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PRÁCTICA 9: CALOR DE COMBUSTIÓN

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Academic year: 2021

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(1)

Facultad  de  Química,  UNAM  

Departamento  de  Fisicoquímica   Laboratorio  de  Termodinámica  

PRÁCTICA  9:  

CALOR  DE  COMBUSTIÓN  

(2)

ObjeIvo  general  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

Determinar  el  calor  de  combusIón  de  un  alimento  

uIlizando  una  bomba  calorimétrica  

(3)

Termoquímica  

• 

Área  de  la  termodinámica  experimental  que  se  encarga  

de  cuanIficar  el  calor  que  absorbe  o  cede  una  reacción  

química  

Cede  calor,  Q<0  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

Absorbe   calor,  Q>0  

(4)

Termoquímica:  calorímetros  

Presión  constante  

(isobáricos)  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

Volumen  constante  

(isocóricos)  

(5)

Termoquímica:  reacciones  de  combusIón  

• 

Proceso  químico  rápido  en  el  que  reacciona  una  

sustancia  (combusIble)  con  óxigeno  produciendo  calor  

y/o  luz  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

(6)

Termoquímica:  reacciones  de  combusIón  

• 

CombusIbles  orgánicos  (C,H)  producen  dioxido  de  

carbono  y  agua  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

(7)

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

(8)

Calorimetría  

Energía  interna  

En  un  proceso  a  

voumen  constante  

dU = !Q +!W

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

!W = 0

dU = !Q

En  la  bomba  

calorimétrica  la  

energía  interna  es  

igual  al  calor  

transferido  

(9)

Relación  entre  la  entalpía  y  la  energía  interna  

Entalpía:  función  de  estado,  propiedad  extensiva    

H =U + PV

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

!H = !U + !(PV )

PV = nRT

!(PV ) = !(nRT )

Ley  del  gas  ideal  

A  T  constante  

!H = !U + !(n

gases

)RT

¡Ojo!  El  volumen  de  las  fases  condensadas  se  desprecia  porque  es   mucho  menor  que  el  de  los  gases,  además  las  fases  condensadas  

(10)

Relación  entre  la  entalpía  y  la  energía  interna  

Donde  

!U = !H " !(n

gases

)RT

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

!(n

gases

) =

n

i,gases prod.

"

n

j,gases react.

j

#

i

(11)

Termoquímica:  reacciones  de  combusIón  

• 

CombusIbles  orgánicos  (C,H)  producen  dioxido  de  

carbono  y  agua  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

C

6

H

5

COOH  (s)  +  15/2  O

2

 (g)    7  CO

2

 (g)  +  3  H

2

O  (l)  

!H

r0

= !U

r0

+ !(n

gases

)RT

!(n

gases

) = 7 "

15

2

= "

1

2

(12)

Termoquímica:  reacciones  de  combusIón  

• 

Entalpía  de  la  reacción:  Ley  de  Hess  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

!H

r0

=

n

i i

"

!H

0f ,i

productos #

n

j j

"

!H

0f , j

reactivos

C

6

H

5

COOH  (s)  +  15/2  O

2

 (g)    7  CO

2

 (g)  +  3  H

2

O  (l)  

Sustancia ΔH°f,  298.15  K  /  (kJ/mol) C6H5COOH  (s) -­‐384.80

O2  (g) 0

CO2  (g) -­‐393.51 H2O  (l) -­‐285.83

(13)

Termoquímica:  reacciones  de  combusIón  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

C

6

H

5

COOH  (s)  +  15/2  O

2

 (g)    7  CO

2

 (g)  +  3  H

2

O  (l)  

!H

r0

= !U

r0

+ !(n

gases

)RT

(14)

Problema  

Determinar  el  calor  de  combusIón  de  la  muestra  

problema  (contenido  calórico)  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

(15)

Entalpía  combusIón  ácido  benzóico  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón   SUSTANCIA: ΔHºf,  298.15  K  /  (kJ/mol) C6H5COOH  (s) -­‐384.80 O2  (g) 0 CO2  (g) -­‐393.51 H2O  (l) -­‐285.83 0 0 0 , , r i f i j f j i j H n H productos n H reactivos Δ =

Δ −

Δ

!Hr298.15K0 = (7)(!393.51 kJ/mol)+(3)( ! 285.83 kJ/mol) ! (1)(!384.80kJ/mol)

C6H5COOH(s) +15

2 O2 (g ) ! 7CO2 (g ) + 3H2O(l)

(16)

ΔU  combusIón    

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón   0 6 5 2 2 2 15 J C H COOH( ) O ( ) 7CO ( ) 3H O( ) 3227260 2 r mol s + g g + l ΔH = − 15 1 ( ) 7 2 2 gases n Δ = − = −

(

)

0 3227260 J 1 8.314 J 298.15K 3226020 J

mol 2 molK mol

r U ⎛ ⎞⎛ ⎞ Δ = − − −⎜ ⎟⎜ ⎟ = − ⎝ ⎠⎝ ⎠ 0

6319.97

cal

g

comb

U

Δ

= −

0 3226020 J 1 cal 1 mol mol 4.184 J 122 g r U ⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞ Δ = −⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟ ⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠ 0 0

(

)

r r gases

U

H

n

RT

Δ

= Δ

− Δ

(17)

Constante  del  calorímetro  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

 

Masa  de  agua  en  la  cubeta:  2000  g  

Masa  de  pasBlla  de  ácido  benzóico:  aprox.  1  g        (Masa  

molar:  122  g/mol)  

Calor  específico  del  agua:  1  cal/gºC  

 

 

¡ojo!  

Adicionar  1  mL    de  agua  desBlada  en  el  interior  de  la  

bomba.  

Pesar  el  alambre  de  ignición  antes  y  después  de  la  

reacción  de  combusBón

 

(18)

Constante  del  calorímetro  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón   ganado cedido

Q

= −

Q

2 H O K reacción

Q

+

Q

= −

Q

2 2 0 0 H O H O .

(

f i

)

(

f i

)

ac benz comb alambre alambre

K T T

+

m c

T T

= −

m

Δ

U

m

Δ

U

Q

K

+ Q

H 2O

= !(Q

comb

+ Q

alambre

)

2 2 0 0 . H O H O

(

)

(

)

ac benz comb alambre alambre f i

f i

m

U

m

U

m c

T

T

K

T

T

Δ

Δ

=

0

1400 cal/g

alambre

U

Δ

= −

(19)

Constante  del  calorímetro  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón  

 

Masa  de  agua  en  la  cubeta:  2000  g  

Masa  de  a  muestra:  aprox.  1  g          

Calor  específico  del  agua:  1  cal/gºC  

 

 

¡ojo!  

Adicionar  1  mL    de  agua  desBlada  en  el  interior  de  la  

bomba.  

Pesar  el  alambre  de  ignición  antes  y  después  de  la  

reacción  de  combusBón

 

(20)

ΔU  muestra  

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de   CombusBón   ganado cedido

Q

= −

Q

2 H O K reacción

Q

+

Q

= −

Q

Q

K

+ Q

H 2O

= !(Q

muestra

+ Q

alambre

)

!U

muestra0

=

m

H2O

c

H2O

(T

f

"T

i

) + K(T

f

"T

i

) + m

alambre

!U

alambre

0

"m

muestra 0

1400 cal/g

alambre

U

Δ

= −

(

)

2 2

(

)

0 0 H O H O

f i f i muestra muestra alambre alambre

Referencias

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