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title: "La energía de las reacciones: combustión y energías de enlace"
book: "Química escolar — Años 1 a 12"
subject: chemistry
language: es
chapter: 37
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/37-la-energia-de-las-reacciones-combustion-y-energias-de-enlace
license: CC-BY-NC-SA-4.0
credit: "One Chemistry Book, One Course (one-course.com)"
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# Capítulo 37 — La energía de las reacciones: combustión y energías de enlace

Rompes el precinto de un calentador de manos y, un minuto después, quema tanto que cuesta sostenerlo; aprietas una bolsa de frío instantáneo y enfría un tobillo torcido; un autobús urbano funciona todo el día con hidrógeno y solo deja vapor de agua tras de sí. Las transformaciones químicas no solo convierten unas sustancias en otras: liberan energía, o la absorben. ¿De dónde viene esa energía, y cuánta puede dar un [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel)?

**Lo que ya sabes.**

En una [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete), un [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) formado por carbono e hidrógeno [arde](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) en dioxígeno y da dióxido de carbono y agua ([Capítulo 14](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#ch-g8-combustion-and-fuels)). Un [enlace covalente](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) es un par de [electrones](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/16-el-interior-del-atomo#def-g9-inside-the-atom-nucleus) compartido; las [estructuras de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) muestran todos los enlaces de una [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) ([Capítulo 24](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#ch-g10-lewis-and-shape)). La [cantidad de sustancia](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) se cuenta en [moles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) ([Capítulo 25](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#ch-g10-the-mole)).

![Un calentador de manos: una reacción dentro de la bolsita libera calor.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-ede8647d25d6.jpg)

*Un calentador de manos: una reacción dentro de la bolsita libera calor.*

## 37.1 Transformaciones exotérmicas y endotérmicas

**Definición 37.1 (Exotérmica, endotérmica).**

Una transformación es *exotérmica* si libera energía a su entorno, por lo general en forma de calor: el entorno se calienta. Es *endotérmica* si absorbe energía de su entorno: este se enfría, o la transformación necesita que se la caliente para continuar.

**Ejemplo 37.2 (Calor y frío).**

Las combustiones son [exotérmicas](#def-g11-reaction-energy-exothermic), y también lo es la reacción lenta del hierro en polvo con el dioxígeno del [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air) dentro de un calentador de manos. La disolución del nitrato de amonio en agua, que se usa en las bolsas de frío, es [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic); también lo es la descomposición de la caliza en cal viva y dióxido de carbono, que solo se produce en un horno muy caliente.

![Diagramas de energía. En una reacción exotérmica, los productos tienen menos energía que los reactivos, y la diferencia se libera; en una endotérmica tienen más, y hay que aportarla.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-126ffa67eb8c.svg)

*Diagramas de energía. En una reacción [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), los productos tienen menos energía que los [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant), y la diferencia se libera; en una [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) tienen más, y hay que aportarla.*

## 37.2 La energía liberada por una combustión

**Definición 37.3 (Energía molar de combustión).**

La *energía molar de combustión* $E_c$ de un [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) es la energía que libera la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de él, en $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, con el agua formada en estado líquido.

**Proposición 37.4 (Energía liberada por nnn moles).**

La [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de una cantidad $n$ de [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) libera la energía $Q = n \times E_c$. Para el metano, $E_c = 890.7\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$: al quemar $1.00\,\mathrm{mol}$ ($16.0\,\mathrm{g}$) se liberan unos $891\,\mathrm{kJ}$.

**Demostración.** Cada [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) quemado libera $E_c$; $n$ [moles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) liberan $n$ veces más. ∎

**En el laboratorio — Calentar agua con una lamparilla de alcohol.**

Se pesa una lamparilla de etanol y se enciende debajo de una lata metálica que contiene $200\,\mathrm{g}$ de agua, con un termómetro dentro. Cuando el agua se ha calentado $25\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, se apaga la llama y se vuelve a pesar la lamparilla: ha perdido $1.50\,\mathrm{g}$ de etanol. La energía que ha recibido el agua se calcula con la fórmula de física $Q = m\, c\, \Delta\theta$, donde $c = 4.18\,\mathrm{J}/(\mathrm{g}\,{}^{\circ}\mathrm{C})$ es el calor específico del agua. Queda muy por debajo de la energía que podría liberar el etanol: gran parte del calor calienta el [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), la lata y la lamparilla, y una parte del etanol [arde](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de forma incompleta.

