Problema 4 de Química de la Selectivitat 2025

Examen de model 2025 · Proves d'accés a la universitat (PAU) de Catalunya.

Enunciat

Exercici 4, Tasca 4a Exercici 4 [2,5 punts] Responeu només a dues de les quatre tasques plantejades (4a, 4b, 4c, 4d) L'hidrogen és l'element químic més simple de nombre atòmic 1 (format només per un protó i un electró) i el més abundant de l'univers formant part de les estrelles i dels planetes gasosos en la seva major proporció. A les estrelles es troba principalment en estat de plasma. El dihidrogen o hidrogen gasós és, en condicions normals de pressió i temperatura, un gas incolor, inodor, no tòxic i inflamable, amb un punt d'ebullició de -252,77 °C i un punt de fusió de -259,13 °C. Pot reaccionar amb oxigen (O_2) alliberant energia i formant aigua. Aquesta reacció es coneix com a combustió i en ella l'hidrogen és el combustible. Aquesta reacció també es pot veure com el procés de formació de l'aigua, procés exotèrmic en què s'alliberen 285 kJ per mol d'aigua formada. És possible alliberar l'hidrogen de l'aigua mitjançant l'ús de l'electròlisi, utilitzen la reacció inversa a la que acabem de descriure. En realitzar-se la combustió de l'hidrogen amb oxigen, a pressió constant i quan l'aigua formada ha condensat, s'allibera una quantitat d'energia de 285 kJ per mol d'hidrogen. En condicions estàndard aquesta energia alliberada es coneix com l'entalpia de combustió. A partir d'aquests valors es poden calcular els poders calorífics de l'hidrogen (entalpia de combustió per unitat de massa), resultant ser el poder calorífic de 142,5 MJ kg^{-1}. Hi ha altres materials combustibles, com el carbó, gas natural, gasolina, que es coneixen com a combustibles fòssils perquè provenen de compostos formats d'éssers vius (fauna i flora), fa milions d'anys. Tots ells poden reaccionar també amb oxigen i produir energia com per exemple, el gas natural format majoritàriament per metà però també per propà. Aquests dos gasos tenen unes entalpies de combustió de -889 kJ mol^{-1} i - 2880 kJ mol^{-1}, respectivament. El nostre sistema energètic actual es basa en la utilització de combustibles fòssils. Vivim en el que s'ha denominat la "societat dels combustibles fòssils". Gran part de les activitats que duu a terme l'ésser humà són possibles gràcies a l'energia d'aquests combustibles; per exemple per al transport (cotxes, avions, vaixells), la calefacció d'edificis, el treball de les màquines, a la indústria, etc. 4a) Escriviu les reaccions termoquímiques de combustió de l'hidrogen i del metà. Compareu el poder calorífic d'aquests dos combustibles. Justifiqueu la resposta amb els càlculs necessaris. [1,25 punts]

Les imatges de l'enunciat i la solució d'aquest problema són a la web.

Veure la solució del problema