Reacciones químicas a volumen o presión constantes 13

 

En una bomba calorimétrica a volumen constante se quema 1,0 g de etanol de acuerdo con la siguiente reacción:

C2H5OH (l) + 3 O2 (g) 2 CO2 (g) + 3 H2O (l)

La bomba contiene 3,0 kg de agua y la temperatura de ésta se eleva desde 24,3 ºC a 26,2 ºC. Halla en kJ/mol:

a)  Variación de la energía interna que tuvo lugar en la combustión

b)  Calor de combustión del etanol a presión constante y a 25 ºC.

Datos: calor específico del agua 4180 J/kg·ºC, equivalente en agua del calorímetro: 0,647 kg

 

 

Solución:

Datos: m = 1,0 g; m’ = 3,0 kg; t0 = 24,3 ºC; t1 = 26,2 ºC

a)  Al ser un proceso a volumen constante tenemos que:

∆U = QV

El calor desprendido al quemar 1,0 g de etanol se utiliza en calentar el agua y el calorímetro, luego:

Q = (m’ + E) c (t1 – t0)

Q = (3,0 + 0,647) kg·(4180 J/kg·ºC)·(26,2 – 24,3) ºC = 28964,5 J

Calor que se desprende al quemar un mol de etanol:

Peso molecular del etanol:

Pm (C2H5OH) = 2·12 + 6·1 + 16 = 46

QV = (28964,5 J/1,0 g)·(46 g/mol) = 1332,4 kJ/mol

∆U = –1332,4 kJ/mol

El signo menos se debe a que el calor lo ha perdido el sistema.

b)  Primer principio de Termodinámica:

∆U = Q + W

∆U = Q – P ∆V

Calor a presión constante:

QP = ∆H

∆U = ∆H – P ∆V QP = ∆U + P ∆V

∆n = ∑n0 moles gases (productos) – ∑n0 moles gases (reactivos)

∆n = (2 – 3) moles = –1 mol

QP = –1332,4 kJ + (–1) mol·8,31 (J/mol·K)·(25 + 273) K

QP = –1332,4 kJ – 2476,38 J

QP = –1332,4 kJ – 2,48 kJ = –1335 kJ 

El signo menos nos indica que la reacción es exotérmica y por lo tanto con disminución de entalpía por parte del sistema.

 

 

 

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