Examen de Principios de Química y Estructura – Septiembre 2023 | Soluciones de las preguntas 28, 29 y 30

(BLOQUE 3) 28. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS SIGUIENTES ESTÁN RELACIONADAS). La entalpía de vaporización del Ca sólido es 178 kJ/mol; la primera energía de ionización del Ca(g) es 590 kJ/mol; su segunda energía de ionización, 1137 kJ/mol; la entalpía de disociación del Cl₂(g) en átomos de Cl(g) es 244 kJ/mol; la energía de afinidad electrónica del Cl(g) es –349 kJ/mol, y la energía de formación del CaCl₂(s) a partir de cloro gaseoso y de calcio sólido es –804 kJ/mol. Con esos datos, calcular la energía que se necesita para pasar un mol de calcio sólido a Ca²⁺ gaseoso.

(A). 178 kJ
(B). 768 kJ
(C). 1905 kJ
(D). 1137 kJ

Solución: C. Podemos suponer el paso de Ca(s) a Ca²⁺(g) dividido en tres etapas, de las que conocemos las energías implicadas correspondientes, que escribiremos a la derecha:

Ca(s) → Ca(g)                            178 kJ
Ca(g) → Ca⁺(g) + e^–                   590 kJ
Ca⁺(g) → Ca²⁺(g) + e^–                 1137 kJ

Si sumamos las tres reacciones termoquímicas obtendremos una reacción global que es la que nos piden; por la ley de Hess, su energía será la suma algebraica de las energías de las reacciones parciales:

Ca(s) → Ca²⁺(g) + 2 e^–                1905 kJ

29. (ESTA PREGUNTA, LA ANTERIOR Y LA SIGUIENTE ESTÁN RELACIONADAS). ¿Cuánta energía se necesita para pasar un mol de cloro gaseoso a ion Cl^– gaseoso?

(A). –454 kJ
(B). –105 kJ
(C). 244 kJ
(D). –349 kJ

Solución: A. Podemos suponer el paso de Cl₂(g) a Cl^–(g) dividido en dos etapas, de las que conocemos las energías implicadas correspondientes, que escribiremos a la derecha:

Cl₂(g)  → 2 Cl(g)               244 kJ
Cl(g) + e^– → Cl^–(g)            –349 kJ

Si la segunda reacción la multiplicamos por 2 (también la energía) y el resultado lo sumamos a la primera obtendremos esta reacción global que es la que nos piden:

Cl₂(g) + 2 e^– → 2 Cl^–(g)               –454 kJ

30. (ESTA PREGUNTA Y LAS DOS ANTERIORES ESTÁN RELACIONADAS). ¿Cuánto vale la energía de red del CaCl₂?

(A). 647 kJ/mol
(B). –2255 kJ/mol
(C). 996 kJ/mol
(D). –804 kJ/mol

Solución: B. Se define energía de red, U, como la necesaria para que se dé este proceso:

Ca²⁺(g) + 2 Cl^–(g) → CaCl₂(s)      ¿U (kJ)?       (1)

Las reacciones obtenidas en los apartados anteriores y sus energías son:

Ca(s) → Ca²⁺(g) + 2 e^–                1905 kJ        (2)
Cl₂(g) + 2 e^– → 2 Cl^–(g)               –454 kJ        (3)
Ca(s) + Cl₂(g)  → CaCl₂(s)           –804 kJ        (4)

Si las combinamos adecuadamente obtendremos la reacción (1), cuya energía, U, en aplicación de la ley de Hess, se obtendrá también de la combinación adecuada de las energías de las reacciones (2), (3) y (4). Para empezar, multiplicaremos las ecuaciones (2) y (3) por –1 (lo que equivale a cambiar reactivos por productos y viceversa), sin olvidar cambiar el signo de las energías:

Ca²⁺(g) + 2 e^– → Ca(s)     –1905 kJ      (–2)
2 Cl^–(g) → Cl₂(g) + 2 e^–     454 kJ         (–3)
Ca(s) + Cl₂(g) → CaCl₂(s) –804 kJ        (4)

Y ahora basta sumar las tres ecuaciones anteriores, con sus energías, para llegar a la ecuación deseada (1) y a la energía de red, U:

Ca²⁺(g) + 2 Cl^–(g) → CaCl₂(s)      –2255 kJ

Por lo tanto, U = –2255 kJ/mol.