UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA INFORME Nº 06 TEMA
:
DETERMINACIÓN DEL COMBUSTIÓN
PROFESOR
:
GUTIERREZ CUBA, CÉSAR
INTEGRANTES :
CALOR
Ben!e" Ze#$%$, &'#( C)"$* Me"$ S#+$, Pe*( A-e# P'en!e C(+e.$", Le/$ $""$n*$ V!e C$**e*$, R1$*(
G232
:
45G
BELLAVISTA CALLAO
7086
DE
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO. Facultad De Ingeniería Química.
ÍNDICE INTRODUCCIÓN……………………………………………………... 3 I.
OBJETIVOS ……………………………………………………………4
II.
MARCO TEÓRICO……………………………………………………5
III.
INSTRUMENTOS Y MATERIALES………………………………..8
IV.
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL………………....………….10
V.
CÁLCULOS Y RESULTADOS………………………………………1
VI.
CONCLUSIONES…………………….……………………………….13
VII.
RECOMENDACIONES………………………………………………14
VIII. BIBLIO!RA"ÍA………………………………………………………15
2
INTRODUCCIÓN El calor de combustión de una sustancia es el calor de reacción que se obtiene de la oxidación de la sustancia con oxígeno molecular. El calor de combustión aceptado de ordinario es el que resulta de la combustión de un mol de la sustancia en su estado normal a 25°C y 1 atm, comenando y terminando la combustión a la temperatura de 25°C. !os compuestos org"nicos que contienen carbono, #idrógeno y oxígeno se queman en atmós$era de oxígeno, dando como %nicos productos dióxido de carbono y agua. El calor de combustión se deter- mina normalmente con una bomba calorim&trica, que es el calorímetro a 'olumen cons- tante, en este caso el calor liberado por la reacción (' es )*.
I. O!"ETIVOS#
+eterminar la entalpía de combustión del a$taleno.
II.$ARCO TEÓRICO
Calor est"ndar o normal g/0 Calor liberado al quemar la unidad m"sica o molar de un compuesto org"nico con super$icie de oxígeno, para oxigenarlo completamente, mi- di&ndose en condiciones normaliadas de presión 1 atm/ y temperatura de 25C/. continuación la ecuación termodin"mica que se 'a a estudiar0
��6 ��5������( ��)
15 2
2 (�−→ )
7 ��
2 (�+ )
3
2
� � = 25 �� , � = ���
+
El calor de combustión se determina lle'ando a cabo la reacción adiab"ticamente en una bomba de calorimetría, a 'olumen constante, con su$iciente oxígeno y condiciones normaliadas de $orma tal, que el agua al $inaliar la experiencia se encuentre en $ase liquida.
P#$%&$'$( )* ('*#+&$,%Es el mismo de todas las bombas calorim&tricas. *na muestra pesada es quemada en una bomba de oxigeno que est" contenida en una cantidad medida de agua en una c#aqueta t&rmica aislante, obser'ando el aumento de temperatura del agua y conociendo la energía equi'alente del calorímetro puede ser calculada la cantidad, de calor desprendida por la muestra.
R*+&&$,% *%)(/#$&+Es reacción química que absorbe energía. Casi todas las reacciones químicas im plican la ruptura y $ormación de los enlaces que unen los "tomos. ormalmente, la ruptura de enlaces requiere un aporte de energía, mientras que la $ormación de en- laces nue'os desprende energía. i la energía desprendida en la $ormación de en- laces es menor que la requerida para la ruptura, entonces se necesita un aporte energ&tico, en general en $orma de calor, para obtener los productos. El nitrato de potasio sólido est" $ormado por iones potasio y nitrato unidos entre sí los iones se
$orman cuando los "tomos o mol&culas ganan o pierden electrones/. Cuando el nitrato de potasio se disuel'e en agua, la ruptura de enlaces absorbe calor de la
misma sustancia y del agua, por lo que la temperatura del sistema ba3a. lgunas reacciones endot&rmicas necesitan m"s energía de la que puede obtenerse por absorción de calor de los alrededores a temperatura ambiente. 4or e3emplo, para trans$ormar el carbonato de calcio en óxido de calcio y dióxido de carbono es necesario calentar. Cuando en una reacción endot&rmica una sustancia absorbe calor, su entalpía aumenta la entalpía es una medida de la energía intercambiada entre una sustancia y su entorno/.
