un proceso endotérmico. Las moléculas de agua líquida interactúan a través de enlaces de hidrógeno. Estos enlaces son más débiles que los enlaces covalentes que unen átomos en la molécula. Por lo tanto, al recibir energía solar, los enlaces de hidrógeno se rompen y las moléculas de agua se dispersan como vapor.

c) Incorrecto. Es un proceso exotérmico. La combustión es una reacción química en la cual el alcohol es el combustible y del contacto con el oxígeno genera calor a través de su combustión. Cuando se completa la combustión, se produce dióxido de carbono, pero cuando está incompleto, se libera monóxido de carbono, un contaminante tóxico.

d) Incorrecto. Es un proceso exotérmico. Los icebergs son grandes bloques de agua pura. El paso del líquido al sólido libera calor en el proceso de solidificación y, por lo tanto, la variación de la entalpía (ΔH) es negativa (menor que cero).

e) Incorrecto. La cantidad de calor involucrado en las reacciones químicas tiene en cuenta la energía inicial y la energía final.

El rango de entalpía (ΔH) depende de las condiciones del sistema, como la temperatura, la presión y la cantidad de reactivos y productos.

Aprenda más sobre las reacciones químicas y la energía involucradas en las transformaciones en:

2. (Fatec) Considere las siguientes declaraciones de acuerdo con la Ley de Hess.

I – El calor de reacción (ΔH) depende solo de los estados inicial y final del proceso.
II – Las ecuaciones termoquímicas se pueden sumar como si fueran ecuaciones matemáticas.
III – Podemos invertir una ecuación termoquímica siempre que se invierta la señal ΔH.
IV – Si el estado final del proceso se alcanza por varias rutas, el valor de ΔH dependerá de los estados intermedios a través de los cuales el sistema puede pasar.

Resulta que:

a) las declaraciones I y II son verdaderas.
b) las declaraciones II y III son verdaderas.
c) las declaraciones I, II y III son verdaderas.
d) todo es verdad.
e) todos son falsos.

Alternativa correcta: c) las afirmaciones I, II y III son verdaderas.

a) Incorrecto. No solo las afirmaciones I y II son correctas, sino que las afirmaciones III también son correctas.

Cuando se invierte una reacción termoquímica, la señal ΔH debe cambiarse. Esto debe hacerse porque si en un sentido la reacción libera calor, en la dirección opuesta se absorbe la misma cantidad de calor, lo que representa la conservación de energía en los estados final e inicial.

Tome esta reacción química como ejemplo:

Gráficamente, podemos representar la variación de entalpía de la siguiente manera:

Ambos caminos de reacción involucran la misma cantidad de energía. En un sentido, hay absorción de calor (ΔH positivo) y, a la inversa, hay liberación (ΔH negativo).

b) Incorrecto. No solo las declaraciones II y III son correctas, sino también las declaraciones I, porque el valor ΔH de un proceso:

  • no depende de la cantidad de pasos intermedios
  • no depende del tipo de reacción que ocurre en cada paso del proceso

Vea las formas de esta reacción química:

Asignación de valores a ΔH, ΔH1 y ΔH2 tenemos:

Primera forma
Segunda forma

Sumando la energía involucrada:

Concluimos que la variación total de la entalpía corresponde a: es decir, independientemente de la ruta tomada, el valor será el mismo.

c) Correcto. Las declaraciones I, II y III son correctas porque:

  • I: El calor de reacción (ΔH) depende solo de los estados inicial y final del proceso, ya que la energía se conserva sin importar cuántos pasos.
  • II: La ley de Hess permite que las ecuaciones termoquímicas se sumen como si fueran ecuaciones matemáticas, ya que el cálculo de ΔH es la mejor manera de seguir cuando la ejecución experimental de algunas reacciones químicas es inviable.
  • III: Para la conservación de energía, cuando hay liberación de energía en un camino de reacción, en la dirección opuesta debe ocurrir absorción, y esto se demuestra mediante la inversión de la señal ΔH.

d) Incorrecto. La declaración IV es incorrecta, porque la variación de energía es independiente del camino tomado.

e) Incorrecto. Las declaraciones I, II y III son ciertas.