![Medir la energía que da un combustible: una lamparilla de alcohol calienta una lata de agua cuyo aumento de temperatura se mide.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-64d31a5a9944.svg)

*Medir la energía que da un [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel): una lamparilla de [alcohol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/33-grupos-funcionales-y-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) calienta una lata de agua cuyo aumento de temperatura se mide.*

**Ejemplo 37.5 (La lamparilla en cifras).**

El agua recibió $Q = 200 \times 4.18 \times 25 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J}$, es decir, $20.9\,\mathrm{kJ}$. El etanol quemado, $1.50\,\mathrm{g}$, son $1.50 / 46.0 = 0.0326\,\mathrm{mol}$; con $E_c = 1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ podría liberar $0.0326 \times 1367.6 = 44.6\,\mathrm{kJ}$. Solo $20.9 / 44.6 \approx 47\,\%$ llegó al agua.

## 37.3 Las energías de enlace

**Definición 37.6 (Energía de enlace).**

La *energía de enlace* de un [enlace covalente](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-covalent-bond) es la energía necesaria para romper un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de esos enlaces, estando las [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) y los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) en estado gaseoso. Las tablas dan valores medios, medidos en muchas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule), en $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

| enlace | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | enlace | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ | enlace | $\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| $\ce{H-H}$ | 436 | $\ce{C-C}$ | 345 | $\ce{O=O}$ | 498 |
| $\ce{C-H}$ | 415 | $\ce{C=C}$ | 611 | $\ce{N#N}$ | 946 |
| $\ce{N-H}$ | 390 | $\ce{C-O}$ | 350 | $\ce{Cl-Cl}$ | 243 |
| $\ce{O-H}$ | 464 | $\ce{C=O}$ | 741 | $\ce{H-Cl}$ | 432 |

*[Energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) medias. Romper un enlace siempre cuesta energía; formarlo devuelve la misma energía.*

![La combustión del metano en dos etapas imaginarias, con energías de enlace medias: romper todos los enlaces y formar después los nuevos. La estimación, -682\, kJ por mol de metano, es exotérmica.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-e14f7b02a836.svg)

*La [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) del metano en dos etapas imaginarias, con [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) medias: romper todos los enlaces y formar después los nuevos. La estimación, $-682\,\mathrm{kJ}$ por [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano, es [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).*

**Proposición 37.7 (Estimar una energía de reacción).**

Para una reacción entre gases, la energía absorbida, $E_r$ (negativa si se libera energía), es aproximadamente

$$
E_r \approx \sum E(\text{enlaces rotos}) - \sum E(\text{enlaces formados}) .
$$

Si $E_r < 0$, al formar los enlaces nuevos se libera más energía de la necesaria para romper los antiguos: la reacción es [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Demostración.** Se imagina la reacción en dos etapas: se rompen todos los enlaces de los [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant), lo que cuesta la primera suma y deja [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) separados; después se forman los enlaces de los productos, lo que devuelve la segunda suma. El resultado es solo una estimación, porque las tablas dan medias sobre muchas [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule). ∎

**Método 37.8 (Estimar una energía de reacción con las energías de enlace).**

1. Escribir la [ecuación ajustada](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/13-conservacion-de-la-masa-y-ecuaciones-ajustadas#def-g8-balanced-equations-equation) y la [estructura de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) de cada [molécula](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) .
2. Contar los enlaces de cada clase rotos en los [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant) y formados en los productos, con los coeficientes.
3. Sumar las energías de los enlaces rotos y restar las de los enlaces formados.
4. Concluir: un resultado negativo indica una reacción [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) .

**Ejemplo 37.9 (El hidrógeno y el cloro).**

Para $\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}$: se rompen un $\ce{H-H}$ y un $\ce{Cl-Cl}$, $436 + 243 = 679\,\mathrm{kJ}$; se forman dos $\ce{H-Cl}$, $2 \times 432 =
864\,\mathrm{kJ}$. Así, $E_r \approx 679 - 864 = -185\,\mathrm{kJ}$ por [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de reacción: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Observación 37.10 (Estimación y medida).**

La energía medida que libera la [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano es de $890.7\,\mathrm{kJ}$, mayor que la estimación. Tres razones: los enlaces $\ce{C=O}$ del dióxido de carbono son más fuertes que el $\ce{C=O}$ medio de la tabla; el valor medido corresponde al agua líquida, y al condensarse el vapor de agua se libera más energía; y las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) medias solo son medias. El método de las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) da el signo y el orden de magnitud, no el valor exacto.

