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

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!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)  

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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    

Laboratorio  de  Termodinámica.  PrácBca  9:  Calor  de  CombusBón  

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