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Guía Completa de Termoquímica y Termodinámica para 2º Bachillerato

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Berta

28/2/2023

Física i Química

Termoquímica

Guía Completa de Termoquímica y Termodinámica para 2º Bachillerato

La termoquímica es una rama fundamental de la termodinámica que estudia los cambios energéticos asociados a las reacciones químicas y los procesos físicos. Este campo es especialmente relevante para estudiantes de 2 bachillerato que necesitan comprender cómo la energía se transfiere y transforma en diferentes procesos químicos.

Los sistemas termodinámicos son la base para entender la termoquímica. Existen tres tipos principales: el sistema termodinámico abierto, que permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno; el sistema termodinámico cerrado, que solo permite el intercambio de energía; y el sistema aislado termodinámica, que no permite ningún tipo de intercambio con el exterior. Cada uno de estos sistemas tiene aplicaciones específicas en procesos industriales y naturales. Por ejemplo, una olla a presión representa un sistema cerrado, mientras que un vaso con agua expuesto al ambiente es un sistema abierto.

La comprensión de la termoquímica requiere el dominio de conceptos como entalpía, entropía y energía libre de Gibbs. Los ejercicios resueltos de termoquímica ayudan a los estudiantes a aplicar estos conceptos en situaciones prácticas. Es especialmente importante para los alumnos de bachillerato familiarizarse con los cálculos de calor de reacción, energías de enlace y leyes de la termodinámica. Los apuntes termoquímica 2 bachillerato suelen incluir problemas que involucran reacciones exotérmicas y endotérmicas, así como el cálculo de variaciones de entalpía en diferentes condiciones. La práctica constante con ejercicios resueltos y el estudio de casos reales son fundamentales para dominar esta materia esencial en la química moderna.

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28/2/2023

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<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Fundamentos de Termoquímica y Sistemas Termodinámicos

La termoquímica estudia los cambios energéticos que ocurren durante las reacciones químicas y los procesos físicos. Para comprender esta rama fundamental de la química, es esencial conocer primero los conceptos básicos de los sistemas termodinámicos.

Un sistema termodinámico representa cualquier porción de materia que se analiza, separada del resto del universo (entorno) por límites reales o imaginarios. Los sistemas pueden clasificarse en tres tipos según su interacción con el entorno: sistemas termodinámicos abiertos, que intercambian tanto materia como energía; sistemas termodinámicos cerrados, que solo intercambian energía; y sistemas aislados, que no intercambian ni materia ni energía.

Definición: Un sistema termodinámico puede ser homogéneo (toda la materia se encuentra en el mismo estado) o heterogéneo (la materia se encuentra en diferentes estados o fases).

Las variables termodinámicas que caracterizan el estado de un sistema se denominan funciones de estado, y su valor solo depende del estado inicial y final del sistema, independientemente del camino seguido. Entre estas variables encontramos la temperatura, presión, volumen, energía interna y entropía.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Energía y Primera Ley de la Termodinámica

La energía de un sistema puede clasificarse en externa (relacionada con su posición respecto a un punto de referencia) e interna (U), que corresponde a la energía asociada a la estructura molecular y atómica de la materia.

Destacado: La Primera Ley de la Termodinámica establece que ΔU = Q + W, donde ΔU es la variación de energía interna, Q el calor intercambiado y W el trabajo realizado.

El convenio termodinámico establece que cuando el sistema absorbe calor, Q es positivo, y cuando el sistema realiza trabajo sobre el entorno, W es negativo. Esta convención es fundamental para resolver problemas de termoquímica ejercicios resueltos.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Trabajo y Calor en Procesos Termodinámicos

El trabajo de expansión-compresión en procesos termodinámicos se expresa como W = -P₍ₑₓₜ₎ΔV. En sistemas gaseosos, cuando el gas se expande, realiza trabajo sobre el entorno (W<0), y cuando se comprime, el entorno realiza trabajo sobre el sistema (W>0).