## 37.4 Comparar combustibles

![Energía liberada por la combustión completa de un kilogramo de cinco combustibles (agua formada líquida). El hidrógeno es, con mucho, el que más da por kilogramo; el etanol, ya en parte “quemado” (contiene oxígeno), el que menos.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-da3cc91177e8.svg)

*Energía liberada por la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de un kilogramo de cinco [combustibles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) (agua formada líquida). El hidrógeno es, con mucho, el que más da por kilogramo; el etanol, ya en parte “quemado” (contiene oxígeno), el que menos.*

**Ejemplo 37.11 (Dióxido de carbono por megajulio).**

La [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) de un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de metano libera $890.7\,\mathrm{kJ}$ y un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono, $44.0\,\mathrm{g}$. Por cada megajulio, $1000\,\mathrm{kJ}$, libera $44.0 \times 1000 / 890.7 = 49.4\,\mathrm{g}$ de dióxido de carbono. El etanol, con dos [moles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono por cada $1367.6\,\mathrm{kJ}$, libera $88.0 \times 1000 / 1367.6 = 64.3\,\mathrm{g}$ por megajulio. El hidrógeno no libera nada: su único producto es el agua.

![Un autobús en una estación de hidrógeno: su combustible solo libera agua.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/img-0d305d894882.jpg)

*Un autobús en una estación de hidrógeno: su [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) solo libera agua.*

**Seguridad.**

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-1664a80a99b8.svg)

![](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/chemistry-1/g11-reaction-energy/fig-0df833fa40ae.svg)

El etanol es muy inflamable e irrita los ojos. Una lamparilla de [alcohol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/33-grupos-funcionales-y-familias#def-g11-functional-groups-alcohol) se llena lejos de cualquier llama, nunca se rellena mientras está caliente, y la usa el profesor sobre una placa resistente al calor.

## 37.5 Ejercicios

**Ejercicio 37.1 ★.**

¿[Exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) o [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic): la madera que [arde](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning); el hielo que se funde; una bolsa de frío que se aprieta; un calentador de manos que se calienta; una hoja verde que fabrica azúcar con la luz del Sol?

**Solución de Ejercicio 37.1.**

La madera que [arde](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning): [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). El hielo que se funde: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (toma calor de su entorno, aunque no es una [reacción química](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reaction)). La bolsa de frío: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). El calentador de manos: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic). Fabricar azúcar con la luz del Sol: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) (la energía procede de la luz).

**Ejercicio 37.2 ★.**

¿Qué energía libera la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de $3.0\,\mathrm{mol}$ de metano?

**Solución de Ejercicio 37.2.**

$Q = 3.0 \times 890.7 = 2.7 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, unos $2.7\,\mathrm{MJ}$.

**Ejercicio 37.3 ★.**

En el diagrama de energía de una reacción [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), ¿qué tiene más energía, los [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant) o los productos? ¿Adónde va la diferencia?

**Solución de Ejercicio 37.3.**

Los [reactivos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/12-las-reacciones-quimicas-reactivos-y-productos#def-g7-chemical-reactions-reactant). La diferencia se libera al entorno, sobre todo en forma de calor.

**Ejercicio 37.4 ★.**

¿Qué energía libera la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de $100\,\mathrm{g}$ de etanol?

**Solución de Ejercicio 37.4.**

$n = 100 / 46.0 = 2.17\,\mathrm{mol}$; $Q = 2.17 \times 1367.6 =
2.97 \times 10^{3}\,\mathrm{kJ}$, unos $3.0\,\mathrm{MJ}$.

**Ejercicio 37.5 ★.**

¿Qué es una [energía de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy)? ¿Por qué romper un enlace siempre cuesta energía?

**Solución de Ejercicio 37.5.**

La energía necesaria para romper un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de esos enlaces, estando las [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) y los [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) en estado gaseoso. El par compartido mantiene unidos los dos [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom): separarlos va en contra de esa atracción, lo que requiere energía.

