Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Calorimetría a volumen constante. Brown 15ed. Ejercicio 5.86

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En condiciones de volumen constante, el calor de combustión del naftaleno (C₁₀H₈) es 40.18 kJ/g. Se quema una muestra de 2.50 g de naftaleno en un calorímetro de bomba. La temperatura del calorímetro aumenta de 21.50 °C a 28.83 °C.
(a) ¿Cuál es la capacidad calorífica total del calorímetro?
(b) Se quema una muestra de 1.50 g de una nueva sustancia orgánica en el mismo calorímetro. La temperatura del calorímetro aumenta de 21.14 °C a 25.08 °C. ¿Cuál es el calor de combustión por gramo de esta nueva sustancia?
(c) Supón que al cambiar de muestra se pierde una parte del agua del calorímetro. ¿Cómo afectaría esto, si es que lo hace, la capacidad calorífica del calorímetro?

Etapa analítica

La ecuación balanceada es C₁₀H₈ (l)+ 12 O₂ (g)→ 10 CO₂(g) + 4 H₂O(l)

Para (a) usaremos Capacidad calorífica de un calorímetro de bomba con la entalpía a masa y efecto de gas, debido a que el efecto del cambio de gases puede ser notorio.

Para (b) combinaremos Calorimetría de volumen constante con Entalpía estándar de sustancia como función de la entalpía a masa de sustancia, asumiendo que la entalpía de la reacción es igual a la entalpía de descomposición.

Simplificamos

El efecto del gas es el mismo en ambos casos (a) y (b), por lo que lo calcularemos aparte.

(c) Supón que al cambiar de muestra se pierde una parte del agua del calorímetro. ¿Cómo afectaría esto, si es que lo hace, la capacidad calorífica del calorímetro?

La capacidad calorífica disminuye ya que este asume implícitamente la masa del sistema que absorbe calor, por lo que hay que repetir la calibración.

Etapa numérica por teoremas

Calculamos la masa molar, recuerda que u = g/mol.

Efecto del gas

(a) ¿Cuál es la capacidad calorífica total del calorímetro?

(b) Se quema una muestra de 1.50 g de una nueva sustancia orgánica en el mismo calorímetro. La temperatura del calorímetro aumenta de 21.14 °C a 25.08 °C. ¿Cuál es el calor de combustión por gramo de esta nueva sustancia?

Etapa numérica por factor de conversión

Calculamos la masa molar, recuerda que u = g/mol.

Efecto del gas

Energía total estándar.

(a) ¿Cuál es la capacidad calorífica total del calorímetro?

(b) Se quema una muestra de 1.50 g de una nueva sustancia orgánica en el mismo calorímetro. La temperatura del calorímetro aumenta de 21.14 °C a 25.08 °C. ¿Cuál es el calor de combustión por gramo de esta nueva sustancia?

Referencias

Brown, T. L., LeMay, H. E., Bursten, B. E., Murphy, C. J., Woodward, P. M., Stoltzfus, M. W., & Lufaso, M. W. (2022). Chemistry: The central science (15th ed.). Pearson.