Ejemplo: Para calcular el calor absorbido o cedido por un sistema, se utiliza la ecuación Q = m·Ce·ΔT, donde:

  • m es la masa
  • Ce es el calor específico
  • ΔT es la variación de temperatura

La capacidad calorífica molar (Cm) se relaciona con el calor específico mediante la ecuación Cm = Ce·PM, siendo especialmente útil cuando se trabaja con cantidades molares.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Energía Interna y Entalpía en Reacciones Químicas

En las reacciones químicas, la variación de energía interna (ΔU) representa la diferencia entre la energía interna de productos y reactivos. Cuando ΔU>0, la reacción es endotérmica (absorbe energía), y cuando ΔU<0, es exotérmica (libera energía).

Vocabulario: La entalpía de reacción (ΔH) se relaciona con la energía interna mediante la ecuación ΔH = ΔU + PΔV, siendo especialmente relevante en procesos a presión constante.

En procesos a volumen constante, el trabajo de expansión es nulo, por lo que ΔU = Qv. En cambio, a presión constante, el calor intercambiado corresponde a la variación de entalpía: Qp = ΔH.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Sistemas Termodinámicos

Los procesos termodinámicos son fundamentales para entender las transformaciones energéticas en las reacciones químicas. En la termoquímica, estudiamos cómo la energía fluye entre los sistemas y su entorno durante las reacciones químicas.

Definición: Un sistema termodinámico es la parte del universo que se estudia, mientras que el entorno es todo lo que rodea al sistema. La frontera es el límite que separa el sistema del entorno.

Los sistemas termodinámicos se clasifican en tres tipos principales según su interacción con el entorno:

  1. Sistema termodinámico abierto: Permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno. Por ejemplo, una taza de café caliente expuesta al aire.

  2. Sistema termodinámico cerrado: Solo permite el intercambio de energía, pero no de materia. Un ejemplo común es un gas contenido en un cilindro con un pistón móvil.

  3. Sistema aislado termodinámica: No permite ningún tipo de intercambio con el entorno, ni de materia ni de energía. Un termo ideal sería un ejemplo, aunque en la práctica no existen sistemas perfectamente aislados.

Ejemplo: En una reacción química realizada en un matraz Erlenmeyer:

  • Con tapón: Sistema cerrado
  • Sin tapón: Sistema abierto
  • En un calorímetro aislado: Sistema aislado

La comprensión de estos sistemas es crucial para el estudio de la termodinámica y sus aplicaciones prácticas. Las transformaciones energéticas que ocurren en estos sistemas nos permiten entender y predecir el comportamiento de las reacciones químicas.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Entalpía y Energía en Reacciones Químicas

La entalpía (H) es una propiedad termodinámica fundamental que mide el contenido energético total de un sistema. En termoquímica, la variación de entalpía (ΔH) nos indica si una reacción absorbe o libera energía.

Vocabulario:

  • ΔH > 0: Reacción endotérmica (absorbe energía)
  • ΔH < 0: Reacción exotérmica (libera energía)

La relación entre la variación de entalpía (ΔH) y la energía interna (ΔU) viene dada por la ecuación: ΔH = ΔU + PΔV

Para reacciones que involucran gases:

  • Si hay aumento en el número de moles gaseosos: ΔH > ΔU
  • Si hay disminución en el número de moles gaseosos: ΔH < ΔU
  • Si no hay cambio en el número de moles gaseosos: ΔH = ΔU

Destacado: En los ejercicios resueltos de termoquímica, es crucial identificar el tipo de sistema y los cambios en el número de moles gaseosos para aplicar correctamente las ecuaciones.


