ÍNDICE
I. RESUMEN……………………………………………………….………………...2 II. INTRODUCCION…………………………………………………………………3 III. PRINCIPIOS TEORICOS……………………………………………………….4 IV.. DETALLES EXPERIMENTALES………………………………………………6 IV E XPERIMENTALES………………………………………………6 V. TABULACION DE DATOS……………………… DATOS………………………………………………………8 ………………………………8 VI. EJEMPLOS DE CALCULOS………………………………………………….10 VII. ANALISIS Y DISCUSION DE RESULTADOS……………………………..14 VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES..…………………………….15 IX. BIBLIOGRAIA………………………………………………………………….16 X. ANEXOS………………………………………………………………………….1!
I.
RESUMEN
El objetivo principal de esta práctica de laboratorio es determinar el cambio térmico que acompaña a las reacciones químicas.
Las condiciones del laboratorio fueron las siguientes: P =!" mm#g$ % = && '( ) #umedad *elativa = +!,.
En el trans transcu curs rso o de los los e-pe e-peri rime ment ntos os ) cons consul ulta tand ndo o con con libr libros os lleg llegam amos os a la conc conclu lusi sin n que que un ácid ácido o ) una una base base fuer fuerte te reac reacci cion onan an desp despid idie iend ndo o una una gran gran cantidad de Energía. Esta se puede medir tomando en cuenta los estados finales e iniciales de sus componentes. Para ello recurrimos a la medida de capacidad de calor física del sistema sistema completo mediante mediante el método método del calorímetro$ calorímetro$ utili/ando utili/ando la frmula utili/ada de la guía. P"#$%& 1
El error porcentual obtenido se debe por varios factores como:
La pesada del 0iftalato de Potasio 1aloraciones ine-actas con la técnica del goteo 2ateriales parcialmente aseados ) secos 2edidas 3ne-actas del %ermmetro. El cálculo del (alor de 4eutrali/acin 5principal 6bjetivo del E-perimento7 se obtuvo mediante los datos obtenidos en el Laboratorio ) la formula terica obtenida en la guía$ su error se debe a los aspectos que veremos a continuacin.
II.
INTRODUCCIÓN
8 nuestro alrededor$ los objetos que observamos siempre están sujetos a ciertos cambios$ es decir$ e-isten$ en una transformacin constante 5transformacin química o física7$ estas transformaciones o reacciones están acompañadas de cambios térmicos. 8simismo estas variaciones de calor 5que puede ser utili/ado para reali/ar alg9n trabajo7 que ocurren durante una transformacin química$ son estudiadas por la termoquímica. Por tanto$ la termoquímica posee una utilidad mu) amplia$ pues todas las reacciones químicas manifiestan una ganancia o pérdida de calor$ que también puede manifestarse como trabajo. Por ello$ visto desde una perspectiva industrial$ con l a termoquímica 5la cual se apo)a en la primera le) de la termodinámica$ es decir$ en el principio general de la P"#$%& 2
conservacin de la energía.7 se eval9an$ las entropías ) entalpías$ para anali/ar que reacciones son favorables para un determinado proceso químico industrial. Por ejemplo$ la termoquímica es 9til en el estudio de los enlaces químicos ) suministra el material necesario para el estudio termodinámico de los equilibrios químicos. %ambién$ con ella se puede conocer el calor de combustin de un combustible$ o en la medicina para conocer el poder calorífico de las grasas$ a/9cares ) proteínas$ como constitu)entes energéticos de los alimentos.
III. PRINCIPIOS TEORICOS TERMOQUÍMICA *ama de la fisicoquímica que determina la cantidad de calor absorbida o liberada en procesos de cambio químico o físico. iempre que se lleva a cabo una transformacin química$ ;a) un cambio térmico$ dependiendo éste de la naturale/a$ condicin física ) cantidad de reactantes.
TIPOS DE REACCIONES TERMOQUÍMICAS e pueden clasificar bajo dos conceptos:
CALOR DE REACCIÓN: %odas las reacciones químicas$ van acompañadas de un efecto calorífico. Este efecto puede ser medido a presin o a volumen constante$ en el primer caso se mide la variacin de energía interna ) el trabajo$ en tanto que en el segundo caso solo se mide la variacin en energía interna. El calor de una reaccin e-otérmica$ tiene convencionalmente signo 57 ) el de una endotérmica signo 5>7.
Los calores de reaccin se miden en calorímetros a presin o volumen constante. En ellos se aplica un balance de calor.
Ganado=Perdido Q=mCe ∆ T
Dónde: m: masa de sustancia. Ce: calor especifico de la sustancia.
∆ T: cambio de temperatura de la sustancia.
Calor de reacción a vol!en con"#an#e.$ i la reaccin se produce a volumen constante 5proceso iscoro7$ el trabajo e-terior es nulo.
En donde se ;a llamado ?v al calor que interviene en una reaccin química a volumen constante$ ) como se puede comprobar es la variacin de energía interna del proceso.
