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M en C Elizabeth López Ramírez FISICOQUÍMICA I

Ley de Hess La ley de Hess se utiliza para determinar la entalpía de reacción indirectamente: Como se establece en la figura 1, en algunas ocasiones una reacción no se completa en un solo paso (No llega directamente de R a P), si no que primero produce otros compuestos conocidos como subproductos (A y B) y luego estos reaccionan de nuevo para terminar la reacción en los productos finales (P).

Figura 1. Esquema de la ley de Hess

Cuando sucede esto, la ley de Hess establece que la entalpía total de la reacción (ΔH r) será igual a la suma de cada una de las reacciones en las que se obtuvieron los subproductos (ΔHr= ΔH1 + ΔH2 + …. ΔHn). Lo que comprueba la conservación de la energía (1era ley de la termodinámica).

Ejemplo Calcule la entalpía de la siguiente reacción sabiendo que la entalpía de formación del amoniaco gaseoso es de -46.2 KJ/mol, la del agua gaseosa es de -241.8 KJ/mol y la del monóxido de nitrógeno es de 90.25 KJ/mol:

2 NH3(g) + 5/2 O 2(g) → 3H2O(g) + 2NO(g) (REACCIÓN PRINCIPAL) Lo primero que tenemos que hacer es desarrollar cada una de las reacciones de formación que nos están pidiendo, quedarían de la siguiente manera: 1 2

3

N2(g) + 2H2(g) → NH3 (g) 1

∆Hf = -46.2 Kj/mol (Reacción 1)

H2(g) + O2(g) → H2O(g)

∆Hf = -241.8 Kj/mol (Reacción 2)

1

∆Hf = +90.4 Kj/mol (Reacción 3)

2

2

1

N2(g) + 2O2(g) → NO(g)

M en C Elizabeth López Ramírez FISICOQUÍMICA I

Luego, en base a la reacción principal y siguiendo el orden del balanceo (metales, no metales, hidrógeno y oxígeno), acomodaremos cada una de las reacciones para que se acomode a ésta: •

Primero acomodamos el amoniaco, observa que éste compuesto esta del lado de los reactivos y en nuestra reacción 1, está del lado de los productos, por lo que lo primero que debemos hacer es invertir la reacción (pasar al lado de los reactivos a los productos y viceversa), al hacer esto su valor cambiará de -46.2 KJ/mol a +46.2 KJ/mol, ya que ahora será endotérmica. 1

3

2

2

N2(g) + H2(g) → NH3 (g) 3

1

NH 3(𝑔) → 2N2(g) + H2(g) 2

∆Hf = - 46.2 Kj/mol (↔) ∆H = + 46.2 Kj/mol

Ya que acomodamos el compuesto del lado que lo necesitábamos, hay que balancearlo, en este caso el amoniaco de la reacción principal tiene un 2 y el de la reacción 1 solo tiene 1, por lo que hay que multiplicar toda la reacción por dos, incluyendo la entalpía: 1

3

(NH 3(𝑔) → N2(g) + H2(g) 2 2

2NH 3(𝑔) → N2(g) + 3H2(g) •

1

1

∆Hf = +90.4 Kj/mol) * 2 ∆Hf = +180.8 Kj/mol

Por ultimo hay que acomodar el agua; en la reacción principal hay 3 moléculas en los productos y en la reacción 2 hay 1 molécula en los productos por lo tanto, debemos multiplicar la reacción 2 por 3: 1

(H2(g) + O2(g) → H2O(g)

∆Hf = -241.8 Kj/mol) *3

3H2(g) + O2(g) → 3H2O(g)

∆Hf = - 725.4 Kj/mol

2 3 2

•

∆H = + 92.4 Kj/mol

Ahora acomodaremos el segundo compuesto más importante según el orden de balanceo, este sería el monóxido de nitrógeno. Observemos que el NO de la reacción principal se encuentra del lado de los productos, al igual que el de la reacción 3, debido a esto NO es necesario invertir la reacción. Por otro lado, la reacción principal tiene 2 moléculas, y la reacción 3 solo una, por lo que hay que multiplicarla por dos:

(2N2(g) + O2(g) → NO(g) 2 N2(g) + O2(g) → 2NO(g) •

∆H = + 46.2 Kj/mol ) *2

Aunque no se ha balanceado el oxígeno, ya no nos queda otra reacción para acomodar y no se puede rebalancear ninguna de las que contiene oxigeno (reacción 2 y 3) ya que éstas ya se modificaron de acuerdo con otros compuestos. Asi que se espera que el oxígeno se balancee solo.

M en C Elizabeth López Ramírez FISICOQUÍMICA I

Finalmente, las reacciones modificadas se van a sumar como si fueran ecuaciones matemáticas, utilizando la flecha como el signo de igual:

2NH 3(𝑔) → N2(g) + 3H2(g) N2(g) + O2(g) → 2NO(g)

∆H = + 92.4 Kj/mol ∆H f = +180.8 Kj/mol

3

3H2(g) + O2(g) → 3H2O(g)

∆Hf = - 725.4 Kj/mol

2

3

2NH3(g) +N2(g) + O2(g) + 3H2(g) + O2(g) → N2(g) + 3H2(g) + 2NO(g) + 3H2O(g) 2

Reacomodando términos iguales (azul) y ´despejando´ (rojo): 3

2NH3(g) +N2(g) - N2(g) + O2(g) + O2(g) + 3H2(g) - 3H2(g) → 2NO(g) + 3H2O(g) 2

∴ 5

2NH3(g) + O2(g) → 2NO(g) + 3H2O(g) 2

Ya que la reacción nos quedó igual a la reacción principal, solo hay que sumar las entalpías de formación para obtener la entalpía de reacción: ΔHr= ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 = 92.4 + 180.8 + (-725.4) = - 452.5 KJ El resultado es: 5

2NH3(g) + O2(g) → 2NO(g) + 3H2O(g) ΔHr = - 452.5 KJ 2

Les adjunto todo resumido: 2 NH3(g) + 5/2 O 2(g) → 3H2O(g) + 2NO(g) (REACCIÓN PRINCIPAL) 1 2

3

∆Hf = -46.2 Kj/mol (↔, *2)

1

∆Hf = -241.8 Kj/mol (*3)

N2(g) + 2H2(g) → NH3 (g) H2(g) + 2O2(g) → H2O(g) 1 2

1

N2(g) + 2O2(g) → NO(g)

∆Hf = +90.4 Kj/mol (*2) ∴

2NH 3(𝑔) → N2(g) + 3H2(g) N2(g) + O2(g) → 2NO(g) 3

3H2(g) + O2(g) → 3H2O(g) 2 5

2NH3(g) + O2(g) → 2NO(g) + 3H2O(g) 2

∆H = + 92.4 Kj/mol ∆H f = +180.8 Kj/mol ∆Hf = - 725.4 Kj/mol ΔHr = - 452.5 KJ...