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Calor de Reacción y Trabajo en Procesos Termodinámicos

En los procesos termodinámicos, el calor de reacción puede medirse a presión constante (Qp) o a volumen constante (Qv). La relación entre ambos está determinada por la ecuación:

Qp = Qv + ΔnRT

Donde:

  • Δn: cambio en el número de moles gaseosos
  • R: constante de los gases
  • T: temperatura absoluta

Ejemplo: Para la combustión del benceno: C₆H₆ + 7.5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O Δn = (6 + 3) - (1 + 7.5) = 0.5 moles

El trabajo de expansión en procesos a presión constante viene dado por: W = -PΔV

Definición: La entalpía de formación estándar (ΔHf°) es la variación de entalpía cuando se forma un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado estándar (1 atm, 25°C).


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Ley de Hess y Cálculos Termoquímicos

La Ley de Hess es una herramienta fundamental en termoquímica que establece que la variación de entalpía de una reacción es independiente del camino seguido y solo depende de los estados inicial y final.

Destacado: La Ley de Hess permite calcular entalpías de reacción que no pueden medirse directamente, combinando ecuaciones termoquímicas conocidas.

Aplicaciones prácticas:

  1. Cálculo de entalpías de formación
  2. Determinación de energías de enlace
  3. Predicción de estabilidad de compuestos

Para aplicar la Ley de Hess:

  1. Identificar la reacción objetivo
  2. Escribir las ecuaciones conocidas
  3. Manipular las ecuaciones (invertir, multiplicar) según sea necesario
  4. Sumar las ecuaciones para obtener la reacción deseada

Ejemplo: Para calcular la entalpía de formación del CO₂: C(s) + O₂(g) → CO₂(g) Se pueden combinar las reacciones intermedias: C(s) + ½O₂(g) → CO(g) CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g)


<p>La termoquímica es la ciencia que estudia cualquier proceso de composición de una cantidad de materia separada, ya sea real o teóricamen

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Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Cálculos de Entalpía

La termoquímica estudia los cambios energéticos que acompañan a las reacciones químicas. En el contexto de termoquímica 2 bachillerato, es fundamental comprender cómo calcular las entalpías de reacción utilizando diferentes métodos, especialmente la Ley de Hess y las energías de enlace.

Definición: La entalpía de formación (ΔHf) es la energía involucrada en la formación de un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado estándar. Se mide en kJ/mol y es fundamental para los cálculos termoquímicos.

Para el cálculo de la entalpía de formación del SO₃, por ejemplo, debemos considerar las entalpías de formación del SO₂ (ΔH = -296,8 kJ/mol) y la oxidación posterior del SO₂ a SO₃ (ΔH = -97,8 kJ/mol). Aplicando la Ley de Hess, sumamos estas entalpías para obtener la entalpía total de formación del SO₃.

Ejemplo: En la formación del SO₃ a partir de azufre elemental: S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g) ΔH total = ΔH₁ + ΔH₂ = (-296,8) + (-97,8) = -394,6 kJ/mol

Las energías de enlace también juegan un papel crucial en los cálculos termoquímicos. Estas representan la energía necesaria para romper o formar enlaces químicos específicos. Por ejemplo, la energía del enlace H-H es 436 kJ/mol, mientras que el enlace C-C tiene una energía de 347 kJ/mol.

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La app es muy fácil de usar y está muy bien diseñada. Hasta ahora he encontrado todo lo que estaba buscando y he podido aprender mucho de las presentaciones.

Mari, usuario de iOS

Me encanta esta app ❤️, de hecho la uso cada vez que estudio.

Guía Completa de Termoquímica y Termodinámica para 2º Bachillerato

La termoquímica es una rama fundamental de la termodinámica que estudia los cambios energéticos asociados a las reacciones químicas y los procesos físicos. Este campo es especialmente relevante para estudiantes de 2 bachillerato que necesitan comprender cómo la energía se transfiere y transforma en diferentes procesos químicos.

