UNIVERSIDAD DE ANTIOQUIA Instituto de Biología
Fundamentos de Fisicoquímica
CALOR DE COMBUSTIÓN
Luis Alfonso González Molina CC. 1128428297
Profesor: Diego Fernando Montaño Montoya, Ph.D
Medellín Julio 6 de 2016
CALOR DE COMBUSTIÓN
1. OBJETIVO Determinar la capacidad calorífica de la bomba calorimétrica adiabática a volumen constante, empleando una sustancia patrón y luego calcular el calor de combustión a volumen y presión constantes de una muestra problema, así como su calor de formación.
2. DATOS 2.1. Determinación de la Capacidad Calorífica a Volumen constante ( Cv) del calorímetro: Masa de la pastilla de ácido benzoico: 0,9915g ± 0,0001 Longitud del alambre de ignición: 10,0cm ± 0,1 Longitud del alambre consumido en ignición: 8,1cm ± 0,1 Molaridad del NaOH empleado en titulación: 0,1018 ± 0,0006 M Volumen de NaOH gastado en titulación: 3,2mL ± 0,1 Tabla 1. Datos experimentales obtenidos a partir del ácido benzoico para determinar el
C v del
calorímetro.
C v del
calorímetro.
Antes de la ignición
Tiempo (s)
0
15
30
45
Temperatura (ºC)
24,9
24,9
24,9
24,9
Tabla 2. Datos experimentales obtenidos a partir del ácido benzoico para determinar el Después de la ignición
Tiempo (s)
0
15
30
45
60
75
90
105
120
Temperatura (ºC)
25,0
25,5
26,0
26,5
26,7
27,0
27,2
27,3
27,4
Después de la ignición
Tiempo (s)
135
150
165
180
195
210
225
240
255
Temperatura (ºC)
27,5
27,6
27,6
27,6
27,7
27,7
27,7
27,7
27,7
2.2. Determinación del calor de combustión ( E) de la muestra problema: Volumen de muestra: 1mL ± 0,010 Longitud del alambre de ignición: 10,0cm ± 0,1 Longitud del alambre consumido en ignición: 6,9cm ± 0,1 Volumen de NaOH gastado en titulación: 6,3mL ± 0,1 Muestra número: 08. Compuesto: Isopropanol.
Tabla 3: Datos experimentales obtenidos para determinar el calor de c ombustión del Isopropanol. Antes de la ignición
Tiempo (s)
0
15
30
45
Temperatura (ºC)
26,5
26,5
26,5
26,5
Tabla 4: Datos experimentales obtenidos para determinar el calor de combustión del Isopropanol. Después de la ignición
Tiempo (s)
0
15
30
45
60
75
90
105
120
Temperatura (ºC)
26,6
27,5
27,9
28,2
28,4
28,6
28,7
28,8
28,9
Después de la ignición
Tiempo (s)
135
150
165
180
195
210
225
240
255
Temperatura (ºC)
28,9
29,0
29,0
29,0
29,1
29,1
29,1
29,1
29,1
3. CÁLCULOS 3.1. Gráfico de temperatura vs tiempo para el ácido benzoico.
Temperatura vs tiempo Ácido Benzoico C 6H5COOH 28 27,5 ) 27 C ° ( a r 26,5 u t a r e 26 p m e T
25,5
25 24,5 0
50
100
150
200
250
Tiempo (s)
Figura 1. Gráfico de temperatura vs tiempo ácido benzoico.
300
3.2. Determinación de la capacidad calorífica de la bomba calorimétrica adiabática.
Reacción
∆ = ∆ = 27,7°C 25,0°C = 2,7K + 152 0 → 7 + 3 0,9915 ∗ 1mol122,12molg = 0,0081mol ±0.0001 ∆ = 7 152 = 12 = 0,5 1 → 0,5 0,0081mol → ? 0,0081mol1 ∗0,5mol = 0,0040mol ±0.0001 ∆ ∆ +..+∆ +∆ = 0
Moles de ácido benzoico
Usando esto tenemos:
[26440 × 0,9915 ±0,0001][0,0040 ±0.0001×8,317 × × 297,9] +[9,26 × 8,1±0,1]+[57750 × 3,2 ×10− × 0,1018 ]+3,1 = 0 26215,3 +9,9 75,0 18,8 + 3,1 = 0
2 = 26299, = 8483, 6 3,1 ± 0,1 3.3. Cálculo del valor de ΔE y ΔH de combustión de la muestra problema en KJ.mol -1. Evaluación d el porcentaje de error para el cálculo de ΔHcomb.
∆ = ∆ = 29,1°C 26.5°C = 2.6°
Reacción
+ 92 → 3 + 4 ∆ = 3 92 = 1,5 1 ±0.010 ∗ 0,786 ∗ 1mol60,09 gmol = 0,013 ±0.010
Moles del isopropanol
Usando esto tenemos:
1 → 1,5 0,013mol → ? 0,013mol1 ∗1,5mol = 0,019 ±0.010 ∆ ∆ + +∆ ∗ +∆ = 0 ∆ = ∆ ∆ ∗ ∆ ∆ = (0,019 ∗8,317 . ∗ 299,5)9,62 ∗ 6,9cm ± 0,1 (57750 ∗ 6,4 ∗10− ∗0,1018 )8483,6 ± 0.1 ∗2,6 1 = 22,0 ±0,1 ∆ = 22000,7 ± 0,1∗ 1000 22, 0 = 1692, 3 0,013 ± 0,1 1692, 3 2005, 3 | 2005,3 |∗100% = 15,6%
Porcentaje de error:
3.4. Gráfico de temperatura vs tiempo para el Isopropanol.
Temperatura vs tiempo Isopropanol ((CH) 3)2CHOH 29,5 29 ) 28,5 C ° ( a r 28 u t a r e 27,5 p m e T 27
26,5 26 0
50
100
150
200
250
300
Tiempo (s)
Figura 2. Gráfico de temperatura vs tiempo isopropanol.