Para obtener más información sobre la entalpía de las reacciones y la ley de Hess, estos textos ayudarán.:

Ecuaciones termoquímicas

3. (Fuvest) El escarabajo bombardero asusta a sus depredadores al expulsar una solución caliente. Cuando se ve amenazado en su cuerpo, se produce la mezcla de soluciones acuosas de hidroquinona, peróxido de hidrógeno y enzimas, que promueven una reacción exotérmica, representada por:

El calor involucrado en esta transformación se puede calcular considerando los procesos:

Por lo tanto, el calor involucrado en la reacción que ocurre en el organismo del escarabajo es

a) −558 kJ mol−1.
b) −204 kJ mol−1.
c) +177 kJ ∙ mol−1.
d) +558 kJ ∙ mol−1.
e) +585 kJ ∙ mol−1.

Alternativa correcta: b) −204 kJ ∙ mol−1.

Paso 1: manipule las ecuaciones para obtener la reacción deseada.

  • 1a ecuación: restos
  • 2a ecuación: invierte la dirección de la reacción y el valor de ΔH
  • 3a ecuación: invierte la dirección de la reacción y el valor de ΔH

Cuando cancelamos los términos iguales, que están en lados opuestos, encontramos la reacción química dada en el enunciado.

Paso 2: se realiza la suma algebraica de los procesos.

Como se dieron los valores de ΔH, la suma de las energías nos permite encontrar la variación total de la entalpía de la reacción.

4 4. (UFMS) Calcule la entalpía, ΔH, en kcal / mol, de la reacción

bajo condiciones ambientales (25 ° C y 1 atm), sabiendo que:

Procesos exotérmicos y endotérmicos.

5to. (UFMT) En las reacciones químicas, la cantidad de calor liberado o absorbido por la transformación se denomina calor de reacción. Si una reacción es:

(0) exotérmico, el sistema pierde calor y el vecindario gana la misma cantidad perdida por el sistema.
(1) endotérmico, el sistema gana calor y el vecindario pierde la misma cantidad recibida por el sistema.
(2) exotérmica, su entalpía final es menor que su entalpía inicial, por lo que su rango de entalpía, ΔH, es menor que cero.
(3) endotérmica, su entalpía final es mayor que su entalpía inicial, por lo que su rango de entalpía, ΔH, es mayor que cero.

Señale las alternativas correctas.

Alternativas correctas: (0), (1), (2) y (3).

(0) CORRECTO. En una reacción exotérmica, cuando el sistema pierde una cierta cantidad de calor, el vecindario gana la misma cantidad al conservar la energía establecida en la Primera Ley de Termodinámica.

La energía en un sistema no puede ser destruida o creada, solo transformada.

(1) CORRECTO. La afirmación sobre la reacción endotérmica indica que el vecindario da paso al calor y, a medida que el medio ambiente pierde energía, el sistema lo absorbe.

(2) CORRECTO. En una reacción exotérmica, la entalpía de los productos es mayor porque dicha reacción libera calor cuando se forman nuevas sustancias, lo que se indica por ΔH negativo.

(3) CORRECTO. En una reacción endotérmica, la entalpía de los reactivos es mayor porque dicha reacción absorbe calor, de modo que se forman nuevas sustancias, que se señalizan con el ΔH positivo.

6to. (UFMG) Cuando te mojas al aire libre, incluso en días calurosos, sientes una sensación de frío. Este fenómeno está relacionado con la evaporación del agua que, en este caso, está en contacto con el cuerpo humano. ¿Qué explica esta sensación de frío?

a) La evaporación del agua es un proceso endotérmico y da calor al cuerpo.
b) La evaporación del agua es un proceso endotérmico y elimina el calor del cuerpo.
c) La evaporación del agua es un proceso exotérmico y da calor al cuerpo.
d) La evaporación del agua es un proceso exotérmico y elimina el calor del cuerpo.

