reporte de termo calor de combustin

8/10/2019 Reporte de Termo Calor de Combustin

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Universidad Nacional Autónoma de

México.

Facultad de Química.

Departamento de fisicoquímica.

Laboratorio de termodinámica.

Reporte practica 9

Determinación del calor de combustión

Integrantes:

-Ramos Morales Francisco Zaid



Objetivo: Conocer y familiarizarse con el concepto de calor de combustión y aplicar este conocimiento para

calcular el contenido energético de sustancias conocidas. Aprender acerca del correcto uso de un calorímetro a

volumen constante. Conocer los cálculos termodinámicos involucrados en el calor de combustión.

Hipótesis: Todo compuesto químico libera o consume energia al momento de reaccionar, en la combustión se

libera energía, al realizar la reacción en un medio controlado, podemos tomar lectura de los cambios de

temperatura y podremos calcular la energía desprendida por el compuesto que reacciona.

Introduccion: Se define el calor de combustión (ΔH) como la cantidad de calor (Q)que cede la

unidad de masa del cuerpo al quemarse totalmente. El calor de combustión (ΔH) se expresa en

unidades de energía (J) por unidades de masa (kg) y depende del tipo de combustible. Iguales

masas de combustibles diferentes, desprenden diferentes cantidades de calor (Q) al quemarse

totalmente.

El calor específico de combustión generalmente se relaciona con los materiales son

considerados como combustibles tradicionales (petróleo, carbón, alcohol, leña, etc.), pero

también puede ser asociado con los combustibles alternativos; por lo que es importante

conocer las potencialidades combustibles de diferentes materiales que no se emplean con

frecuencia en la combustión, mediante el conocimiento de sus calores específicos de

combustión.

Equipo y Reactivos

Un calorímetro de volumen constante (Bomba Parr) con accesorios. Una unidad de ignición.

Una probeta de 1000mL. Una pipeta volumétrica de 1 mL. Un vaso de precipitados de 250 mL. Un cronómetro

Una broca de 1.5 mm. Dos vidrios de reloj. Una espátula. Oxígeno. 10 cm de alambre de ignición Ni-Cr

1.5 g de ácido benzoico. 1.5 g de naftaleno. Agua destilada.

Aplicación lenguaje termodinámico.

Sistema: Bomba calorimétrica, oxigeno, compuesto a combustionar y alambre de Ni-Cr Alrededores: Agua, bandeja de metal, cubierta plástica del calorímetro y termómetro.Paredes: Adiabáticas, rígidas e impermeables.Fases. Heterogénea, 2 fases, fase gaseosa y el sólido a combustionar.

Cuestionario previo:

1. ¿Qué estudia la termoquímica? consiste en el estudio de las transformaciones que sufre la energía

calorífica en las reacciones químicas, surgiendo como una aplicación de la termodinámica a la

química.

2. Definir calor de combustión, combustible y comburente.

Calor de combustión. como la cantidad de calor (Q)que cede la unidad de masa del cuerpo al

quemarse totalmente.

Combustible: es cualquier material capaz de liberar energía cuando se oxida de forma violenta con

desprendimiento de calor

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_calor%C3%ADfica




http://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica








Comburente: es cualquier sustancia que en ciertas condiciones de temperatura y presión puede

combinarse con un combustible, provocando la combustión; actúa oxidando al combustible y por lo

tanto siendo reducido por este último.

El comburente por antonomasia es el oxígeno atmosférico

3. ¿Qué es una reacción exotérmica y una endotermica?

Exotérmica: cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o calor ,

Endotérmica: cualquier reacción química que absorbe energía.

4. Indicar cuándo es conveniente trabajar con la bomba calorimétrica

Cuando se tengan muestras solidas

5. Si se trabaja con la bomba calorimétrica, ¿cuál es la función termodinámica que nos indica la energía asociada ala reacción que se lleva a cabo y que propiedad se mantiene constante?

Cambio de energía interna y se mantiene al volumen constante.

Metodología experimental. (Determinación de la capacidad térmica de la bomba calorimétrica)

http://es.wikipedia.org/wiki/Temperatura



http://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Combustible



http://es.wikipedia.org/wiki/Combusti%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Oxidaci%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Reducci%C3%B3n



http://es.wikipedia.org/wiki/Diox%C3%ADgeno


http://es.wikipedia.org/wiki/Atm%C3%B3sfera



http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica



http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_t%C3%A9rmica



http://es.wikipedia.org/wiki/Calor




















Pesar la muestra del acidobenzoico y el alambre de

combustion.

Hacerle un orificio a lapastilla,colocar el alambre y

despues insertarlo en loselectrodos.

Poner en el fondo de labomba 1 ml de agua

destilada medida con unapipeta

volumétrica.

