Ejercicios Bomba Calorimétrica y Calorímetro Vasos de Café PDF

Preview

Summary

coll...

Description

Ejercicios de Bomba Calorimétrica Ejercicio1. La combustión de 1.010g de sacarosa C12H22O11, en una bomba calorimétrica hace que la temperatura se eleve de 24.92 °C a 28-33°C. La capacidad del conjunto del calorímetro es de 4.90KJ/°C (calorímetro) a) ¿Cuál es el calor de combustión de la sacarosa en kJ/mol? b) Verifique la frase publicitaria de los productores de azúcar que una cucharadita de azúcar (aprox. 4.8 g) solo contiene 19 calorías.

Solución Datos Masa de sacarosa (C12H22O11) Temperatura Inicial Temperatura Final Ce Calorímetro

Formulas

1.10 24.92 °C 28.33 °C 4.90 kJ/°C

(1) Qr=-Q (2) Q

calorímetro

calorímetro

= Ce

calorímetro

·∆T

Fórmula (2)

1. 2.

3.

Q c a lorímetro=Ce calor ímetro · ∆ T kJ Q calorímetro = 4.90 ( 28.33−24.92) ℃ ℃ Q calorímetro=16.709 k J

(

)

Fórmula (1)

1. Q r=−Q calorímetro 2. Q r=−16.709 k J A) Calcular calor de combustión de la muestra por cada gramo de sacarosa (C12H22O11)

1.

C C ¿ 12 H 22 O 11 ) g(¿ kJ 1.010 g (¿ ¿ 12 H 22 O 11 )=−16.5 ¿ −16.709 KJ Qr= ¿

C (¿ ¿ 12 H 22 O 11 )=342 g /mol masamolar de ¿

Pasaremos de gramos a moles recordando la equivalencia :

(

−16.5 k J

)(

342 g C H O

)

−5,643 k J

3

−5.643 × 10 k J 12 22 11 2. Qr= g C H O 1 mol C H O = mol C H O = mol C H O 12 22 11 12 22 11 12 22 11 12 22 11 B) Contenido Calórico de la sacarosa Empleamos el calor de

1.

combustión de la sacarosa y el factor de conversión k J → Kcal gr

(

)(

)(

)

4.8 g C 12 H 22 O 11 −16.5 k J K c al 1 K c al K cal =−18.93 = Cucharada 1 cucharada g C 12 H 22 O11 4.184 k J Cucharada −18.93

K c al K c al ≈−19 Cucharada Cucharada

Ennutrición 1 Kcal=1 caloría ∴1 cucharadaC 12 H 22 O 11 =19 c al

LA FRASE ES CORRECTA

Ejercicio 2 La vainillina es un componente natural de la vainilla, comercializado para utilizarlo en sabores artificiales a vainilla. La combustión de 1.013 g de vainillina. C 8H8O3, hace que la temperatura se eleve de 24.89°C a 30.09°C. La capacidad calorífica del conjunto del calorimetro es 4.90 kJ/°C. a) ¿Cuál es el calor de combustión de la vainillina, expresado en kJ/mol?

Solución Datos Masa de sacarosa (C8H8O3) Temperatura Inicial Temperatura Final C. calorimétrica

Formulas 1.013 g 24.89 °C 30.09 °C 4.90 kJ/°C

Fórmula (2)

1.

Q ca lorímetro=Ce calorímetro · ∆ T

(2) Qr=-Q (2) Q

calorímetro

calorímetro

= Ce

calorímetro

·∆T

2.

3.

(

)

kJ ( 30.09− 24.89) ℃ ℃ Q calorímetro=25.48 kJ Q calorímetro = 4.90

Fórmula (1)

1. Q r=− Q calorímetro 2. Q r=−25.48 kJ A) Calcular calor de combustión de la muestra para cada gramo de vainilla Escriba aquí laecuación . C C ¿ (¿ 8 H 8 O3 ¿) g¿

1.