**Ejercicio 37.6 ★★.**

Estima, con las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy), la energía de la reacción $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$, todo en estado gaseoso. ¿Es [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Solución de Ejercicio 37.6.**

Rotos: $2 \times 436 + 498 = 1370\,\mathrm{kJ}$; formados: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx 1370 - 1856 =
-486\,\mathrm{kJ}$: [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Ejercicio 37.7 ★★.**

Estima la energía de la [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) del etanol, $\ce{C2H5OH + 3O2 ->
2CO2 + 3H2O}$, con las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) (dibuja primero la [estructura de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) del etanol), y compárala con el valor medido de $1367.6\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$.

**Solución de Ejercicio 37.7.**

El etanol $\ce{CH3-CH2-O-H}$ tiene 5 $\ce{C-H}$, 1 $\ce{C-C}$, 1 $\ce{C-O}$ y 1 $\ce{O-H}$. Rotos: $5 \times 415 + 345 + 350 + 464 + 3 \times 498 =
4728\,\mathrm{kJ}$. Formados: $4 \times 741 + 6 \times 464 = 5748\,\mathrm{kJ}$. $E_r \approx -1020\,\mathrm{kJ}$, alrededor de una cuarta parte menor, en valor absoluto, que los $1367.6\,\mathrm{kJ}$ medidos.

**Ejercicio 37.8 ★★.**

Calcula la energía liberada por kilogramo de propano ($2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$) y de metano. Compáralas con el diagrama de barras.

**Solución de Ejercicio 37.8.**

Propano: $2219.2 / 0.0440 = 5.04 \times 10^{4}\,\mathrm{kJ}/\mathrm{kg} = 50.4\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Metano: $890.7 / 0.0160 = 55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$. Los dos, como en el diagrama.

**Ejercicio 37.9 ★★.**

Una cocina de gas calienta $1.50\,\mathrm{L}$ de agua ($1500\,\mathrm{g}$) de $15\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ a $100\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. ¿Qué energía recibe el agua? ¿Qué masa de metano se quema si toda la energía llega al agua? ¿Y si solo llega la mitad?

**Solución de Ejercicio 37.9.**

$Q = 1500 \times 4.18 \times 85 = 5.33 \times 10^{5}\,\mathrm{J} = 533\,\mathrm{kJ}$; $n = 533 / 890.7 = 0.598\,\mathrm{mol}$, es decir, $0.598 \times 16.0 =
9.6\,\mathrm{g}$ de metano; si se pierde la mitad de la energía, $19\,\mathrm{g}$.

**Ejercicio 37.10 ★★.**

Con el diagrama de barras, ordena los [combustibles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) por energía por kilogramo. ¿Qué masa de hidrógeno da la misma energía que $1.0\,\mathrm{kg}$ de octano?

**Solución de Ejercicio 37.10.**

Hidrógeno > metano > propano > octano > etanol. $48.0 / 142.9 = 0.34\,\mathrm{kg}$ de hidrógeno.

**Ejercicio 37.11 ★★.**

Estima la energía de $\ce{N2 + 3H2 -> 2NH3}$, todo en estado gaseoso. ¿[Exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic) o [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)?

**Solución de Ejercicio 37.11.**

Rotos: $946 + 3 \times 436 = 2254\,\mathrm{kJ}$; formados: $6 \times 390 = 2340\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx -86\,\mathrm{kJ}$: ligeramente [exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic).

**Ejercicio 37.12 ★★★.**

En un experimento con una lamparilla de [alcohol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/33-grupos-funcionales-y-familias#def-g11-functional-groups-alcohol), $250\,\mathrm{g}$ de agua se calientan $20\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ mientras [arden](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) $1.20\,\mathrm{g}$ de etanol. Calcula la energía recibida por el agua, la energía que podría liberar el etanol y el [rendimiento](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/28-la-sintesis-rendimiento-y-pureza#def-g10-synthesis-yield-yield) del calentamiento. Nombra tres causas de las pérdidas.

**Solución de Ejercicio 37.12.**

Agua: $250 \times 4.18 \times 20 = 2.09 \times 10^{4}\,\mathrm{J} = 20.9\,\mathrm{kJ}$. Etanol: $1.20 / 46.0 = 0.0261\,\mathrm{mol}$, que podría liberar $0.0261 \times 1367.6 = 35.7\,\mathrm{kJ}$. [Rendimiento](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/28-la-sintesis-rendimiento-y-pureza#def-g10-synthesis-yield-yield): $20.9 / 35.7 \approx 59\,\%$. Pérdidas: el calor que se lleva el [aire](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/4-el-aire-una-mezcla-de-gases#def-g4-air-a-mixture-of-gases-air), el calor que calienta la lata y el soporte, la [combustión incompleta](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) (hollín), algo de etanol que se [evapora](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/3-separar-mezclas#def-g3-separating-mixtures-evaporate) sin [arder](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning).