Alternativa correcta: b) La evaporación del agua es un proceso endotérmico y elimina el calor del cuerpo.

a) Incorrecto. La evaporación es un proceso endotérmico y, por lo tanto, absorbe calor.

b) Correcto. Para que el agua cambie su estado físico, el calor es absorbido por las moléculas. Al ganar energía, el agua se vuelve gaseosa, por lo que cuando sudamos, nuestro sudor se evapora debido al calor latente de la evaporación.

Energía involucrada en cambios de estado físico

c) Incorrecto. La evaporación es un proceso endotérmico. El fenómeno inverso, la condensación, es que emite calor y es un proceso exotérmico (ΔH negativo).

d) Incorrecto. La evaporación es un proceso endotérmico y, por lo tanto, elimina el calor del medio ambiente. El fenómeno inverso, la condensación, es que emite calor y es un proceso exotérmico (ΔH negativo).

Lea los siguientes textos y aprenda más sobre los temas tratados en esta pregunta.:

7mo. (UFRS) Considere las transformaciones a las que se somete una muestra de agua, sin variación de presión externa:

Cambios en el estado físico del agua.

Se puede afirmar que:

a) las transformaciones 3 y 4 son exotérmicas.
b) las transformaciones 1 y 3 son endotérmicas.
c) la cantidad de energía absorbida en 3 es igual a la cantidad liberada en 4.
d) la cantidad de energía liberada en 1 es igual a la cantidad liberada en 3.
e) la cantidad de energía liberada en 1 es igual a la cantidad absorbida en 2.

Alternativa correcta: e) la cantidad de energía liberada en 1 es igual a la cantidad absorbida en 2.

Los cambios de estado físico presentados en la pregunta son:

Mirando el tipo de transformación y la energía involucrada en cada proceso, tenemos:

a) Incorrecto. De las transformaciones presentadas en la alternativa, solo la transformación 4 es exotérmica. En la fusión, la unión de las moléculas en el hielo se rompe y la energía se libera al medio ambiente cuando el agua entra en estado líquido.

b) Incorrecto. Las transformaciones 1 y 3 son exotérmicas porque representan los procesos que liberan calor: condensación y solidificación.

c) Incorrecto. Lo contrario es cierto de lo que se dijo: "la cantidad de energía liberada en 3 es igual a la cantidad absorbida en 4", ya que el proceso 3 representa el paso de líquido a sólido, que libera calor, y el proceso 4 se refiere a El paso del estado sólido al líquido absorbente de calor.

d) Incorrecto. La cantidad de energía liberada en 1 no es igual a la cantidad liberada en 3, porque no son el mismo tipo de transformaciones físicas, ni representan direcciones opuestas de cambio.

e) CORRECTO. La cantidad de energía liberada en la condensación (transformación 1) es igual a la energía absorbida en la evaporación (transformación 2), ya que son procesos opuestos.

Los siguientes textos le darán más conocimiento sobre el tema.:

Termoquímica en Enem

8vo. (Enem / 2014) La elección de una sustancia particular para ser utilizada como combustible pasa por el análisis de la contaminación que causa al medio ambiente y la cantidad de energía liberada en su combustión completa. La tabla muestra la entalpía de la combustión de algunas sustancias. Las masas molares de los elementos H, C y O son respectivamente 1 g / mol, 12 g / mol y 16 g / mol.

Sustancia Formula Entalpía de combustión (KJ / mol)
Acetileno C2H2 – 1298
Etano C2H6to – 1558
Etanol C2H5toOH – 1366
Hidrógeno H2 – 242
Metanol CH3OH – 558

Teniendo en cuenta solo el aspecto energético, la sustancia productora de energía más eficiente en la combustión de 1 kg de combustible es

a) etano.
b) etanol.
c) metanol.
d) acetileno.
e) Hidrógeno.

Para obtener más información, estos textos lo ayudarán.:

Noveno. (Enem / 2015) El uso de residuos forestales se está volviendo cada vez más atractivo, ya que son una fuente renovable de energía. La figura representa la quema de un bio-aceite extraído de los desechos de madera, donde ΔH1 La variación de la entalpía debida a la quema de 1 g de este bio-aceite, que produce dióxido de carbono y agua líquida, y ΔH2 La variación de la entalpía implicada en la conversión de 1 g de agua en estado gaseoso al estado líquido.

