Descripción de la tarea

Introducción

El petróleo, el carbón y el gas natural son los considerados combustibles fósiles. Se han generado de forma natural a través de complejos procesos biogeoquímicos, a partir de restos animales y vegetales y los cuales se desarrollaron bajo condiciones especiales durante millones de años.

Los combustibles fósiles son recursos no renovables ya que no se reponen por procesos biológicos. En algún momento, se acabarán, y será necesario esperar millones de años para que vuelvan a generarse.

En esta tarea vas a trabajar con dos de los combustibles que se emplean en las casas, para disponer de agua caliente o para cocinar: el gas natural (formado principalmente por metano) y el butano comercial (que se obtiene de la destilación del petróleo y está formado mayoritariamente por butano). Analizarás cuestiones termodinámicas relacionadas con ellos que te ayudarán a tomar una decisión sobre el combustible que más te conviene.

Desarrollo de la tarea

1.- Escribe la fórmula química correspondiente a ambos combustibles. (Considera la sustancia mayoritaria como representativa de los mismos).

2.- Representa y ajusta las ecuaciones  químicas que corresponden a la combustión de los dos gases combustibles anteriores (metano y butano), indicando el estado físico de reactivos y productos. (Como pista, te recordamos que la combustión de una sustancia tiene lugar en presencia de oxígeno y en el caso de sustancias orgánicas se obtienen como productos dióxido de carbono y agua, ambos en estado gaseoso).

3.- Calcula de forma justificada la variación de energía interna que experimenta uno de los gases anteriores considerando que absorbe 50 J en forma de calor y sobre el que se realiza un trabajo de 37 J.

4.- Fíjate en el vídeo que se muestra a continuación y que hace referencia al experimento de Joule:

Video de Iván Osorio publicado en Youtube

Explica el procedimiento empleado por Joule para determinar el equivalente mecánico del calor.

5.- Calcula el valor de la variación de entalpía estándar de las reacciones de combustión del metano y butano, a partir de las entalpías de formación de las sustancias que intervienen y que encontrarás en la tabla de valores del apartado Ayuda y Entrega, y escribe las correspondientes ecuaciones termoquímicas. ¿Se trata de reacciones exotérmicas o endotérmicas? Justifica tu respuesta.

6.- También puedes determinar la entalpía de combustión a partir de datos de entalpías de enlace. Realiza de nuevo los cálculos, teniendo en cuenta los enlaces que se rompen y los que se forman, y compara el resultado obtenido con el del ejercicio anterior. 

7.- Teniendo en cuenta el resultado del apartado 5, indica qué combustible generaría más calor para la misma masa de gas. ¿Y cuál generaría más calor para el mismo volumen de gas? (Considera condiciones normales).

8.- Transforma los calores desprendidos en kJ/mol obtenidos en el apartado 5 a calorías desprendidas por gramo de combustible.

9.- Calcula la cantidad de dióxido de carbono desprendida por gramo de combustible en cada caso.

10.- Recopila en una tabla comparativa los datos obtenidos en los apartados 5, 8 y 9. Teniendo en cuenta estos datos y otras características que te puedan parecer interesantes, decide qué combustible sería mejor.

Relación con otras tareas



En esta tarea trabajarás con cuestiones termodinámicas y te familiarizarás con conceptos y procedimientos que volverán a aparecer en la tarea global.