3.5. Calcular el calor de formación en kJ.mol -1 de la muestra problema consultando los calores de formación del dióxido de carbono y del agua líquida a 25°C.
+ 92 → 3 + 4 -1
ΔHºformCO2 (g) =
-393,51 kJ.mol
ΔHºformH2O (l) =
-285,830 kJ.mol
1
2
-1
3 +4 + 12 → ∴ = 1
Valor tomado de Gilbert W. Castellan. Fisicoquímica. Segunda edición. Pearson Educación. México 1987. Valor tomado de Gilbert W. Castellan. Fisicoquímica. Segunda edición. Pearson Educación. México 1987.
2
3 +3 → 3 ∆° = 1180,53 4 + 2 → 4 ∆° = 1143,32 4 +3 → + 92 ∆° = 1692,3 3 +4 + → ∆°− = 631,55 ± 0,1 4. RESULTADOS Cantidad calculada
Resultado
Capacidad calorífica de la bomba calorimétrica adiabática (Cv) Calor de combustión del Isopropanol Error relativo calor de combustión Calor de formación del isopropanol
8483,6 ± 0,1 1692,3 ± 0,1 15,6%
631,55 ± 0,1
Al quemar ácido benzoico en forma sólida en presencia de oxígeno al interior de la bomba calorimétrica, se determinó la capacidad calorífica de la bomba adiabática catalizando la reacción con la ignición de alambre. Utilizando los valores aportados en la guía de trabajo y algunas propiedades consultadas, el resultado obtenido para la capacidad calorífica de la bomba calorimétrica fue aproximadamente igual a 8483,6 JK -1. Este valor se utilizó para todos los cálculos posteriores de los calores de combustión y de formación del isopropanol. En las gráficas se observa un incremento de la temperatura, ya que dentro de la bomba calorimétrica se está llevando a cabo la reacción de combustión entre el isopropanol y el oxígeno. Dado que su valor es negativo ), la reacción está cediendo calor a sus
1692,3
alrededores, comprobándose que la reacción de combustión es exotérmica. Asimismo, se comparó el calor de combustión calculado con el teórico y se obtuvo un error del 15,6% que posiblemente es el resultado de errores humanos al momento de realizar las mediciones.
5. CONCLUSIONES -
La capacidad calorífica de la bomba calorimétrica adiabática a volumen constante, calculada a partir de la combustión de ácido benzoico, fue de aproximadamente 8483,6 JK -1.
-
El calor de combustión a volumen y presión constantes del Isopropanol, calculado a partir de la capacidad calorífica de la bomba calorimétrica adiabática hallada, fue de
-
1692,3
con un 15,6% de error relativo.
Asimismo, el calor de formación del isopropanol, calculado a partir del calor de combustión hallado, fue de aproximadamente
631,55
.
6. PREGUNTAS 1. ¿Qué suposición debe hacerse con respecto al trabajo del agitador de la bomba?
La función del agitador en la bomba es garantizar una temperatura homogénea en todo el sistema, para evitar zonas con grandes gradientes de temperatura. Por esta razón se supone que el trabajo del agitador no aportará energía en forma de calor.
2. ¿Cuál es la diferencia entre entalpía de combustión y entalpía de formación para un compuesto?
La entalpía de combustión es el calor liberado, a presión y volumen constantes cuando se quema un mol de sustancia, mientras que la entalpía o calor de formación es la energía necesaria para formar un mol de un compuesto a partir de sus componentes elementales.
3. ¿Cómo se afectan cualitativamente los resultados si la muestra problema tiene impurezas no combustibles a la temperatura de combustión?
En el caso en que la muestra de Isopropanol o incluso la de ácido benzoico presentaran impurezas no combustibles, no podría conocerse cualitativamente cuánto existe realmente de pureza, por lo que el valor de entalpía de combustión que se calcule no corresponderá al verdadero y probablemente la combustión no ocurra en su totalidad, generando los restos de la impureza.
4.
Consultar las reacciones de formación del ácido nítrico en la bomba calorimétrica
En la bomba calorimétrica ocurre la siguiente reacción: 2N2 (g) + 5O 2 (g) + 2H 2O (l)
4HNO3 (l)
7. BIBLIOGRAFÍA - Datos Isopropanol tomados de: https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/3776#section=Top https://toxnet.nlm.nih.gov/cgi-bin/sis/search2/r?dbs+hsdb:@term+@rn+@rel+67-63-0
- Entalpias de formación del agua y dióxido de carbono: Gilbert W. Castellan. Fisicoquímica. Segunda edición. Pearson Educación. México 1987.
