a) La entalpía de reacción estándar se calcula a partir de las energías de enlace como la suma de las energías de los enlaces rotos en los reactivos menos la suma de las energías de los enlaces formados en los productos. La reacción es:
4 N H X 3 ( g ) + 3 O X 2 ( g ) → 6 H X 2 O ( l ) + 2 N X 2 ( g ) \ce{4NH3(g) + 3O2(g) -> 6H2O(l) + 2N2(g)} 4 NH X 3 ( g ) + 3 O X 2 ( g ) 6 H X 2 O ( l ) + 2 N X 2 ( g ) Enlaces rotos en los reactivos:
4 mol de N H X 3 contienen 4 × 3 = 12 mol de enlaces N-H. \text{4 mol de } \ce{NH3} \text{ contienen } 4 \times 3 = 12 \text{ mol de enlaces N-H.} 4 mol de NH X 3 contienen 4 × 3 = 12 mol de enlaces N-H. 3 mol de O X 2 contienen 3 × 1 = 3 mol de enlaces O=O. \text{3 mol de } \ce{O2} \text{ contienen } 3 \times 1 = 3 \text{ mol de enlaces O=O.} 3 mol de O X 2 contienen 3 × 1 = 3 mol de enlaces O=O. Energía total para romper enlaces:
∑ E enlaces rotos = ( 12 mol × 390 kJ ⋅ mol − 1 ) + ( 3 mol × 499 kJ ⋅ mol − 1 ) \sum E_{\text{enlaces rotos}} = (12 \text{ mol} \times 390 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}) + (3 \text{ mol} \times 499 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}) ∑ E enlaces rotos = ( 12 mol × 390 kJ ⋅ mol − 1 ) + ( 3 mol × 499 kJ ⋅ mol − 1 ) ∑ E enlaces rotos = 4680 kJ + 1497 kJ = 6177 kJ \sum E_{\text{enlaces rotos}} = 4680 \text{ kJ} + 1497 \text{ kJ} = 6177 \text{ kJ} ∑ E enlaces rotos = 4680 kJ + 1497 kJ = 6177 kJ Enlaces formados en los productos:
6 mol de H X 2 O contienen 6 × 2 = 12 mol de enlaces O-H. \text{6 mol de } \ce{H2O} \text{ contienen } 6 \times 2 = 12 \text{ mol de enlaces O-H.} 6 mol de H X 2 O contienen 6 × 2 = 12 mol de enlaces O-H. 2 mol de N X 2 contienen 2 × 1 = 2 mol de enlaces N ≡ N. \text{2 mol de } \ce{N2} \text{ contienen } 2 \times 1 = 2 \text{ mol de enlaces N}\equiv\text{N.} 2 mol de N X 2 contienen 2 × 1 = 2 mol de enlaces N ≡ N. Energía total para formar enlaces:
∑ E enlaces formados = ( 12 mol × 460 kJ ⋅ mol − 1 ) + ( 2 mol × 946 kJ ⋅ mol − 1 ) \sum E_{\text{enlaces formados}} = (12 \text{ mol} \times 460 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}) + (2 \text{ mol} \times 946 \text{ kJ} \cdot \text{mol}^{-1}) ∑ E enlaces formados = ( 12 mol × 460 kJ ⋅ mol − 1 ) + ( 2 mol × 946 kJ ⋅ mol − 1 ) ∑ E enlaces formados = 5520 kJ + 1892 kJ = 7412 kJ \sum E_{\text{enlaces formados}} = 5520 \text{ kJ} + 1892 \text{ kJ} = 7412 \text{ kJ} ∑ E enlaces formados = 5520 kJ + 1892 kJ = 7412 kJ La entalpía de reacción estándar es:
Δ H ∘ = ∑ E enlaces rotos − ∑ E enlaces formados \Delta H^\circ = \sum E_{\text{enlaces rotos}} - \sum E_{\text{enlaces formados}} Δ H ∘ = ∑ E enlaces rotos − ∑ E enlaces formados Δ H ∘ = 6177 kJ − 7412 kJ = − 1235 kJ \Delta H^\circ = 6177 \text{ kJ} - 7412 \text{ kJ} = -1235 \text{ kJ} Δ H ∘ = 6177 kJ − 7412 kJ = − 1235 kJ b) La variación de energía interna (calor a volumen constante) se relaciona con la entalpía de reacción ( Δ H \Delta H Δ H ) mediante la ecuación Δ U = Δ H − Δ n g R T \Delta U = \Delta H - \Delta n_g RT Δ U = Δ H − Δ n g R T . Cálculo de la variación del número de moles de gases ( Δ n g \Delta n_g Δ n g ):
Moles de gases en los productos = 2 mol de N X 2 ( g ) = 2 mol \text{Moles de gases en los productos} = 2 \text{ mol de } \ce{N2(g)} = 2 \text{ mol} Moles de gases en los productos = 2 mol de N X 2 ( g ) = 2 mol Moles de gases en los reactivos = 4 mol de N H X 3 ( g ) + 3 mol de O X 2 ( g ) = 7 mol \text{Moles de gases en los reactivos} = 4 \text{ mol de } \ce{NH3(g)} + 3 \text{ mol de } \ce{O2(g)} = 7 \text{ mol} Moles de gases en los reactivos = 4 mol de NH X 3 ( g ) + 3 mol de O X 2 ( g ) = 7 mol Δ n g = 2 mol − 7 mol = − 5 mol \Delta n_g = 2 \text{ mol} - 7 \text{ mol} = -5 \text{ mol} Δ n g = 2 mol − 7 mol = − 5 mol La temperatura es T = 25 ∘ C = 25 + 273.15 = 298.15 K T = 25^\circ\text{C} = 25 + 273.15 = 298.15 \text{ K} T = 2 5 ∘ C = 25 + 273.15 = 298.15 K . El valor de la constante de los gases es R = 8.31 J ⋅ mol − 1 ⋅ K − 1 R = 8.31 \text{ J} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1} R = 8.31 J ⋅ mol − 1 ⋅ K − 1 . Cálculo de Δ n g R T \Delta n_g RT Δ n g R T :
Δ n g R T = ( − 5 mol ) × ( 8.31 J ⋅ mol − 1 ⋅ K − 1 ) × ( 298.15 K ) \Delta n_g RT = (-5 \text{ mol}) \times (8.31 \text{ J} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}) \times (298.15 \text{ K}) Δ n g R T = ( − 5 mol ) × ( 8.31 J ⋅ mol − 1 ⋅ K − 1 ) × ( 298.15 K ) Δ n g R T = − 12395.75 J = − 12.39575 kJ \Delta n_g RT = -12395.75 \text{ J} = -12.39575 \text{ kJ} Δ n g R T = − 12395.75 J = − 12.39575 kJ Cálculo de la variación de energía interna ( Δ U \Delta U Δ U ):
Δ U = Δ H ∘ − Δ n g R T \Delta U = \Delta H^\circ - \Delta n_g RT Δ U = Δ H ∘ − Δ n g R T Δ U = ( − 1235 kJ ) − ( − 12.39575 kJ ) \Delta U = (-1235 \text{ kJ}) - (-12.39575 \text{ kJ}) Δ U = ( − 1235 kJ ) − ( − 12.39575 kJ ) Δ U = − 1235 kJ + 12.39575 kJ \Delta U = -1235 \text{ kJ} + 12.39575 \text{ kJ} Δ U = − 1235 kJ + 12.39575 kJ Δ U = − 1222.60425 kJ \Delta U = -1222.60425 \text{ kJ} Δ U = − 1222.60425 kJ 