Los sistemas termodinámicos son la base para entender la termoquímica. Existen tres tipos principales: el sistema termodinámico abierto, que permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno; el sistema termodinámico cerrado, que solo permite el intercambio de energía; y el sistema aislado termodinámica, que no permite ningún tipo de intercambio con el exterior. Cada uno de estos sistemas tiene aplicaciones específicas en procesos industriales y naturales. Por ejemplo, una olla a presión representa un sistema cerrado, mientras que un vaso con agua expuesto al ambiente es un sistema abierto.

La comprensión de la termoquímica requiere el dominio de conceptos como entalpía, entropía y energía libre de Gibbs. Los ejercicios resueltos de termoquímica ayudan a los estudiantes a aplicar estos conceptos en situaciones prácticas. Es especialmente importante para los alumnos de bachillerato familiarizarse con los cálculos de calor de reacción, energías de enlace y leyes de la termodinámica. Los apuntes termoquímica 2 bachillerato suelen incluir problemas que involucran reacciones exotérmicas y endotérmicas, así como el cálculo de variaciones de entalpía en diferentes condiciones. La práctica constante con ejercicios resueltos y el estudio de casos reales son fundamentales para dominar esta materia esencial en la química moderna.

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Fundamentos de Termoquímica y Sistemas Termodinámicos

La termoquímica estudia los cambios energéticos que ocurren durante las reacciones químicas y los procesos físicos. Para comprender esta rama fundamental de la química, es esencial conocer primero los conceptos básicos de los sistemas termodinámicos.

Un sistema termodinámico representa cualquier porción de materia que se analiza, separada del resto del universo (entorno) por límites reales o imaginarios. Los sistemas pueden clasificarse en tres tipos según su interacción con el entorno: sistemas termodinámicos abiertos, que intercambian tanto materia como energía; sistemas termodinámicos cerrados, que solo intercambian energía; y sistemas aislados, que no intercambian ni materia ni energía.

Definición: Un sistema termodinámico puede ser homogéneo (toda la materia se encuentra en el mismo estado) o heterogéneo (la materia se encuentra en diferentes estados o fases).

Las variables termodinámicas que caracterizan el estado de un sistema se denominan funciones de estado, y su valor solo depende del estado inicial y final del sistema, independientemente del camino seguido. Entre estas variables encontramos la temperatura, presión, volumen, energía interna y entropía.


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Energía y Primera Ley de la Termodinámica

La energía de un sistema puede clasificarse en externa (relacionada con su posición respecto a un punto de referencia) e interna (U), que corresponde a la energía asociada a la estructura molecular y atómica de la materia.

Destacado: La Primera Ley de la Termodinámica establece que ΔU = Q + W, donde ΔU es la variación de energía interna, Q el calor intercambiado y W el trabajo realizado.

El convenio termodinámico establece que cuando el sistema absorbe calor, Q es positivo, y cuando el sistema realiza trabajo sobre el entorno, W es negativo. Esta convención es fundamental para resolver problemas de termoquímica ejercicios resueltos.


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Trabajo y Calor en Procesos Termodinámicos

El trabajo de expansión-compresión en procesos termodinámicos se expresa como W = -P₍ₑₓₜ₎ΔV. En sistemas gaseosos, cuando el gas se expande, realiza trabajo sobre el entorno (W<0), y cuando se comprime, el entorno realiza trabajo sobre el sistema (W>0).

Ejemplo: Para calcular el calor absorbido o cedido por un sistema, se utiliza la ecuación Q = m·Ce·ΔT, donde:

  • m es la masa
  • Ce es el calor específico
  • ΔT es la variación de temperatura

La capacidad calorífica molar (Cm) se relaciona con el calor específico mediante la ecuación Cm = Ce·PM, siendo especialmente útil cuando se trabaja con cantidades molares.


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Energía Interna y Entalpía en Reacciones Químicas

En las reacciones químicas, la variación de energía interna (ΔU) representa la diferencia entre la energía interna de productos y reactivos. Cuando ΔU>0, la reacción es endotérmica (absorbe energía), y cuando ΔU<0, es exotérmica (libera energía).

