ESERCITAZIONE termochimica con sol

ESERCITAZIONE 4
Un blocco di ferro di massa 1,235 kg, inizialmente a 21,6°C, viene portato a
fusione. Sapendo che il calore specifico cp del ferro vale 0,460 J g-1°C-1, che la
T di fusione del ferro è 1535°C e che per arrivare a completa fusione occorre
fornire al blocco di ferro complessivamente 1190 kJ di calore, calcolare ∆H° di
fusione del ferro in J g-1.
q1 = 1,235 kg x 0,460 kJ kg-1 °C-1 x 1513,4°C = 860 kJ per scaldare
q2 = (1235 g ) x ∆H°
fus
(J g-1 ) per fondere
calore totale q1 + q2 = 860 + q2 = 1190 kJ da cui q2 = 330 kJ
330 kJ : 1235 g = 0,267 kJ/g = 267 J g-1
Volendo scaldare 1000 L d’acqua da 10° a 60°C, quanti litri di metano (misurati a
0°C e 1 atm) occorre bruciare se ∆H°formazione H2O
(liq)
= - 285,8 kJ/mol,
∆H°formazione CO2 (g) = - 393,5 kJ/mol e ∆H°formazione CH4 (g) = - 74,9 kJ/mol?
∆H°combustione = - 393,5 – 2 x 285,8 + 74,9 = - 890,2 kJ per mole di CH4
bruciata secondo la reazione CH4 (g) + 2 O2 (g) = CO2 (g) + 2 H2O(liq).
q occorrente = 1000 kg x 4,184 kJ kg-1 °C-1 x 50°C = 209200 kJ
209200 kJ : - 890,2 kJ mol-1 = 235 mol CH4 da bruciare, pari a
V = n RT/P = 5261 L
La calce spenta deriva dalla reazione della calce viva con l’acqua:
CaO(s) + H2O(liq) = Ca(OH)2 (s)
∆H° = - 65,2 kJ/mol
Se 500 g d’acqua reagissero con una quantità equivalente di CaO, entrambi ad
una T iniziale di 25°C, quale sarebbe la T finale del prodotto, Ca(OH)2 ? Si
supponga che il prodotto (cp = 1,20 J g-1°C-1) assorba tutto il calore sviluppato
durante la reazione. Quale problema si poteva presentare nei secoli passati,
quando CaO veniva trasportata in navi di legno?
500 g : 18 g/mol = 27,8 mol H2O che reagiscono con CaO formando altrettante
moli di Ca(OH)2 svluppano:
- 65,2 kJ/mol x 27,8 mol = - 1811 kJ di calore, che viene assorbito da:
27,8 mol x 74 g/mol = 2057 g di Ca(OH)2 generando un ∆T di:
∆T = (1811 kJ) : [2,057 kg x 1,20 kJ kg-1°C-1] = 734°C
Se la sostanza è inizialmente a 25°C la sua T finale sarà quindi di quasi 760°C,
sufficiente per incendiare il legno.
Si ottiene piu' calore dalla combustione di 1 L di ottano (C8H18, d = 0.703
g/mL) o di 1 m3 di metano (misurato a 20°C e 1,1 atm)?
∆H°form ottano(l) = - 189 kJ/mol; ∆H°form CH4 (g) = - 74,9 kJ/mol.
Considerando la benzina come ottano, quanti kJ / km occorrono per far
funzionare un'auto che percorre 12 km/L? quanti m3 di H2 (g) misurati a 0°C, 1
atm e quanti L di CH3OH
(liq)
(d = 0,791 g/mL, ∆H°comb = -174 kJ/mol)
occorrono per ottenere la stessa energia? Quanta acqua si riesce a scaldare da
15° a 80°C con lo stesso calore che occorre a percorrere 100 km?
Per 1000 L CH4 (g) (vedi problema precedente): n = PV/RT = 45,78 mol
- 890,2 kJ mol-1 x 45,78 mol = - 40757 kJ
per l’ottano C8H18 (liq) + 25/2 O2 (g) = 8 CO2 (g) + 9 H2O(liq). 1 L = 703 g
703 g : 114 g mol-1 = 6,17 mol C8H18.
∆H°combustione = - 8 x 393,5 – 9 x 285,8 + 189 = - 5531,2 kJ mol-1
- 5531,2 kJ mol-1 x 6,17 mol = - 34109 kJ
34109 kJ/L : 12 km/L = 2842 kJ/km
∆H°combustione H2 = - 285,8 kJ/mol ; 2842 kJ : 285,8 kJ/mol = 9,95 mol H2/km,
pari a circa 223 L H2 (0,223 m3). Per il metanolo il valore è 0,66 L / km,
contro circa 0,083 L/km per l’ottano.
284200 kJ = m (kg) x 4,184 kJ kg-1 °C-1 x 65°C da cui la massa d’acqua
scaldabile sarebbe 1045 kg.

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