Introducirmos oxígeno a labomba, a 25 atm.

En la cubeta metálica poner2 litros exactos de agua a25.5ºC aproximadamente.

Colocar en la bomba loscables que suministrancorriente eléctrica a los

electrodos.

Colocar la tapa con elagitador y poner el

termómetro de precisión .

Accionar el motor delagitador. Conectar los

electrodos de la bomba a lafuente de poder y la fuente

al suministro de

corriente de 125 Volts

Empezar a leer latemperatura del baño deagua cada 30 segundos

durante 5 minutos.

Oprimir el botón deencendido de la unidad de

ignición.

A partir de este momentotomar la temperatura cada15 segundos hasta obtener

un valor de températuraconstante.

Desconectar el agitador y lafuente de corriente. Quitar

la tapa del calorímetro

Con las pinzas sacar labomba de la cubeta,

retirando antes los cablesde los electrodos. Secar por

fuera la bomba

Destapar la bomba. Pesarlos restos del alambre de

ignición.

determinarl el ácido nítricoformado con indicador



Resultados (Determinación de la capacidad térmica del calorímetro; bomba colorimétrica a

V=cte.)

Tiempo (min) Temp. °C Tiempo (min) Temp. °C Tiempo (min) Temp. °C

00:30 26.25 5:45 26.50 8:45 28.39

1:00 26.24 6:00 26.69 9:00 28.401:30 26.24 6:15 27.448 9:15 28.41

2:00 26.23 6:30 27.73 9:30 28.42

2:30 26.22 6:45 27.98 9:45 28.42

3:00 26.22 7:00 28.07 10:00 28.43

3:30 26.21 7:15 28.18 10:15 28.43

4:00 26.20 7:30 28.22 10:30 28.43

4:30 26.20 7:45 28.29 10:45 28.43

5:00

(Ignición)

26.19 8:00 28.32 11:00 28.43

5:15 26.19 8:15 28.34 11:15 28.435:30 26.39 8:30 28.38 11:30 28.43

Cálculos

Qganado = -Qcedido

Q k+QH2O= –

Qreacc

Q k+QH2O= - (Q ácidobenz + Q alambre + Q HNO3)

Q k+QH2O=- (Q ácidobenz + Q alambre)

MH2OCH2O∆T + K∆T= - mácidobenz - malambre ∆Ualambre

K= - mácidobenz ∆U°ácidobenz - malambre ∆U°alambre -

mH2OCH2O∆T / ∆T

CH2O=1cal/g°C mácidobenz=0.9030g

∆T= (Tf –Ti) = (28.3°C – 26.4°C) = 2.2°C malambre =0.0137g



∆U°alambre = debido a que es aleación de materiales lo da el fabricante = -1400cal/g

mH2O=2000g

∆U°ácidobenz=

C7H6O2(S) + 15/2 O2 (g) → 7CO2 (g) + 3H2O (l) ∆H°r298.15K= - 3227.26 KJ/mol

∆H°rr= Σni∆H°fTprod - Σnj∆H°fTreact

∆H°rr=(7)(-393.51KJ/mol)+(3)(-285.83KJ/mol) – (1) (-384.80KJ/mol)

∆H°rr= -3227.26KJ/mol*

*Para el calorímetro

H=U + PV

Si V=cte ∆U=0 el cambio de presión depende de los gases

∆H= ∆U + V∆P con gas ideal

V∆P =∆ (nRT) si T=cte

V∆P = ∆n (gases) RT

∆H°r = ∆U°r +∆n (gases) RT

∆n (gases)=nproductos – n reactivos

∆n (gases) =7 – 5/2 = - ½ T=298.15K

R=8.34J/molK ∆H°r = - 3227260J/mol

∆U°r = ∆H°r - ∆n (gases) RT

∆U°r =3227260 J/mol – (-1/2) (8.34J/molK) (298.15K)

∆U°r = - 3226020.59 J/mol = Qv combustión del ácido benzoico

∆U°ácidobenz = (-3226020.59 J/mol)(1cal/4.184J)(1mol/122g acido benz) = -6326.02cal/g



K= - (0.9030g) (-6326.02 cal/g) - (0.0137g) (-1400cal/g) - (2000g) (1g/cal°C) (2.2°C)/ (2.2°C)

K = 605.25cal/°C *

El valor de K depende de cada calorímetro, por lo que es una propiedad extensiva y no

podemos calcular algún % de error.

Metodología experimental (Para la reacción de combustión del pandita)



• Resultados (calor de combustión para el pandita )

Pesar muestra del panditaaprox. 1g y el alambre de

combustion.

Hacerle un orificio alpandita, colocar el alambrey despues insertarlo en los

electrodos.

Poner en el fondo de labomba 1 ml de agua

destilada medida con unapipeta volumétrica.