1.013 g (¿ ¿ 8 H 8 O 3)=−25.15 Qr=

−25.48 k J ¿

kJ ¿

Pasaremos de gramos a moles recordando la equivalencia :

( g C H O )(

−25.15 k J 2. Qr= 8

8

3

C (¿ ¿ 8 H 8 O 3)=152 g/mol masamolar de ¿

)

152 g C 8 H 8 O 3 −3,822.8 k J −3.82 ×103 k J = = mol C 8 H 8 O 3 1 mol C 8 H 8 O 3 mol C 8 H 8 O3

Ejercicios de Calorímetro vasos de café Ejercicio 1 Escriba aquí laecuación . La reacción clave en la neutralización de un ácido fuerte por una base fuerte es la combinación de: H+aq) + OH-(aq) para formar H2O(l) +¿

−¿ ❑

H ( aq )+ OH (aq) → H 2 O( l ) ¿ ¿

Si se introducen en un calorímetro de vasos de poliestireno dos soluciones, una de 25 ml de HCl (aq) con una concentración 2.5 M y la otra de 25 ml de NaOH( aq) de concentración 2.5 M. Ambas soluciones a 21.1 °C, se permite que reaccionen y la temperatura aumenta hasta 37.8 °C. a) Determina el calor de reacción de neutralización por mol de H2O(l) formada. b) ¿Cómo es la reacción, endotérmica o exotérmica? Solución Considera que todo lo que intercambia calor en el sistema son los 50 ml de H 2O, desprecia la capacidad calorífica del vaso de poliestireno. De acuerdo con la suposición de que todo lo que absorbe de calor en el sistema son los 50ml de agua. Como se trata de una reacción de neutralización podemos decir que:

Q r= Q neutralización Sustancia

Cantidad de Volumen

HCl NaOH Total

25 ml 25 ml 50 ml

Temperatura Inicial (Ti) Temperatura Final (Tf) Calor especifico (CeH2O)

21.1 °C 37.8 °C 4.184 J/ (g °C)

Concentración sustancia 2.5 M (2.5 mol/L) 2.5 M (2.5 mol/L)

A) Calcular calor de la reacción por mol de agua

1. QH O =Qcal 2. Q H O =( m H O )( Ce H O ) ( ∆ T )= ( V H O )( ρH O )( Ce H O ) (∆ T ) 2

2

2

2

3. Q H O =( 50 ml H 2 O ) 2

2

(

2

)(

2

De acuerdo con la reacción. +¿

−¿ ❑

)

1 g H2 O J ( 37.8 −21.1 ) ℃ 4.184 g℃ 1 ml H 2 O

4. Q H O =3,493.64 J =3.49 ×103 J =3.49 k J 5. Q neutralización =−Q calorímetro 6. Q neutralización =−3.5 k J

H ( aq )+ OH (aq) → H 2 O( l ) ¿ ¿

2

de

la

La relación estequiometria es 1 a 1 por lo tanto 1mol H + produce un 1 mol H2O. Además 1 mol HCl contiene 1 mol H+ Partiendo de la molaridad de la solución de HCl (2.5M) y su volumen.

1. V HCl =25 ml=0.025 L η 2. η HCl=2.5 M ⟹ M = L ⟹ η=M · L

(

)

mol ( 0.025 L) L η¿ +¿ ¿ +¿ 4. H =0.0625 mol H η¿

3.

H +¿ = 2.5

Por lo tanto, se forma 0.0625 mol H2O −3.49 kJ

−55.86 kJ

5. Q neu tralización= 0.0625 mol = mol H O 2 mol B) Identificar el tipo de reacción

Al ser QNeutralización negativo se entiende que la reacción es exotérmica

Ejercicio 2 Se introducen dos disoluciones, una de 100 ml de AgNO3(aq) de concentración 1.0 M y la otra de NaCl(aq) de concentración 1.0 M, inicialmente ambas a 22.4 °C, en un calorímetro de vasos de poliestireno y se hacen reaccionar. La temperatura sube gasta 30.2 °C. a) Determina el Qr por mol de AgCl(s) que se forma en la reacción: −¿

Cl( aq) → AgCl ( s) +¿ Ag( aq )+ ¿ ¿ Considera que todo lo que intercambia calor en el sistema son los 50 ml de H 2O, desprecia toda capacidad calorífica del vaso de poliestireno. De acuerdo con la suposición de que todo lo que absorbe de calor en el sistema son los 200ml de H2O.