Cuando se queman, experimentan reacciones muy exot&rmicas debido a que las mol&culas que los constituyen se rompen para $ormar dióxido de carbono y agua. Estos combustibles no siempre se queman de un modo totalmente e$ica, sino que a 'eces se desprende menos calor del que debería, y se producen productos secundarios como #idrocarburos parcialmente quemados y el gas tóxico monóxido de carbono. Estas sus- tancias toda'ía contienen energía que podría desprenderse si se quemaran de nue'o. Cuando una sustancia desprende energía en una reacción exot&rmica, su entalpía dis- minuye la entalpía es una medida del intercambio energ&tico entre una sustancia y su entorno/.
R*+&&$,% *(/#$&+Es reacción química que desprende energía. 4or e3emplo, la reacción de neutraliación de "cido clor#ídrico con #idróxido de sodio desprende calor, y a medida que se $orman los productos, cloruro de sodio sal/ y agua, la disolución se calienta. !as reacciones exot&rmicas se #an utiliado durante miles de aos, por e3emplo, en la quema de combustibles. Cuando se quema carbón tienen lugar 'arias reacciones, pero el resultado global es que los "tomos de carbono del carbón se combinan con el oxígeno del aire para $ormar dióxido de carbono gas, mientras que los "tomos de #idrógeno reaccionan con el oxígeno para producir 'apor de agua. !a redistri- bución de los enlaces químicos desprende gran cantidad de energía en $orma de calor, lu y sonido. unque para la ruptura de los enlaces entre el carbono y el #idrógeno se requiere energía calorí$ica, &sta es muc#o menor que la que se des- prende cuando estos dos elementos se combinan con el oxígeno. Esto #ace que la reacción global sea exot&rmica. !os combustibles $ósiles, como el gas natural y el petróleo, contienen un porcenta3e muy alto de carbono
El calorímetro como se 'e en la $igura/ consiste en un recipiente adiab"tico que contiene una cubeta met"lica con una cantidad conocida de agua 2666 g/, en cuyo interior se intro- duce la c"mara de reacción, que se conoce como bomba calorim&trica, dentro de la cual se pone un peso determinado de la sustancia que se 'a a quemar 1g /, se introduce oxígeno a una presión de 26 a 25 atm, y por medio de unos electrodos y un alambre de ignición 16 cm de longitud/ se enciende la mecla y el calor producido por la reacción ele'a la tempe- ratura del agua, la cual se mantiene en agitación a $in de uni$ormar la temperatura en todos sus puntos. 4artiendo de esta ele'ación de temperatura y conociendo la cantidad de calor requerido para ele'ar en un grado la temperatura del calorímetro con su contenido, se puede calcular el calor de combustión por mol de sustancia quemada. e procura que la 'ariación de la temperatura sea pequea utiliando para ello una gran masa de agua, de esta manera, la temperatura $inal de los productos de reacción queda próxima a la temperatura inicial de los reacti'os.
III.$ATERIALES % REACTIVOS En esta sesión las experiencias se realiaron con los $ATERIALES que se presentan a continuación0
M+*#$+2*
"*%* )* (2+6*
B+2+%7+ +%+2$&+
P$2,% 9 (#*#(
#ora tenemos los siguientes REACTIVOS0
R*+&$(
Á&$)( :*%; 7($&(
S(2&$(% )* N+C2 +2 10<
EQUIPO ARMADO:
IV.&ROCEDI$IENTO E'&ERI$ENTAL 1. Para Determinar el calor de combustión de una sustancia sólida, primero se debe armar el euipo: una bomba calorim!trica.