Introducirmos oxígeno a labomba, a 25 atm.

En la cubeta metálicaponer 2 litros exactos deagua destilada a 25.5ºC

aproximadamente.

Colocar en la bomba loscables que suministrancorriente eléctrica a los

electrodos.

Colocar la tapa con elagitador y poner el

termómetro de precisión .

Accionar el motor delagitador. Conectar los

electrodos de la bomba a lafuente de poder y la fuente

al suministro de

corriente de 125 Volts

Empezar a leer latemperatura del baño deagua cada 30 segundos

durante 5 minutos.

Oprimir el botón deencendido de la unidad de

ignición.

A partir de este momentotomar la temperatura cada15 segundos hasta obtener

un valor constante en latemperatura.

Desconectar el agitador y lafuente de corriente. Quitar

la tapa del calorímetro

Con las pinzas sacar labomba de la cubeta,

retirando antes los cables

de los electrodos. Secar porfuera la bomba

Destapar la bomba. Pesarlos restos del alambre de

ignición.

determinar el ácido nítrico

formado con indicador.



Tiempo (min) Temp. °C Tiempo (min) Temp. °C Tiempo (min) Temp. °C

:30 19.43 7:00 20.38 11:00 20.92

1:30 19.44 7:15 20.50 11:15 20.92

2:00 19.44 7:30 20.60 11:30 20.93

2:30 19.44 7:45 20.69 11:45 20.93

3:00 19.45 8:00 20.72 12:00 20.933:30 19.45 8:15 20.77 12:15 20.93

4:00 19.45 8:30 20.80 12:30 20.94

4:30 19.46 8:45 20.83 12:45 20.94

5:00 Ignición

(fallida)

19.46 9:00 20.85 13:00 20.94

5:15 19.46 9:15 20.87 13:15 20.94

5:30 19.46 9:30 20.88 13:30 20.94

5:45 Ignición

(correcta)

19.48 9:45 20.89 13:45 20.947

6:00 19.57 10:00 20.87 14:00 20.94

6:15 19.79 10:15 20.906:30 20.10 10:30 20.91

6:45 20.27 10:45 20.91

Cálculos

Qganado= -Qcedido

QH2O Qk=-Qreacc

QH2O Qk= - (Q pandita + Q alambre + Q HNO3 )

QH2O Qk= - (Q pandita + Q alambre)

m H2O CH2O ∆T + K∆T= - mpandita - malambre ∆Ualambre

∆Umuestra= m H2O CH2O ∆T+ K∆T +malambre ∆Ualambre /mpandita

m H2O=2000g K= 625.25cal/°C

CH2O= 1 cal/g°C ∆U

alambre=-1400cal/g

malambre=0.0163g ∆T=(20.94°C-19.48°C)=1.46°C mpandita =1.0016g

∆Umuestra =-(2000g)( 1 cal/g°C )( 1.46°C) + (625.25cal/°C)( 1.46°C) + (0.0163g)

(- 1400cal/g) / (1.0016g)



∆Umuestra = - 2026.71 cal/g

Análisis de resultados:

*Capacidad térmica del calorímetro*

De acuerdo con la información previa vista en clase y a los conocimientos adquiridos en

la práctica anterior; estudiamos el calor de combustión:

-Con la experiencia adquirida, ya no volvimos a caer en los mismos errores, por lo que

pusimos más atención en:

*El cumplimiento de las características del calorímetro (en esta parte estuvo bien

montado y el valor obtenido no se puede discutir por que no existe algún valor teórico).

*Al medir el volumen de 2000mL de agua (en este caso en particular alcanzamos la

temperatura ideal de y 25°C).

*En esta parte tuvimos cuidado al pesar las masa tanto del alambre como la de la

pastilla de ácido benzoico.

*También revisamos que no hubiera fugas y que el tiempo de ignición fuera lo mas

exacto posible. (Aquí la ignición la hicimos al min. 5:02)

*calor de combustión del pandita*

Ya al tener la K solo nos falta determinar la entalpía de la muestra (en este caso

malvavisco) en esta parte tuvimos que tener cuidado con lo siguiente:

*Que el calorímetro estuviera en equilibrio (antes de empezar a trabajar)

*Alcanzamos en 2000 mL la temperatura de 20°C al transcurrir los 5 min el equilibrio fue

de 19.48°C

-Esta parte de la práctica es crítica-

* Al pesar las masa tanto del alambre como la del pandita (aquí obtuvimos una masa de

la muestra casi perfecta = 1.0016g)



*Ya al minuto 5 al hacer la ignición no resulto y tuvimos que intentarlo de nuevo, no

funciono y tomamos los datos de los compañeros y de esta manera terminar con la

reacción de combustión.

