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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
Absorbe calor, Q>0
Termoquímica: calorímetros Presión constante
(isobáricos)
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
Termoquímica: reacciones de combusIón • CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de
carbono y agua
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
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Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
Bomba calorimétrica: reacciones de combusIón
Calorimetría Energía interna
En un proceso a voumen constante
dU = !Q+!W
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
!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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
!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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
!(ngases ) = ni ,gases prod. " n j ,gases react.j#
i#
Termoquímica: reacciones de combusIón • CombusIbles orgánicos (C,H) producen dioxido de
carbono y agua
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
!Hr0 = ni
i" !H f ,i
0 productos# n jj" !H f , j
0 reactivos
C6H5COOH (s) + 15/2 O2 (g) 7 CO2 (g) + 3 H2O (l)
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
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
C6H5COOH (s) + 15/2 O2 (g) 7 CO2 (g) + 3 H2O (l)
!Hr0 = !Ur
0 +!(ngases )RT
Calcular ΔU de combusIón del ácido benzóico
Problema Determinar el calor de combusIón de la muestra problema (contenido calórico)
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
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 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
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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
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
Constante del calorímetro
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor 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 = −
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
ΔU muestra
Laboratorio de Termodinámica. PrácBca 9: Calor de CombusBón
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
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