**Ejercicio 37.13 ★★★.**

El octano libera $5470\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$, y el propano, $2219.2\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$. Escribe sus ecuaciones de [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) y calcula la masa de dióxido de carbono que libera cada uno por megajulio. Compárala con la del metano, $49.4\,\mathrm{g}$.

**Solución de Ejercicio 37.13.**

$\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$: 8 [moles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) de dióxido de carbono, $352\,\mathrm{g}$, por cada $5470\,\mathrm{kJ}$, así que $352 / 5.470 = 64.4\,\mathrm{g}$ por megajulio. $\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}$: $132\,\mathrm{g}$ por cada $2219.2\,\mathrm{kJ}$, así que $59.5\,\mathrm{g}$ por megajulio. El metano, con $49.4\,\mathrm{g}$, es el que menos libera.

**Ejercicio 37.14 ★★★.**

Tanto para el metano como para el etanol, la estimación con las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) es menor que la energía liberada medida. Da las razones, y explica por qué la estimación sigue siendo útil.

**Solución de Ejercicio 37.14.**

La tabla da [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) medias, mientras que los enlaces $\ce{C=O}$ del dióxido de carbono son más fuertes que la media; los valores medidos corresponden al agua líquida, cuya condensación libera más energía que la reacción en fase gaseosa; y el método trata cada enlace como independiente de sus vecinos. La estimación sigue siendo útil: da el signo correcto ([exotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic)) y el orden de magnitud correcto sin ninguna medida.

**Ejercicio 37.15 ★★★.**

Estima la energía de $\ce{2H2O -> 2H2 + O2}$, todo en estado gaseoso. ¿Por qué hay que aportar energía (por ejemplo, en forma de electricidad) para fabricar hidrógeno a partir del agua? Explica por qué se dice que el hidrógeno es una manera de *almacenar* energía, más que una fuente de energía.

**Solución de Ejercicio 37.15.**

Rotos: $4 \times 464 = 1856\,\mathrm{kJ}$; formados: $2 \times 436 + 498 =
1370\,\mathrm{kJ}$; $E_r \approx +486\,\mathrm{kJ}$: [endotérmica](#def-g11-reaction-energy-exothermic), así que hay que aportar energía. Al quemar después el hidrógeno se recupera esa energía: el hidrógeno almacena energía producida en otro lugar, no crea ninguna.

## 37.6 Problema: ¿Qué combustible para el autobús urbano?

**Problema 37.1.**

Problema de fin de semana — metano, etanol, octano o hidrógeno: ¿cuál da más energía por kilogramo, y cuánto dióxido de carbono por megajulio?

Una ciudad compara cuatro [combustibles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) para sus autobuses: el metano (gas natural), el etanol, el octano (de la gasolina) y el hidrógeno. Las energías liberadas por la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) de un [mol](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-amount) son: metano $890.7\,\mathrm{kJ}$, etanol $1367.6\,\mathrm{kJ}$, octano $5470\,\mathrm{kJ}$, hidrógeno $285.8\,\mathrm{kJ}$, con el agua formada en estado líquido.

**Parte I — Ecuaciones de [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning).**

1. Escribe la ecuación de la [combustión completa](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/14-la-combustion-combustibles-productos-y-gases-de-efecto-invernadero#def-g8-combustion-and-fuels-complete) del metano.
2. La del etanol, $\ce{C2H6O}$ .
3. La del octano, $\ce{C8H18}$ .
4. La del hidrógeno.
5. ¿Qué [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) no libera dióxido de carbono?

**Parte II — Energía por kilogramo.**

6. Calcula las [masas molares](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/25-el-mol-y-la-masa-molar#def-g10-the-mole-molar-mass) de los cuatro [combustibles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) .
7. Calcula la energía liberada por kilogramo de cada uno, en $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$ .
8. Ordena los [combustibles](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) .
9. El hidrógeno gana con mucha diferencia. ¿Por qué sigue siendo difícil llevarlo en un autobús? (Piensa en su estado a temperatura ambiente.)