*Al termino de la reacción nos dimos cuenta que se obtuvo un proceso exotérmico,

-que este tipo de reacción es (redox)

-Obtuvimos CO2, H2O y HNO3

Clasificación de la hipótesis.

Fue acertada, se pudo pudieron obtener datos experimentales que nos relacionan el

incremento de temperatura medido, con la cantidad de masa combustionada, la cualmediante cálculos si se pudo determinar, con un margen de error aceptable.

Aplicaciones.

Industria: Para determinar el contenido energético de algún producto alimenticio, se

podría ocupar este método calorimétrico.

Investigación científica.

Los calores de combustión se emplean para calcular calores de formación decompuestos orgánicos

En algún proceso dentro de la investigación, se debe de requerir algún reactivo con

cierta energía de activación o que sea idóneo para reaccionar y se necesita saber si la

energía desprendida por el compuesto es suficiente para catalizar la reacción.

Vida cotidiana.

Es difícil realizar una determinación experimental de naturaleza calorimétrica sin contar

con material y equipo especial. Una aplicación, seria que en cualquier alimento se puedeconsultar el contenido energético aportado por el alimento.



Reflexionar y responder

1.- ¿Por qué es necesario usar un exceso de oxígeno? Para asegurar la combustión total

de la muestra analizar.

2.- ¿Porqué es pequeña la variación de temperatura durante la reacción de combustión?

Por que el calor aun no se transmite al termometro

3.- ¿Por qué se forma ácido nítrico durante la combustión?

Al cerrar la bomba, al interior queda aire, cuya composición tiene nitrógeno, que

reacciona con el oxigeno y hidrogeno para formar acido nítrico.

4.- ¿Cuál fue el comburente utilizado?

Oxigeno

5.- Decir si la reacción de combustión es exotérmica o endotérmica.

Es exotérmica.

Cuestionario complementario:

1.-¿Cuál fue el combustible usado para determinar la energía asociada a la reacción de

combustión?

Acido benzoico

2.-¿Cuál fue el combustible usado para determinar la constante del calorímetro?

Acido benzoico

3.- Resolver los siguientes problemas:

Una muestra de urea cristalizada [CO(NH2)2] se quema en una bomba calorimétrica y

libera 151.9 kcal. Si los productos de la reacción de combustión son CO2 (g), H2O(l) yN2(g) contestar las siguientes preguntas:

a.- ¿Qué tipo de calorímetro es la bomba calorimétrica?

b.- ¿Por qué se usa este tipo de calorímetro para obtener el calor de combustión?

c.- La energía asociada a la reacción de combustión se determina mediante la



Variación de _______________________________.

d.- ¿Cuáles son los valores de QP y QV en calorías?

e.- Escribir la reacción de combustión de la urea.

f.- Si la combustión de la urea libera energía, la reacción es ______________.

El propano, C3H8 (g), es un combustible gaseoso común; la combustión de un mol del

combustible libera a presión constante 2044 kJ.

a) escribir la reacción de combustión

C3H8 + 5O2 3 CO2 +4 H2O

b) dar el valor de Qp en kcal.

Qp= 2044kJ = 489kcal.

c) indicar si la reacción es exotérmica o endotérmica

Exotermica

Conclusiones personales

Ramos Morales Francisco zaid

La presente practica en lo personal me agrado mucho, desde la determinación de la constante delcalorímetro (el cual ya hemos realizado anteriormente), hasta el momento de llevar a cabo lacombustión de la muestra, que en nuestro caso fue una parte de un pandita.

Dentro de las complicaciones técnicas que se nos presentaron fue que nuestro calorímetro al principio no servía, lo cambiamos, después, no funcionaba el indicador del luz que nos avisaba en

qué momento se iniciaba la combustión, pero lo arreglamos, simplemente con una observación delcambio de temperatura.Cabe mencionar que al momento de realizar el cálculo de la constante del calorímetro, nos dio un

valor muy alto, en comparación con las determinaciones que hemos realizado anteriormente, yconcluimos que se debe a la naturaleza del calorímetro mismo.

Bibliografía;

-Engel, Fisica Quimica, Editorial MACGRAW HILL S.A.2006

-Fisicoquímica para Ciencias Químicas y Biológicas. Raymond Chang, Tercera Edición. Publicación;

Marzo del 2008 Editorial MACGRAW HILL glosario



-www.todoexpertos.com › Química › 11; 38 21/10/2014

http://www.google.com.mx/url?q=http://www.todoexpertos.com/categorias/ciencias-e-ingenieria/quimica/respuestas&sa=X&ei=er6iTLrQCIT6lwevwPSDBA&ved=0CCEQ6QUoAA&usg=AFQjCNGxopPhfjWekipzK93ylh1VdVLBeQ




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