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Calore di combustione. Esercizi svolti-chimicamo

Calore di combustione. Esercizi svolti

  |   Stechiometria, Termodinamica

Il calore di combustione può essere calcolato dall’entalpia standard di formazione (ΔH f °) delle sostanze coinvolte nella reazione, dati come valori tabulati.

La combustione è un processo chimico che avviene con sviluppo di calore ( reazione esotermica) in cui la variazione di entalpia ΔH°c è minore di zero. Una reazione di combustione avviene tra un combustibile e un comburente, in genere l’ossigeno. La velocità con la quale si combinano i reagenti è elevata in quanto il calore sviluppato accelera la reazione stessa.  L’entalpia standard di combustione ΔH°c è la variazione di entalpia per mole di sostanza che brucia in condizioni standard.

Nel corso di una combustione di un composto organico si ottengono CO2 e H2O se la combustione è completa, ovvero se avviene in eccesso di ossigeno, mentre se la combustione avviene in difetto di ossigeno (combustione incompleta) i prodotti di reazione sono CO e H2O.

Tabella dei valori dell’entalpia standard di combustione a 25°C

Sostanza Formula ΔH°c  kJ/mol
Benzene C6H6 -3268
Carbonio C(s) -394
Etanolo CH3CH2OH – 1368
Etino CH≡CH -1300
Glucosio C6H12O6 -2808
Idrogeno H2 -286
Metano CH4 -890
Ottano CH3 (CH2 )6CH3 -5471
Propano CH3CH2CH3 -2220

 

Esercizi svolti

1) Calcolare la quantità di benzene che occorre bruciare  per riscaldare 3.00  Kg di acqua dalla temperatura di 30 alla temperatura di 40°C.

Il calore specifico dell’acqua è pari a 4.186 J/g°C

La quantità di calore necessaria è pertanto:

Q = 3000 g ∙ 4.186 ( 40 – 30)=  1.26 ∙ 105 J = 126  kJ

Poiché dalla combustione di 1 mole di benzene si ottengono 3268 kJ si ha:

moli di benzene necessarie = 126/ 3268 = 0.0386

massa di benzene necessaria= 0.0386 mol ∙ 78.11 g/mol= 3.01 g

2) Calcolare i grammi di ossigeno necessari per produrre, in una reazione di combustione con l’ottano  8000 kJ.

La reazione di combustione bilanciata è la seguente:

2 CH3 (CH2 )6CH3 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Sappiamo che dalla combustione di una mole di ottano si producono 5471 kJ quindi per ottenere 8000 kJ sono necessarie :

8000/ 5471 = 1.46 moli di ottano

Il rapporto stechiometrico tra ottano e ossigeno è di 2:25 quindi occorreranno 1.46 x 25/2 =18.3 moli di ossigeno

Massa di ossigeno = 18.3 mol ∙ 31.998 g/mol = 585.6 g

3)  Calcolare la massa di propano necessaria per ottenere 350 kJ.

La reazione  bilanciata è la seguente:

CH3CH2CH3 + 5 O2  → 3 CO2 + 4 H2O

Sappiamo che dalla combustione di una mole di propano si producono 2220 kJ quindi per ottenere 350 kJ sono necessarie :

350/ 2220 = 0.158  moli di propano

Massa di propano = 0.158 mol ∙ 44.09 g/mol = 6.95 g

4) Calcolare la massa di acqua che si ottiene dalla combustione dell’etino se si sono ottenuti 2000 kJ

La reazione di combustione bilanciata è la seguente:

2 CH≡CH + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O

Sappiamo che dalla combustione di una mole di etino si producono 1300 kJ quindi per ottenere 2000 kJ sono necessarie : 2000/ 1300 = 1.54  moli di propano

Il rapporto stechiometrico tra etino e acqua è di 1:1 quindi si produrranno 1.54 moli di acqua

Massa di acqua = 1.54 mol ∙ 18.02 g/mol= 27.7 g

5) Calcolare il volume di CO2 alla pressione di 1.20 atm e alla temperatura di 300 K che si ottiene dalla combustione del glucosio se si sono ottenuti 4000 kJ

La reazione di combustione bilanciata è la seguente:

C6H12O6  +6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O

Sappiamo che dalla combustione di una mole di glucosio si ottengono 2808 kJ quindi per ottenere 4000 kJ sono necessarie :

4000/ 2808 = 1.42  moli di glucosio

Il rapporto stechiometrico tra glucosio e CO2 è di 1:6 quindi saranno prodotte 1.42 ∙ 6 =8.52 moli di CO2

Volume di CO2 = nRT/p = 8.52 ∙ 0.08206 · 300 / 1.20 = 175 L

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