Calorimetria De Combustion

OBJETIVO:

Determinar el calor de combustión de una muestra a volumen constante y calcular la entalpñia de combustión correspondiente.

GUIA DE ESTUDIOS.

1. Explique que es un calorímetro de combustión.

Experimentalmente se puede determinar el flujo de calor asociado a una reacción química midiendo los cambios de temperatura que esta produce. La medida del flujo de calor se denomina calorimetría, y el aparato en el que se mide la cantidad de calor es un calorímetro. Las reacciones más frecuentemente estudiadas mediante calorimetría son de combustión y el instrumento convencionalmente utilizado es la bomba calorimétrica.

2. ¿Qué es la capacidad calorífica del calorímetro?

Es una propiedad que indica la capacidad de un material de absorber calor de su entorno: representa la cantidad de energía necesaria para aumentar la temperatura en una unidad.

3. Para un sistema cerrado en donde solo puede realizarse trabajo de expansión o comprensión, demuestre que a volumen constante, ∆U=Qv.

∆U+∆EP+∆EK=Q-W

∆EP,∆EK ≡DESPRECIABLES

∆U=Q-W

A volumen cte: du=dQ-dW

du=dQ-∫_v1^v2▒Pdv

∆u=Q-W

∆U=Qv

4. Escriba la reacción de combustión completa para el ácido benzoico.

C6H5-COOH + 15/2 O2 7CO2 + 3H2O

5. Consulte en la literatura las entalpias de formación ∆H℉ del C6H5COOH, el CO2 y el H2O A 25°C. Calcule con ellas el cambio de entalpia de la reacción del punto 4.

∆H=∆U+∆nRT

Para calcular ∆n sólo se tienen en cuenta los moles de las sustancias gaseosas; por tanto: ∆n = nPROD – nREACT = 7 – 15/2 = - 0,5 moles

∆H = - 770,2 + (-0,5 ⋅ 1,99⋅10-3 ⋅ 298) = - 770,5 Kcal/mol

6. Utilizando resultados del punto 5, calcule el cambio de energía interna, para la reacción de combustión del ácido benzoico a 25 °C, así como el calor liberado en la combustión de 1g de ácido benzoico en un recipiente de volumen constante, a la misma temperatura.

∆H=∆U+∆nRT

∆n=nreactivos-nproductos

∆n =7-15/2≡0.5moles

T(k)=25ºC+273 ≡298K

∆H=∆U+∆nRT

-771.200cal/mol=∆U+(.5mol)(298k)(1.987cal/molK)

-771.200 cal/mol=∆U+296.063 cal/mol

∆U=-771496.063cal/mol

Qv=-771496.063cal/mol (1mol/122g)

Qv=-6322.73 cal/g

Pm C6H5COOH=122g/mol

7. Estime el aumento de temperatura que sería observado en el calorímetro durante la combustión de 1g de ácido benzoico, considerando que el calorímetro está constituido por 2L de agua y 3kg de acero inoxidable. Considere la densidad del H2O como 1g/cm3 y los calores específicos del H2O y del acero inoxidable como 1 cal/(gºC) y 0.12 cal/(gºC) respectivamente.

P=mv ∴m=pv∴m=vρ

mH2O=(2000cm3)(1g/cm3)

mH2O=2kg

Qv=QH2O+Q acero

Q=m*Cp*∆T

Qv=(mH2O)(Cp)(∆T)+(m acero)(Cp)(∆T)

∆T=(-632273 cal/g)/[2000g*1cal/(gºC)+(3000g*0.12cal/(gºC))]

∆T=-2.6791ºC/g

∆U=Q

8. La formación de HNO3 en el calorímetro se debe a la presencia de N2 en el aire inicial (excepto que la muestra lo contenga). El cálculo del calor proporcionado se puede hacer en base a la reacción:

H2O + N2 + 5/2 O2 → 2HNO3

Consulte en la literatura la entalpia de formación del HNO3 en solución acuosa 1m, determine la entalpia de la reacción y el calor liberado por la formación de 1mmol de HNO3.

H2O=-68.320cal/mol N2 =0cal/mol 5/2 O2=0cal/mol HNO3=-49.560cal/mol

∆H=∆H prod.-∆H reac.

∆H=Q

∆H=(2*49.560cal/mol)-(68.320 cal/mol)

∆H=-30.800 cal/mol

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