La variación de la entalpía, en kJ, para la quema de 5 g de este bio-aceite que resulta en CO2 (gas) y H2El (gaseoso) es:

a) -106
b) -94.0
c) -82.0
d) -21.2
e) -16.4

Alternativa correcta: c) -82,0

Paso 1: manipule las ecuaciones para obtener la reacción deseada.

  • 1a ecuación: restos
  • 2a ecuación: invierte la dirección de la reacción y el valor de ΔH

Paso 2: se realiza la suma algebraica de los procesos.

Como se dieron los valores de ΔH, la suma de las energías nos permite encontrar la variación total de la entalpía de la reacción.

Paso 3: Calcule la cantidad de energía liberada en 5 g.

10. (Enem / 2010) Satisfacer nuestras necesidades energéticas futuras ciertamente dependerá del desarrollo de tecnologías para aprovechar la energía solar de manera más eficiente. La energía solar es la mayor fuente de energía del mundo. En un día soleado, por ejemplo, aproximadamente 1 kJ de energía solar alcanza cada metro cuadrado de superficie de la tierra por segundo. Sin embargo, aprovechar esta energía es difícil porque se diluye (se extiende sobre un área muy grande) y fluctúa con el tiempo y las condiciones climáticas. El uso real de la energía solar depende de las formas de almacenar la energía recolectada para su uso posterior.

MARRÓN, T. Química y Ciencia Central. Sao Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005.

Actualmente, una forma de utilizar la energía solar ha sido almacenarla a través de procesos químicos endotérmicos que luego pueden invertirse para liberar calor. Considerando la reacción: CH4 (g) + H2El(v) + calor ⇔ CO(g) + 3H2(g) y analizándolo como un mecanismo potencial para el uso posterior de la energía solar, se concluye que esta es una estrategia

a) insatisfactorio, porque la reacción presentada no permite que el sistema absorba la energía presente en el entorno externo para su uso posterior.
b) insatisfactorio, ya que hay formación de gases contaminantes con potencial explosivo, lo que hace que sea una reacción peligrosa y difícil de controlar.
c) insatisfactorio, ya que hay formación de gas CO que no tiene contenido de energía que pueda usarse más tarde y se considera un gas contaminante.
d) satisfactorio, ya que la reacción directa ocurre con la absorción de calor y promueve la formación de sustancias combustibles que luego pueden usarse para obtener energía y realizar un trabajo útil.
e) satisfactorio, ya que la reacción directa se produce con la liberación de calor y existe la formación de sustancias combustibles que pueden utilizarse más tarde para obtener energía y realizar un trabajo útil.

Alternativa correcta: d) satisfactoria, ya que la reacción directa ocurre con la absorción de calor y promueve la formación de sustancias combustibles que pueden usarse más tarde para obtener energía y realizar un trabajo útil.

a) Incorrecto. La expresión "+ calor" indica que la reacción es endotérmica y, por lo tanto, tiene la capacidad de absorber el calor del medio ambiente.

b) Incorrecto. Las sustancias producidas en la reacción son combustibles y experimentan combustión, un tipo de reacción que libera calor cuando reaccionan con un oxidante como el oxígeno.

c) Incorrecto. El monóxido de carbono (CO) tiene un alto poder calorífico y como el sistema está en equilibrio, no hay intercambios con el medio ambiente, es decir, los gases producidos están confinados.

d) Correcto. La reacción presentada es endotérmica, es decir, absorbe calor. Esto se demuestra por la expresión "+ calor" al lado de los reactivos.

La flecha ⇔ indica que el sistema está en equilibrio y, por lo tanto, la absorción de calor hace que el equilibrio se mueva en la dirección correcta en la reacción, formando más productos, de acuerdo con el principio de Le Chatelier.

Los productos de reacción son sustancias combustibles y, al reaccionar con una sustancia oxidante, se produce una reacción de combustión que puede utilizarse para generar energía.

e) Incorrecto. La reacción directa ocurre con absorción de calor y no con liberación, como se indica en la alternativa.

Consulte los siguientes textos y obtenga más información sobre el tema abordado en este número.: