Entalpías de formación: ejercicios resueltos

La entalpía de formación es una medida del cambio de energía cuando un mol de un compuesto se forma a partir de sus elementos en sus estados estándar. Estos ejercicios están diseñados para ayudar a los estudiantes de Bachillerato a comprender y aplicar el concepto de entalpía de formación en diferentes reacciones químicas.

Ejercicios resueltos

Ejercicio 1

Enunciado: Calcula la entalpía de reacción para la combustión del metano (CH₄) en oxígeno, formando dióxido de carbono y agua.

Datos:

• ΔHf°(CH₄) = -74.8 kJ/mol
• ΔHf°(O₂) = 0 kJ/mol (elemento en estado estándar)
• ΔHf°(CO₂) = -393.5 kJ/mol
• ΔHf°(H₂O) = -241.8 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: CH₄(g) + 2O₂(g) → CO₂(g) + 2H₂O(l)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [1 mol × (-393.5 kJ/mol) + 2 mol × (-241.8 kJ/mol)] = -877.1 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [1 mol × (-74.8 kJ/mol) + 2 mol × (0 kJ/mol)] = -74.8 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -877.1 kJ - (-74.8 kJ) = -802.3 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -802.3 kJ.

Ejercicio 2

Enunciado: Determina la entalpía de reacción para la neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de sodio.

Datos:

• ΔHf°(HCl) = -167.2 kJ/mol
• ΔHf°(NaOH) = -425.6 kJ/mol
• ΔHf°(H₂O) = -241.8 kJ/mol
• ΔHf°(NaCl) = -411.2 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [-411.2 kJ/mol + (-241.8 kJ/mol)] = -653.0 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [-167.2 kJ/mol + (-425.6 kJ/mol)] = -592.8 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -653.0 kJ - (-592.8 kJ) = -60.2 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -60.2 kJ.

Ejercicio 3

Enunciado: Calcula la entalpía de descomposición del carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono.

Datos:

• ΔHf°(CaCO₃) = -1206.9 kJ/mol
• ΔHf°(CaO) = -635.1 kJ/mol
• ΔHf°(CO₂) = -393.5 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [-635.1 kJ/mol + (-393.5 kJ/mol)] = -1028.6 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [-1206.9 kJ/mol]
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -1028.6 kJ - (-1206.9 kJ) = 178.3 kJ

Solución: La entalpía de descomposición es 178.3 kJ.

Ejercicio 4

Enunciado: Calcula la entalpía de reacción para la combustión del etanol (C₂H₅OH).

Datos:

• ΔHf°(C₂H₅OH) = -277.6 kJ/mol
• ΔHf°(O₂) = 0 kJ/mol
• ΔHf°(CO₂) = -393.5 kJ/mol
• ΔHf°(H₂O) = -241.8 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: C₂H₅OH(l) + 3O₂(g) → 2CO₂(g) + 3H₂O(l)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [2 mol × (-393.5 kJ/mol) + 3 mol × (-241.8 kJ/mol)] = -1367.4 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [-277.6 kJ/mol + 3 mol × (0 kJ/mol)] = -277.6 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -1367.4 kJ - (-277.6 kJ) = -1089.8 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -1089.8 kJ.

Ejercicio 5

Enunciado: Determina la entalpía de formación del amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno.

Datos:

• ΔHf°(NH₃) = -45.9 kJ/mol
• ΔHf°(N₂) = 0 kJ/mol
• ΔHf°(H₂) = 0 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [2 mol × (-45.9 kJ/mol)] = -91.8 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [0 kJ/mol + 3 mol × (0 kJ/mol)] = 0 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -91.8 kJ - 0 kJ = -91.8 kJ

Solución: La entalpía de formación es -91.8 kJ.

Ejercicio 6

Enunciado: Calcula la entalpía de reacción para la descomposición del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.

Datos:

• ΔHf°(H₂O₂) = -187.8 kJ/mol
• ΔHf°(H₂O) = -241.8 kJ/mol
• ΔHf°(O₂) = 0 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: 2H₂O₂(l) → 2H₂O(l) + O₂(g)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [2 mol × (-241.8 kJ/mol) + 1 mol × (0 kJ/mol)] = -483.6 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [2 mol × (-187.8 kJ/mol)] = -375.6 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -483.6 kJ - (-375.6 kJ) = -108.0 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -108.0 kJ.

Ejercicio 7

Enunciado: Determina la entalpía de reacción para la formación de cloruro de hidrógeno a partir de hidrógeno y cloro.

Datos:

• ΔHf°(HCl) = -92.3 kJ/mol
• ΔHf°(H₂) = 0 kJ/mol
• ΔHf°(Cl₂) = 0 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: H₂(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [2 mol × (-92.3 kJ/mol)] = -184.6 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [0 kJ/mol + 0 kJ/mol] = 0 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -184.6 kJ - 0 kJ = -184.6 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -184.6 kJ.

Ejercicio 8

Enunciado: Calcula la entalpía de reacción para la combustión del propano (C₃H₈).

Datos:

• ΔHf°(C₃H₈) = -104.7 kJ/mol
• ΔHf°(O₂) = 0 kJ/mol
• ΔHf°(CO₂) = -393.5 kJ/mol
• ΔHf°(H₂O) = -241.8 kJ/mol

Resolución paso a paso:

1. Escribe la ecuación balanceada de la reacción: C₃H₈(g) + 5O₂(g) → 3CO₂(g) + 4H₂O(l)
2. Calcula la suma de las entalpías de formación de los productos:
   • ΔHf°(productos) = [3 mol × (-393.5 kJ/mol) + 4 mol × (-241.8 kJ/mol)] = -2220.9 kJ
3. Calcula la suma de las entalpías de formación de los reactivos:
   • ΔHf°(reactivos) = [-104.7 kJ/mol + 5 mol × (0 kJ/mol)] = -104.7 kJ
4. Aplica la fórmula: ΔHr = ΣnΔHf(productos) - ΣnΔHf(reactivos)
   • ΔHr = -2220.9 kJ - (-104.7 kJ) = -2116.2 kJ

Solución: La entalpía de reacción es -2116.2 kJ.

Errores frecuentes

1. No balancear correctamente la ecuación química: Asegúrate de que la ecuación esté completamente balanceada antes de calcular las entalpías.
2. Olvidar que la entalpía de formación de un elemento en su estado estándar es cero: Recuerda que elementos como O₂, N₂, etc., tienen ΔHf° = 0.
3. Confundir los signos de las entalpías: Presta atención a los signos negativos y positivos, ya que afectan el resultado final.