Calorimetria de combustion I

OBJETIVO

El alumno aprenderá el manejo del calorímetro de combustión y determinara su capacidad calorífica.


GUIA DE ESTUDIOS

1. Explique que es un calorímetro de combustión.
Es un aparato especialmente diseñado para realizar la combustión completa de sustancias solidas y liquidas, reteniendo todos los productos de la reacción para que pueda evaluarse todo el calor liberado.
2.¿Qué es la capacidad calorífica del calorímetro?
Es la capacidad de ganar o ceder unidades calor por unidades de temperatura de temperatura, en el caso del calorímetro seria con el entorno (el ambiente del laboratorio) y con el sistema que es la reacción que se está llevando a cabo.
3. Demuestre que en un sistema cerrado en el que solo podría realizarse trabajo de expansión (o de compresión) avolumen constante U=QV. como no existe cambio de volumen entonces el trabajo no existe, al no haber cambio de masa la energía potencial se mantiene constate por lo que tampoco hay cambio de esta y la energía cinética también es cero porque no hay movimiento del sistema, por lo que de la ecuación: U+Ep+Ec=Q-W eliminamos los términos que son cero nos queda U=Q.
4. Escriba la reacción decombustión completa y balanceada para el oxido benzoico.
C6H5COOH (s)+ 15/2 O2  7CO2 (g)+ 3H2O (l)
5. Consulte en la literatura las entalpias de formación Hf° del C6H5COOH (s), el CO2 (g) y el H2O (l) a 25°C. Calcule con ellas el cambio de entalpia de reacción del punto anterior.
Hf° C6H5COOH =-93.21Kcal/mol Hf° O2= 0 Kcal/mol
Hf° CO2 =-94.051 Kcal/molHf° H2O=-68.315 Kcal/mol
H°reaccion =Σ∆Hfproductos-Σ∆Hfreactivos
=(7x(-94.051 Kcal/mol)+(3x(-68.315 Kcal/mol))-( -93.21Kcal/mol)
=-770.092 Kcal/mol
6. Utilizando los resultados del punto anterior, calcule el cambio de energía interna, para la reacción de combustión de acido benzoico a 25°C, así como el calor liberado en la combustión de 1g de acido benzoicoen un recipiente de volumen constante, a la misma temperatura.
PM C6H5COOH = 122g/mol U=Q, y
Q=(H)(moles)=(-770.092Kcal/mol)((1/122)mol)=-6.31 Kcal
U=(H)(moles)=(-770.092Kcal/mol)(1 mol)=-770.092Kcal/mol
7. Estime el aumento de temperatura que sería observado en el calorímetro durante la combustión de 1g de acido benzoico, considerando que el calorímetro está constituido por 2 L de aguay 3 Kg de acero inoxidable. Considere la densidad del H2O como 1g/ml y los calores específicos del H2O y del acero inoxidable como 1 cal/(g°C) y 0.12 cal/(g°C) respectivamente.
Q=mCpT T=Q/(mCp); m agua=(2000ml)(1g/ml)=2000g
mCp=(mCp agua)+(mCp acero)=(2000g)(1 cal/(g°C))+(3000g)(0.12cal/(g°C))
=2360 cal/°C=2.36Kcal/°C
T=(-6.31Kcal)/(2.36Kcal/°C)=-2.67°C
8. La formación de HNO3 enel calorímetro se debe a la presencia de N2 en el aire inicial (excepto que la muestra lo contenga). El cálculo de calor proporcionado se puede hacer en base a la reacción:
H2O(l) + N2(g) + 5/2O2(g)  2HNO3(ac., 1 m)
Consulte en la literatura la entalpia de formación del HNO3 en solución acuosa 1 m, determine la entalpia de la reacción y del calor liberado por la formación de 1 mmol de HNO3.Hf HNO3=-49.56Kcal/mol Hf N2=0Kcal/mol
H°reaccion =(2x(-49.56Kcal/mol))-(-68.315Kcal/mol)=-30.805Kcal/mol (este H es para 2 moles de HNO3)
Q=(H)(moles)=((-30.805kcal/mol)/2)(1x10-3mol)=-15.4025 cal









PROCEDIMIENTO


Preparación de la muestra

1) Pese cuidadosamente en la balanza analítica una cantidad de acido benzoico comprendida entre 0.9000 y 1.1000 g. Es muyimportante no excederse del peso máximo ya que podría ocasionar la explosión de la bomba.
2) Coloque el acido benzoico ya pesado en el interior del cilindro de la prensa pastilladora y comprima la muestra.
3) Seque cuidadosamente la pastilla sustituyendo la pieza que se encuentra debajo del cilindro de la prensa pastilladora, por la pieza apropiada y avanzando suavemente la cremallera de la...