". A#re#ar $%& ml de a#ua en la 'ubeta. En cu(o interior se introduce la c)* mara de reacción, ue se conoce como bomba calorim!trica, dentro de la cual se pone un peso determinado de la sustancia ue se +a a uemar, se introduce oxígeno a una presión de 10 atm, ( por medio de unos elec* trodos ( un alambre de i#nición 1& cm de lon#itud- se enciende la mecla ( el calor producido por la reacción ele+a la temperatura del a#ua, la cual se mantiene en a#itación a /in de uni/ormar la temperatura en todos sus puntos.
0. 0. Realiar el eperimento a 1% 2oltios
DA3O IMPOR3A43E: La capacidad térmica del sistema es determinada primero aportando una cantidad de calor conocida resultante de la combustión del ácido benzoico. Por consi#uiente, en las mismas condiciones de /uncionamiento, se determina la entalp5a de combustión de la na/talina. 6. Primero se tendr) ue calcular el ∆�, es decir, 7a di/erencia entre la 3emperatura 8inal ( la 3emperatura Inicial del 9cido enoico. 'on ello 'alcular la 'apacidad 'alor5/ica o 3!rmica del ;istema.
%. 7ue#o se tendr) ue calcular el ∆� es decir, 7a di/erencia entre la 3em* peratura 8inal ( la 3emperatura Inicial del 4a/taleno. 'on ello se puede determinar su calor de 'ombustión. ,
V. C(LCULOS % RESULTADOS
Para calcular la entalp5a de combustión del na/taleno primero planteamos su ecuación de combustión:
��16��7 �/ 8 12�� 2� / 9 16���� 2� / 8 :�� 2�� � / A
#rar) con la a(uda de una sustancia patrón ue para nuestro caso es el )cido benoico '=>?O"-. CÁLCULO DEL CALOR DE COMBUSTIÓN+ a tos del "c ido ben oic o 0 �������� = 0.0260 g ������ = 0.4747 g
=−
�������� ×
; � �������< 6.::7= g
∆���
∆ = ��. �℃ − ��. ℃ = �. �℃
>
0.4487 � × −3227
� � )��� < ?@22= ��� = 122.12
� ��
122.12 �
���
�
< 11.75A7 �
=ALLANDO LA CAPACIDAD CALORÍ"ICA��� ��! ����� �� �� ����� ���������� � ����������� �� �� ��� �� �� �"����� # � 11.8568 � = 6.$746 % % % (��) = = ∆� 1.7 ℃ ℃
DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE COMBUSTIÓN DEL NA"TALENO&�
����� �� �� ���� ��� � �����'����� ������ �� ��� �� ��
�"����� # × ∆� × )��� ��������� / < ?
��������
;abemos ue los datos para el na/taleno son:
�������� = 0.0280 g ������ = 0.4513 g �������� = 0.4233 g
∆ = ��. �℃ − ��℃ = �.
�℃
� = 6.$746 ℃ � = 128.064 ��� �
Beemplaando
∆��� ( ���� �����) � = −75$6.2736
��
VI. CONCLUSIONES 1. ;e obtiene el calor de combustión del na/taleno, este resulta ser muc
VII. RECO$ENDACIONES 1. ;e debe de tener todo los materiales e instrumentos de laboratorios en
/orma ordenada, se#ura ( limpia. 2. 7a c)mara de reacción debe de estar limpia cada +e ue se introduce un
nue+o reacti+o. 3. Para tener certea de la temperatura /inal en casa caso se debe de
esperar
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO. Facultad De Ingeniería Química.
VIII. !I!LIO)RAF*A 1.
P.C. Atins, . De Paula, !"#$#%& '#(#%&, $F Ed. en castellano-, Edito* rial Panamericana, "&&$.
".
I.4. 7e+ine, '#(#%)!"#$#%&, %F Edición, McGraH*>ill, "&&6.
0.
3. En#el, P. Reid, !"#$#%& '#(#%&, Pearson, "&&?.
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