Reacciones de combustión: cálculo de entalpías, reactivo limitante y calor desprendido

Reacciones de Combustión: Cálculo de Entalpías

a) Combustión del Pentaborano (B₅H₉)

2 B₅H₉(l) + 12 O₂(g) → 5 B₂O₃(s) + 9 H₂O(l)

Cálculo de la entalpía estándar de reacción (ΔHº_rx):

ΔHº_rx = Σ n_p·ΔHº_f(productos) – Σ n_r·ΔHº_f(reactivos)

ΔHº_rx = [5 mol (-1273,5 kJ·mol^-1) + 9 mol (-285,8 kJ·mol^-1)] – [2 mol (+73,2 kJ·mol^-1)] = -9086,1 kJ (por cada 2 moles de B₅H₉) = -4543,05 kJ·mol^-1 B₅H₉

Cálculo del calor a presión constante (Q_p) para 1 g de B₅H₉:

Q_p = ΔH

Q_p = 1 g B₅H₉ × (1 mol B₅H₉ / 63 g B₅H₉) × (-9086,1 kJ / 2 moles de B₅H₉) = -72,11 kJ

b) Combustión del Octano (C₈H₁₈)

C₈H₁₈(l) + 25/2 O₂(g) → 8 CO₂(g) + 9 H₂O(l)

Cálculo del calor a volumen constante (Q_v) para 1 g de octano:

Q_v = ΔH – ΔnRT

Q_v = -5512 kJ – (8 – 25/2) · 8,3110^-3 kJ·mol^-1K^-1 · 298 K = -5500,9 kJ

Q_v = 1 g octano × (1 mol octano / 114 g octano) × (-5500,9 kJ / 1 mol octano) = -48,25 kJ

Cálculo de la Entalpía de Combustión del Propano a partir de Energías de Enlace

a) Cálculo de la entalpía estándar de reacción (ΔHº)

Reacción de combustión del propano:

C₃H₈(g) + 5 O₂(g) → 3 CO₂(g) + 4 H₂O(g)

ΔHº = Σ n_r·E_{enlaces rotos} – Σ n_p·E_{enlaces formados}

Enlaces a romper en reactivos:

• 2 enlaces C-C
• 8 enlaces C-H
• 5 enlaces O=O (5 moléculas × 1 enlace O=O / molécula)

Enlaces a formar en productos:

• 6 enlaces C=O (3 moléculas × 2 enlaces C=O / molécula)
• 8 enlaces O-H (4 moléculas × 2 enlaces O-H / molécula)

ΔHº = [(2 × E_C-C) + (8 × E_C-H) + (5 × E_O=O)] – [(6 × E_C=O) + (8 × E_O-H)]

ΔHº = [(2 × 348) + (8 × 413) + (5 × 498)] – [(6 × 804) + (8 × 463)] = -2038 kJ

b) Determinación del Reactivo Limitante y Cálculo del Calor Desprendido

Cálculo de las masas molares:

• Masa molar del propano (C₃H₈): (3 × 12) + (8 × 1) = 44 g/mol
• Masa molar del oxígeno (O₂): (2 × 16) = 32 g/mol

Cálculo de los moles de cada reactivo:

• Moles de propano: 88 g / 44 g/mol = 2,0 moles
• Moles de oxígeno: 500 g / 32 g/mol = 15,625 moles

Determinación del reactivo limitante:

La estequiometría de la reacción es 1 mol de propano por cada 5 moles de oxígeno. Para que reaccione todo el propano (2,0 moles), se necesitan 2,0 × 5 = 10 moles de oxígeno. Como hay 15,625 moles de oxígeno, hay suficiente oxígeno para que todo el propano reaccione. Por lo tanto, el propano es el reactivo limitante.

Cálculo del calor desprendido a presión constante (Q_p):

Q_p = ΔH

Q_p = 2,0 moles de propano × (-2038 kJ / 1 mol de propano) = -4076 kJ

El calor desprendido es de 4076 kJ (el signo negativo indica que la reacción es exotérmica).

Conceptos de Termodinámica y Seguridad Química

a) Definición de Punto Triple

El punto triple se refiere a las condiciones específicas de presión y temperatura en las que las tres fases de una sustancia (sólida, líquida y gaseosa) coexisten en equilibrio termodinámico.

b) Símbolos de Seguridad Química

• A: Comburente: Indica sustancias ricas en oxígeno que, en contacto con otros materiales (especialmente inflamables), pueden provocar o intensificar un incendio.
• B: Gas a Presión: Señala envases que contienen gases a presión, los cuales pueden explotar si se calientan. Algunos de estos gases también pueden causar quemaduras o lesiones criogénicas debido a su baja temperatura.
• C: Peligro por Aspiración: Advierte sobre sustancias que, al ser inhaladas, pueden causar efectos adversos muy diversos, como cáncer, mutaciones, alergias respiratorias o toxicidad reproductiva.