Ejercicios de química resueltos. Termoquímica. Calorimetría a volumen constante Brown 15ed. Ejemplo 5.7

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La combustión de metilhidrazina (CH₆N₂), un combustible líquido para cohetes, produce N₂(g), CO₂(g) y H₂O(l):

2 CH₆N₂(l) + 5 O₂(g) → 2 N₂(g) + 2 CO₂(g) + 6 H₂O(l) 

Cuando se queman 4.00 g de metilhidrazina en un calorímetro de bomba, la temperatura del calorímetro aumenta de 25.00 °C a 39.50 °C. En un experimento separado, se midió la capacidad calorífica del calorímetro: 7.794 kJ/°C. Calcula el calor de reacción para la combustión de un mol de CH₆N₂.

Etapa analítica

Usaremos el teorema Calorimetría de volumen constante

Etapa numérica por teoremas

Calculamos la masa molar de la sustancia clave (i). Rercuerda que u = g/mol

En este caso en lugar de atm L usamos 0.103 kJ en la constante de Regnault. Las unidades de temperatura en la capacidad calorífica pueden ser °C o K.

El calor de la combustión de 1 mol de la sustancia clave sería la mitad de eso -1.31 x 10³ kJ/mol. Para este tipo de ejercicios debemos reportar ambos valores, el de reacción y el de combustión ya que existe confusión en las definiciones de ambos conceptos, debido a la historia de la termoquímica, que originalmente al negar la teoría atómica aceptó tomar números estequiométricos no enteros como parte de sus balances.  

Etapa numérica por factor de conversión

Calculamos la masa molar de la sustancia clave (i). Rercuerda que u = g/mol

Efecto del gas

Efecto del calorímetro

El calor de la combustión de 1 mol de la sustancia clave sería la mitad de eso -1.30 x 10³ kJ/mol. Para este tipo de ejercicios debemos reportar ambos valores, el de reacción y el de combustión ya que existe confusión en las definiciones de ambos conceptos, debido a la historia de la termoquímica, que originalmente al negar la teoría atómica aceptó tomar números estequiométricos no enteros como parte de sus balances.  

El ejemplo dado en el libro de texto no toma en cuenta el efecto del gas, ya que este no es significativo para las tres cifras significativas de este cálculo, pero si es significativo para cálculos precisos.

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.