Vocabulario: La entalpía de reacción (ΔH) se relaciona con la energía interna mediante la ecuación ΔH = ΔU + PΔV, siendo especialmente relevante en procesos a presión constante.

En procesos a volumen constante, el trabajo de expansión es nulo, por lo que ΔU = Qv. En cambio, a presión constante, el calor intercambiado corresponde a la variación de entalpía: Qp = ΔH.


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Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Sistemas Termodinámicos

Los procesos termodinámicos son fundamentales para entender las transformaciones energéticas en las reacciones químicas. En la termoquímica, estudiamos cómo la energía fluye entre los sistemas y su entorno durante las reacciones químicas.

Definición: Un sistema termodinámico es la parte del universo que se estudia, mientras que el entorno es todo lo que rodea al sistema. La frontera es el límite que separa el sistema del entorno.

Los sistemas termodinámicos se clasifican en tres tipos principales según su interacción con el entorno:

  1. Sistema termodinámico abierto: Permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno. Por ejemplo, una taza de café caliente expuesta al aire.

  2. Sistema termodinámico cerrado: Solo permite el intercambio de energía, pero no de materia. Un ejemplo común es un gas contenido en un cilindro con un pistón móvil.

  3. Sistema aislado termodinámica: No permite ningún tipo de intercambio con el entorno, ni de materia ni de energía. Un termo ideal sería un ejemplo, aunque en la práctica no existen sistemas perfectamente aislados.

Ejemplo: En una reacción química realizada en un matraz Erlenmeyer:

  • Con tapón: Sistema cerrado
  • Sin tapón: Sistema abierto
  • En un calorímetro aislado: Sistema aislado

La comprensión de estos sistemas es crucial para el estudio de la termodinámica y sus aplicaciones prácticas. Las transformaciones energéticas que ocurren en estos sistemas nos permiten entender y predecir el comportamiento de las reacciones químicas.


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Entalpía y Energía en Reacciones Químicas

La entalpía (H) es una propiedad termodinámica fundamental que mide el contenido energético total de un sistema. En termoquímica, la variación de entalpía (ΔH) nos indica si una reacción absorbe o libera energía.

Vocabulario:

  • ΔH > 0: Reacción endotérmica (absorbe energía)
  • ΔH < 0: Reacción exotérmica (libera energía)

La relación entre la variación de entalpía (ΔH) y la energía interna (ΔU) viene dada por la ecuación: ΔH = ΔU + PΔV

Para reacciones que involucran gases:

  • Si hay aumento en el número de moles gaseosos: ΔH > ΔU
  • Si hay disminución en el número de moles gaseosos: ΔH < ΔU
  • Si no hay cambio en el número de moles gaseosos: ΔH = ΔU

Destacado: En los ejercicios resueltos de termoquímica, es crucial identificar el tipo de sistema y los cambios en el número de moles gaseosos para aplicar correctamente las ecuaciones.


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En los procesos termodinámicos, el calor de reacción puede medirse a presión constante (Qp) o a volumen constante (Qv). La relación entre ambos está determinada por la ecuación:

Qp = Qv + ΔnRT

Donde:

  • Δn: cambio en el número de moles gaseosos
  • R: constante de los gases
  • T: temperatura absoluta

Ejemplo: Para la combustión del benceno: C₆H₆ + 7.5O₂ → 6CO₂ + 3H₂O Δn = (6 + 3) - (1 + 7.5) = 0.5 moles

El trabajo de expansión en procesos a presión constante viene dado por: W = -PΔV

Definición: La entalpía de formación estándar (ΔHf°) es la variación de entalpía cuando se forma un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado estándar (1 atm, 25°C).


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Ley de Hess y Cálculos Termoquímicos

La Ley de Hess es una herramienta fundamental en termoquímica que establece que la variación de entalpía de una reacción es independiente del camino seguido y solo depende de los estados inicial y final.