Q calorímetro=Q H

2

O

Sustancia

Cantidad de Volumen

AgNO3 NaCl Total

100 ml 100 ml 200 ml

Temperatura Inicial (Ti) Temperatura Final (Tf) Calor especifico (Ce)

22.4 °C 30.2 °C 4.184 J/ (g °C)

Concentración sustancia 1 M (1 mol/L) 1 M (1 mol/L)

de

la

1. Q H O =( M H O)( Ce H O ) ( ∆ T) = ( V H O)( ρ H O )( Ce H O )( ∆ T ) 2

2

2

2

(

1g H O

2

)(

2

)

J 2 2. Q H O =( 200 ml H 2 O ) 1 ml H O 4.184 g ℃ ( 30.2− 22.4) ℃ 2 2

3. QH O =6,527.04 J =6.53 ×10 3 J =6.53 k J 4. Q neutralización =−Q calorímetro 5. Q neutralización =−6.53 k J 2

De acuerdo con la reacción: −¿

Cl( aq) → AgCl ( s) +¿ Ag( aq )+ ¿ ¿ La relación estequiometria es 1 a 1 por lo tanto 1mol Ag+ produce un 1 mol AgCl(s). Además 1 mol AgNO3 contiene 1 mol Ag+

Partiendo de la molaridad de la solución de AgNO3 (1M) y su volumen.

1. V AgNO =100 ml =0.1 L 3

1 mol 2. η AgNO = L ⟹ 3

(

)

η mol 3. M = L ⟹ η=M∗L ⟹ η= 1 L ( 0.1 L ) ⟹ 0.1mol ∴ Se producen0.1 mol de AgCl

−6.53 k J

−65.3 k J 4. Q nuetralización= 0.1 mol = mol AgCl mol

Ejercicio 3 Cuando una muestra de 9.55g de hidróxido de sodio (NaOH) se disuelve en 100g de H 2O en un calorímetro tipo vasos de café a presión constante, la temperatura se eleva de 23.6 a 47.4 °C. Asume que el Ce de la disolución es el mismo que el del agua pura.

b) Calcula el calor en kJ/mol de NaOH para el proceso de disolución.

Masa de NaOH Masa de H2O Masa total de la mezcla de disolución Temperatura Inicial (Ti) Temperatura Final (Tf) Calor especifico (CeH2O)

Datos 9.55 g 100 g 109.55 g 23.6 °C 47.4 °C 4.184 J/ (g °C)

1. Q cal =( m disolución)( Ce disolución) ( ∆ T )

(

J 2. Q cal=( 109.55 g ) 4.184

g℃

) ( 47.4 −23.6) ℃

3 3. Q cal=10,908.90 J=10.91 ×10 J=10.91 k J 4. Q r=−Q calorímetro 5. Q r=−10.91k J

Masa molar de NaOH (soluto)= 40g/mol

( 40 g NaOH )

1 mol NaOH =0.239 mol 1. Mol de NaOH= ( 9.55 g )

2.

Qr −10.91 k J −45.65 k J = = mol NaOH 0.239mol mol NaOH

Ejercicio 4

Cuando una muestra de 3.88g de nitrato de amonio (NH4NO 3) sólido se disuelve en 60g de H 2O en un calorímetro de tipo vasos de café, la temperatura desciende de 23°C a 18.4°C. Asuma que el Ce de la disolución es el mismo que el del agua pura. a) Calcula el valor en kJ/mol de NH4NO3 para el proceso de disolución. b) ¿Es un proceso endotérmico o exotérmico?

Datos 3.88 g 60 g 63.88 g 23 °C 18.4 °C 4.184 J/ (g °C)

Masa de NH4NO3 Masa de H2O Masa total de la mezcla Temperatura Inicial (Ti) Temperatura Final (Tf) Calor especifico (Ce)

1. Q cal =( m d isolución )(Ced isolución ) ( ∆ T )

(

)

J 2. Q cal=( 63.88 g ) 4.184 g ℃ ( 18.4− 23) ℃ 3. Qcal=−1,229.5 J =−1.23 × 103 J =−1.23 k J 4. Q R r=−Q calorímetro 5. Qr=1.23 k J Masa molar de NH4NO3 (soluto)= 80g/mol 1 mol H 4 NO 3 =0.04 85 mol N H 4 NO3 1. 80 g NaOH Mol de N H 4 NO 3=( 3.88 g) ¿ QR 1.23 k J 25.36 k J = = 2. mol N H 4 NO 3 0.0.4 85 mol mol N H 4 NO 3 B) Identificar el tipo de reacción Como Q R > 0 ⟹+ ¿ La reacción es Endotérmica...