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