**Parte III — Estimar con las [energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy).**

10. Dibuja las [estructuras de Lewis](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/24-las-estructuras-de-lewis-y-la-geometria-de-las-moleculas#def-g10-lewis-and-shape-lewis-structure) de las [moléculas](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-molecule) de la [combustión](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) del metano, y cuenta los enlaces rotos y formados.
11. Calcula la energía necesaria para romper los enlaces.
12. Calcula la energía liberada al formar los enlaces nuevos.
13. Deduce la estimación de $E_r$ , y compárala con el valor medido: ¿diferencia relativa?
14. Da dos razones de la diferencia.

**Parte IV — Dióxido de carbono por megajulio.**

15. ¿Qué cantidad de metano tiene que [arder](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) para liberar $1\,\mathrm{MJ}$ ?
16. ¿Qué masa de dióxido de carbono libera?
17. La misma pregunta para el etanol y el octano.
18. ¿Qué [combustible](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-fuel) carbonado libera menos dióxido de carbono para la misma energía? ¿Por qué (compara los números de [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de C y de H)?
19. El hidrógeno no libera nada al [arder](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/5-la-combustion-lo-que-necesita-un-fuego#def-g4-what-a-fire-needs-burning) . ¿De qué depende su verdadero beneficio para el clima?
20. Da la respuesta final: ¿qué masa de dióxido de carbono libera el metano por megajulio?

**Solución de Problema 37.1.**

**1.** $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$.

**2.** $\ce{C2H6O + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O}$.

**3.** $\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$.

**4.** $\ce{2H2 + O2 -> 2H2O}$.

**5.** El hidrógeno.

**6.** $16.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $46.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $114.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$, $2.0\,\mathrm{g}/\mathrm{mol}$.

**7.** En $\mathrm{kJ}$ por $\mathrm{kg}$ y después en $\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$: metano, $890.7 / 0.0160$, $55.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; etanol, $1367.6 / 0.0460$, $29.7\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; octano, $5470 / 0.1140$, $48.0\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$; hidrógeno, $285.8 / 0.0020$, $142.9\,\mathrm{MJ}/\mathrm{kg}$.

**8.** Hidrógeno > metano > octano > etanol.

**9.** El hidrógeno es un gas muy ligero: un kilogramo ocupa un volumen enorme a presión normal, así que hay que comprimirlo en pesados depósitos de alta presión.

**10.** Metano: 4 $\ce{C-H}$; dioxígeno: 2 $\ce{O=O}$ rotos. Dióxido de carbono: 2 $\ce{C=O}$; agua: $2 \times 2 = 4$ $\ce{O-H}$ formados.

**11.** $4 \times 415 + 2 \times 498 = 2656\,\mathrm{kJ}$.

**12.** $2 \times 741 + 4 \times 464 = 3338\,\mathrm{kJ}$.

**13.** $E_r \approx 2656 - 3338 = -682\,\mathrm{kJ}$, frente a los $-890.7\,\mathrm{kJ}$ medidos: alrededor de un $23\,\%$ menor en valor absoluto.

**14.** [Energías de enlace](#def-g11-reaction-energy-bond-energy) medias (el $\ce{C=O}$ del dióxido de carbono es más fuerte que la media); agua líquida en la medida, gases en la estimación.

**15.** $1000 / 890.7 = 1.123\,\mathrm{mol}$.

**16.** $1.123 \times 44.0 = 49.4\,\mathrm{g}$.

**17.** Etanol: $1000 / 1367.6 = 0.731\,\mathrm{mol}$, que dan $1.462\,\mathrm{mol}$ de dióxido de carbono, $64.3\,\mathrm{g}$. Octano: $1000 / 5470 = 0.183\,\mathrm{mol}$, que dan $1.463\,\mathrm{mol}$, $64.4\,\mathrm{g}$.

**18.** El metano: es el que tiene más [átomos](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de hidrógeno por [átomo](https://one-course.com/books/chemistry/1/es/chapter/11-atomos-y-moleculas#def-g7-atoms-and-molecules-atom) de carbono (4 frente a 2.25 del octano), y quemar hidrógeno da energía sin dióxido de carbono.

**19.** De cómo se fabrica el hidrógeno: a partir del agua con electricidad de fuentes renovables, casi no libera dióxido de carbono; fabricado a partir del metano, libera el dióxido de carbono en la fábrica en lugar de en el tubo de escape.

**20.** El metano libera unos $49\,\mathrm{g}$ de dióxido de carbono por megajulio.