El calorímetro de combustión

OBJETIVO

El alumno aprenderá a manejar el calorímetro de combustión y determinará su capacidad calorífica

GUÍA DE ESTUDIOS

Explique qué es un calorímetro de combustión.

R. El calorímetro de combustión es un aparato especialmente diseñado para realizar la combustión completa de sustancias sólidas y líquidas, reteniendo todos los productos de la reacción para que pueda evaluarse todo el calor liberado

¿Qué es la capacidad calorífica del calorímetro?

R. cantidad de energía necesaria para elevar en un grado Celsius la temperatura del conjunto del calorímetro.

Demuestre que para un sistema cerrado, solo podría realizarse trabajo de expansión ( o de compresión) a un volumen constante ΔU=Qv

R. como no existe cambio de volumen entonces el trabajo no existe, al no haber cambio de masa la energía potencial se mantiene constate por lo que tampoco hay cambio de esta y la energía cinética también es cero porque no hay movimiento del sistema, por lo que de la ecuación:

U+Ep+Ec=Q-W eliminamos los términos que son cero nos queda U=Q.

Escriba la reacción de combustión completa para el ácido benzoico

R. C6H5COOH(s) + 7.5 O2 (g) ⟶ 7 CO2 (g) + 3H2O (L);

Consulte en la literatura las entalpías de formación ΔHf del CH6H5COOH(s), el CO2(g)y el H2O(l) a 25°c. Calcule con ellas el cambio de entalpia de la reacción del punto 4

R.ΔHr= ΔHproductos – ΔH reactivos

ΔHr= 7(-94.052kcal/mol)+3(68.32kcal/mol)-(1(-92.1kcal/mol)+15/2mol(0kcal/mol)

ΔHr=-771.22kcal

Utilizando resultados del punto 5, calcule el cambio de nergia inrerna, para la reacción de combustión del ácido benzoico a 25°c, asi como el calor liberado en la combustión de 1g de ácido benzoico en un recipiente de volumen, a la misma temperatura

R. energía interna= Δu=ΔH-Δn.RT

Δu= -771220cal -(-0.5mol)(1.9872cal(mol.k)(298.15k)

Δu=-770923.76cal

Calor liberado= Δu=Qv a volumen constante

Δu= -771220cal -(8.1967x10-3)(1.9872cal(mol.k)(298.15k)

Δu=-771224.8564 = Qv

Calor liberado: relacionando la entalpia de reacción con la cantidad de sustancia se obtiene el calor desprendido en el proceso

1gC6H5COOH/ 1molC6H5COOH/122GR (-771.22KCAL)/(1mol c6H5COOH)= -6.32Kcal

Estime el aumento de temperatura que sería observado en el calorímetro durante la combustión es 1 g de ácido benzoico, considerando que el calorímetro está constituido por 2 l de agua y 3 kg de acero inoxidable. Considere la densidad de H2o como 1g/cm3 y los calores específicos del H20 y del acero inoxidable como 1 cal/g°c y 0.12 cal/g°c respectivamente

R. Qac=QH2O+Qacero

Q=(mH2O)(Cp)(ΔT)+(macero)(Cp)(ΔT)

∆T=Q/((m)( Cp)+(m )(Cp))

∆T=-6320cal / [2000g*1calg°C+(3000g*0.12calg°C)]

∆T=-2.6795°C

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 de calor proporcionado se debe hacer en base a la reacción

H20(l)+N2(g)+5/2 O2(g) 2HNO3(ac,lm)

Consulte en la literatura la entalpía 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

.ΔHr= ΔHproductos – ΔH reactivos

(2)(49.37kcal/mol)-(5/2)(0)+(1)(0)+(1)(-68.32kcal/mol)

ΔH=-30.42 kcal

Calor liberado ∆H=-30.805kcal -0.0154 kcal

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