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Facultad de Química, UNAM Departamento de Fisicoquímica Laboratorio de Termodinámica

PRÁCTICA 9: CALOR DE COMBUSTIÓN

Prof. Elizabeth K. Galván Miranda

ObjeIvo general

Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón

Determinar el calor de combusIón de un alimento uIlizando una bomba calorimétrica

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

Termoquímica: calorímetros Presión constante

(isobáricos)


Volumen constante (isocóricos)

Bomba calorimétrica

Termoquímica: reacciones de combusIón •  Proceso químico rápido en el que reacciona una

sustancia (combusIble) con óxigeno produciendo calor y/o luz


Termoquímica: reacciones de combusIón •  CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de

carbono y agua


h\ps://thecolt84.wordpress.com/2011/03/28/hello-‐world/


Bomba calorimétrica: reacciones de combusIón

Calorimetría Energía interna

En un proceso a voumen constante

dU = !Q+!W


!W = 0dU = !Q

En la bomba calorimétrica la

energía interna es igual al calor transferido

Relación entre la entalpía y la energía interna Entalpía: función de estado, propiedad extensiva

H =U + PV


!H = !U +!(PV )

PV = nRT!(PV ) = !(nRT )

Ley del gas ideal A T constante

!H = !U +!(ngases )RT

¡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

Relación entre la entalpía y la energía interna

Donde

!U = !H "!(ngases )RT


!(ngases ) = ni ,gases prod. " n j ,gases react.j#

i#

Termoquímica: reacciones de combusIón •  CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de

carbono y agua


C6H5COOH (s) + 15/2 O2 (g) 7 CO2 (g) + 3 H2O (l)

!Hr0 = !Ur

0 +!(ngases )RT

!(ngases ) = 7"152= "12

Termoquímica: reacciones de combusIón •  Entalpía de la reacción: Ley de Hess


!Hr0 = ni

i" !H f ,i

0 productos# n jj" !H f , j

0 reactivos


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

O2 (g) 0 CO2 (g) -‐393.51 H2O (l) -‐285.83

Termoquímica: reacciones de combusIón



!Hr0 = !Ur

0 +!(ngases )RT

Calcular ΔU de combusIón del ácido benzóico

Problema Determinar el calor de combusIón de la muestra problema (contenido calórico)


Entalpía combusIón ácido benzóico


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 jH n H productos n H reactivosΔ = Δ − Δ∑ ∑

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

C6H5COOH(s) +152O2 (g ) ! 7CO2 (g ) +3H2O(l )

!Hr298.15K0 = !3227.26 kJ /mol

ΔU combusIón


06 5 2 2 2

15 JC H COOH( ) O ( ) 7CO ( ) 3H O( ) 32272602 molrs g g l H+ → + Δ = −

15 1( ) 72 2gasesnΔ = − = −

( )0 J 1 J J3227260 8.314 298.15K 3226020mol 2 molK molrU

⎛ ⎞⎛ ⎞Δ = − − − = −⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠

0 cal6319.97gcombUΔ = −

0 J 1 cal 1 mol3226020mol 4.184 J 122 grU

⎛ ⎞⎛ ⎞⎛ ⎞Δ = − ⎜ ⎟⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠⎝ ⎠⎝ ⎠

0 0 ( )r r gasesU H n RTΔ = Δ −Δ

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



ganado cedidoQ Q= −

2H OK reacciónQ Q Q+ = −

2 2

0 0H O H O .( ) ( )f i f i ac benz comb alambre alambreK T T m c T T m U m U− + − = − Δ − Δ

QK +QH2O = !(Qcomb +Qalambre )

2 2

0 0. H O H O ( )

( )ac benz comb alambre alambre f i

f i

m U m U m c T TK

T T− Δ − Δ − −

=−

0 1400 cal/galambreUΔ = −



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

ΔU muestra


ganado cedidoQ Q= −

2H OK reacciónQ Q Q+ = −

QK +QH2O = !(Qmuestra +Qalambre )

!Umuestra0 =

mH2OcH2O(Tf "Ti )+ K (Tf "Ti )+malambre!Ualambre0

"mmuestra

0 1400 cal/galambreUΔ = −

( ) ( )2 2

0 0H O H Of i f i muestra muestra alambre alambreK T T m c T T m U m U− + − = − Δ − Δ

prÁctica9:(...

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