PRÁCTICA 9: CALOR DE COMBUSTIÓN

Transcripción

1 PRÁCTICA 9: CALOR DE COMBUSTIÓN Prof. Elizabeth K. Galván Miranda Facultad de Química, UNAM Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica

2 ObjeIvo general 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 Absorbe calor, Q>0

4 Termoquímica: calorímetros Presión constante (isobáricos) Volumen constante (isocóricos) Bomba calorimétrica

5 Termoquímica: reacciones de combusión Proceso químico rápido en el que reacciona una sustancia (combusible) con óxigeno produciendo calor y/o luz

6 Termoquímica: reacciones de combusión CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de carbono y agua h\ps://thecolt84.wordpress.com/2011/03/28/hello- world/

7 Bomba calorimétrica: reacciones de combusión

8 Calorimetría Energía interna du =!Q +!W En un proceso a voumen constante!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!H =!U +!(PV ) Ley del gas ideal PV = nrt!(pv ) =!(nrt ) Ojo! El volumen de las fases condensadas se desprecia porque es mucho menor que el de los gases, además las fases condensadas manienen un volumen casi constante A T constante!h =!U +!(n gases )RT

10 Relación entre la entalpía y la energía interna Donde!U =!H "!(n gases )RT # i # j!(n gases ) = n i,gases prod. " n j,gases react.

11 Termoquímica: reacciones de combusión CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de carbono y agua C 6 H 5 COOH (s) + 15/2 O 2 (g) 7 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l)!h r 0 =!U r 0 +!(n gases )RT!(n gases ) = 7 " 15 2 = " 1 2

12 Termoquímica: reacciones de combusión Entalpía de la reacción: Ley de Hess!H 0 r = " n i!h 0 f,i productos #" n j!h 0 f, j reactivos i j C 6 H 5 COOH (s) + 15/2 O 2 (g) 7 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l) Sustancia C 6 H 5 COOH (s) ΔH f, K / (kj/mol) O 2 (g) 0 CO 2 (g) H 2 O (l)

13 Termoquímica: reacciones de combusión C 6 H 5 COOH (s) + 15/2 O 2 (g) 7 CO 2 (g) + 3 H 2 O (l)!h r 0 =!U r 0 +!(n gases )RT Calcular ΔU de combusión del ácido benzóico

14 Problema Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de Determinar el calor de combusión de la muestra problema (contenido calórico)

15 Entalpía combusión ácido benzóico Δ = Δ Δ H n H productos n H reactivos r i f, i j f, j i j C 6 H 5 COOH (s) O 2 (g)! 7CO 2 (g) + 3H 2 O (l) 0!H r298.15k = (7)(! kj/mol)+(3)(! kj/mol)! (1)(!384.80kJ/mol) 0!H r298.15k =! kj / mol SUSTANCIA: ΔHº f, K / (kj/mol) C 6 H 5 COOH (s) O 2 (g) 0 CO 2 (g) H 2 O (l)

16 ΔU combusión 15 J 0 C6H5COOH( s) + O 2( g) 7CO 2( g) + 3H2O( l) Δ H r = mol 15 1 Δ ( n gases ) = 7 = 2 2 Δ U =ΔH Δ( n ) RT 0 0 r r gases 0 J 1 J J Δ U r = ( K) = mol 2 molk mol 0 J 1 cal 1 mol Δ U r = mol J 122 g 0 cal Δ U comb = g

17 Constante del calorímetro 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 Q ganado = Q cedido Δ = 1400 cal/g 0 U alambre Q + Q = Q K HO 2 reacción Q K + Q H2 O =!(Q comb + Q alambre ) KT ( T) + m c ( T T) = m ΔU m ΔU 0 0 f i HO HO f i acbenz. comb alambre alambre 2 2 K = m ΔU m ΔU m c T T 0 0 ( ) ac. benz comb alambre alambre H O H O f i ( T T) f i 2 2

19 Constante del calorímetro 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 Q ganado = Q cedido Δ = 1400 cal/g 0 U alambre Q + Q = Q K HO 2 reacción Q K + Q H2 O =!(Q muestra + Q alambre ) ( ) ( ) KT T + m c T T = m ΔU m ΔU 0 0 f i HO HO f i muestra muestra alambre alambre 2 2 0!U muestra = m c (T 0 "T H 2 O H 2 O f i ) + K(T f "T i ) + m alambre!u alambre "m muestra