Destacado: La Ley de Hess permite calcular entalpías de reacción que no pueden medirse directamente, combinando ecuaciones termoquímicas conocidas.

Aplicaciones prácticas:

  1. Cálculo de entalpías de formación
  2. Determinación de energías de enlace
  3. Predicción de estabilidad de compuestos

Para aplicar la Ley de Hess:

  1. Identificar la reacción objetivo
  2. Escribir las ecuaciones conocidas
  3. Manipular las ecuaciones (invertir, multiplicar) según sea necesario
  4. Sumar las ecuaciones para obtener la reacción deseada

Ejemplo: Para calcular la entalpía de formación del CO₂: C(s) + O₂(g) → CO₂(g) Se pueden combinar las reacciones intermedias: C(s) + ½O₂(g) → CO(g) CO(g) + ½O₂(g) → CO₂(g)


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Conceptos Fundamentales de Termoquímica y Cálculos de Entalpía

La termoquímica estudia los cambios energéticos que acompañan a las reacciones químicas. En el contexto de termoquímica 2 bachillerato, es fundamental comprender cómo calcular las entalpías de reacción utilizando diferentes métodos, especialmente la Ley de Hess y las energías de enlace.

Definición: La entalpía de formación (ΔHf) es la energía involucrada en la formación de un mol de compuesto a partir de sus elementos en estado estándar. Se mide en kJ/mol y es fundamental para los cálculos termoquímicos.

Para el cálculo de la entalpía de formación del SO₃, por ejemplo, debemos considerar las entalpías de formación del SO₂ (ΔH = -296,8 kJ/mol) y la oxidación posterior del SO₂ a SO₃ (ΔH = -97,8 kJ/mol). Aplicando la Ley de Hess, sumamos estas entalpías para obtener la entalpía total de formación del SO₃.

Ejemplo: En la formación del SO₃ a partir de azufre elemental: S(s) + 3/2 O₂(g) → SO₃(g) ΔH total = ΔH₁ + ΔH₂ = (-296,8) + (-97,8) = -394,6 kJ/mol

Las energías de enlace también juegan un papel crucial en los cálculos termoquímicos. Estas representan la energía necesaria para romper o formar enlaces químicos específicos. Por ejemplo, la energía del enlace H-H es 436 kJ/mol, mientras que el enlace C-C tiene una energía de 347 kJ/mol.


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Aplicaciones Prácticas en Termodinámica y Sistemas Energéticos

Los conceptos de termodinámica 1 bachillerato se aplican en el análisis de diferentes tipos de sistemas termodinámicos. Un sistema termodinámico abierto permite el intercambio tanto de materia como de energía con el entorno, mientras que un sistema termodinámico cerrado solo permite el intercambio de energía.

Destacado: En los cálculos de entalpía, es más preciso utilizar las entalpías de formación que las energías de enlace, ya que las primeras consideran efectos adicionales como las interacciones moleculares.

La formación del etanol (C₂H₅OH) es un ejemplo perfecto para entender estos conceptos. La reacción global implica la combinación de carbono, hidrógeno y oxígeno, con una entalpía de formación de -277,4 kJ/mol. Este proceso demuestra cómo los sistemas abiertos, cerrados y aislados interactúan en reacciones químicas reales.

Los ejercicios resueltos de termoquímica frecuentemente incluyen cálculos que combinan diferentes aspectos termodinámicos. Por ejemplo, al analizar la formación de agua a partir de hidrógeno y oxígeno (ΔH = -285,8 kJ/mol), debemos considerar tanto la ruptura como la formación de enlaces.

Vocabulario: La entalpía estándar de reacción (ΔH°) se define como el cambio de entalpía cuando los reactivos en estado estándar se transforman en productos en estado estándar, a presión constante de 1 atmósfera.

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