Calor de reacción a %re"ión con"#an#e.$
P"#$%& 4
i la reaccin química transcurre en un recipiente abierto$ el volumen puede variar$ pero la presin permanece constante 5proceso isbaro7 Para calcular la variacin de energía interna$ @A$ del proceso utili/amos la siguiente frmula$ ) llamamos ?p al calor de reaccin a presin constante$ nos queda:
CALOR DE NEUTRALI&ACIÓN: An tipo de calor de reaccin es el de neutrali/acin de ácidos ) bases. (uando se usa soluciones diluidas de ácidos ) bases fuertes$ la 9nica r eaccin que se produce es la formacin de agua a partir de los iones # > ) 6# $ de acuerdo a la ecuacin:
Na+ OH!ac" +H+Cl!ac"
→
H#O!l"+Na+Cl!ac"
18
∆ H =−13.7 Kcal / mol
25
∆ H =−13.36 Kcal / mol
(uando alguno de los electrolitos no es fuerte )Bo cuando se usan soluciones concentradas$ este valor varia )a que intervienen los calores de i oni/acin ) de dilucin.
I'. DETALLES E(PERIMENTALES: ).*CAPACIDAD CALORI+ICA DEL CALORIMETRO 8rme el equipo como se muestra en la figura.
P"#$%& 5
(oloque C!D ml de agua de caño en el termo ) el mismo volumen de agua ;elada 5entre & ) F7 en la pera.
%ome las temperaturas e-actas de ambas aguas$ e inmediatamente abra la llave de la pera ) deje caer el agua ;elada$ mida la temperatura cada CD segundos$ agitando constantemente$ anote la temperatura cuando ésta tome un valor constante.
).,De#er!inación del calor de ne#rali-ación en#re "olcione" de NaO/ac0
≅
1.,N 2 Cl/ac0
≅
1.3N
P"#$%& 6
(alcule los vol9menes de 4a6# ) de #(l necesarios para producir la neutrali/acin$ tales que sumados den GDDml 5use las concentraciones calculadas en a7. ecar por completo el frasco termo ) colocar en éste$ el volumen de base calculado$ ) en la pera el volumen de ácido. 2ida las temperaturas e-actas de ambas soluciones$ deje caer el ácido sobre la base ) mida la temperatura como en H.C.c7.
'. TA4ULACIÓN DE DATOS *0 Condicione" de la5ora#orio
presión
temperatura
% HR
21
96 %
$%&mmH'
,0 Da#o" e6%eri!en#ale" Ca%acidad calor78ica del calor7!e#ro:
Temperatura del agua fría Volumen de agua fría en el termo Temperatura del agua caliente Volumen de agua caliente en la pera Temperatura de e"uili#rio
20.4ºC 100 ml .!º C 100 ml 2$ºC
%emperatura cada CD segundos: Tiempo transcurrido
temperatura
P"#$%& !
28.0º C 27.5º C 27.6º C 27.5º C 27.5º C 27.4º C 27.3º C 27.2º C 27.1º C 27.0º C
10 s 20 s 0 s 40 s 0 s !0 s $0 s &0 s '0 s 100 s
De#er!inación del calor de ne#rali-ación: Masa del biftalato Volumen de la base 1 titulación Volumen de la base 2 titulación Volumen del Cl !a"a titula" Volumen de neut"ali#ación Cl Volumen de neut"ali#ación $a% &em!e"atu"a acido &em!e"atu"a de la base &em!e"atu"a de e'uilib"io
0.1124g 2.4 ml '.4 ml ml 4&.4 ml 11.! ml 22.!ºC 22.1ºC 24.2º C
%emperatura cada CD segundos: Tiempo transcurrido 10 20 0 40 0 !0 $0
Temperatura 23.3 23.3 23.6 24.5 25.1 25.6 25.8
90 Da#o" #eórico": 9.* Ca%acidad Calor78ica del Calor7!e#ro: Ce
1
(ensidad del agua
cal g º C 1
9., Calor de Ne#rali-ación de Solción 1.,N de NaO con "olción 1.3N de Cl: P"#$%& 8
)eso e'ui*alente del biftalato +g,mol $o"malidad del Cl $o"malidad del $a% Calo" de neut"ali#ación +cal,mol-
204.22 0.& 0.2 1.
'I. EEMPLOS DE C;LCULOS A0 CALOR DE NEUTRALI&ACIÓN: a0 Calclando la nor!alidad !odi8icada del NaO: W biftalato ( g ) N NaOH = Peq .biftalato ( g / mol ) ×gasto NaOH ( L )
Da#o": W biftalato=0.1124 g Peq .biftalato=204.22 g gasto NaOH =2.45 ml
Ree!%la-ando da#o": N NaOH =
204.22
0.1124
(g)
( g / mol )× 2.45 ml ×
1 L 1000 ml
P"#$%& '
N NaOH =0.23 ( mol / L)
50 Calclando la nor!alidad corre
Da#o": V NaOH =9.4 ml N NaOH =0.23 ( mol / L) N HCl = ? V HCl =3 ml
Ree!%la-ando da#o": = 9.4 ml × 0.23 ( mol / L )
3 ml×N HCl
N HCl =0.72 ( mol / L)
c0 calclando el vol!en de NaO 2 de Cl nece"ario" %ara %rodcir la ne#rali-ación: De la %ar#e /50: •
en C&.H ml de solucin neutrali/ada ;a) G ml de #(l ) +.H ml de 4a6# .
Calclando la relación: 12.4 ml sol. 3 ml HCl 200 ml sol Vol HCl
Vol HCl =
3 ml × 200 ml 12.4
ml
Vol HCl =48.4 ml
)o" lo tanto el *olumen de $a% / 151.6 ml
d) calclando el calor de ne#rali-ación:
P"#$%& 10
Q=
C ( T 2−T 1) n
d.*0 calclando 5a"e0:
!ome"ioteme!at#!as =
T 1
/%ro!edio de #e!%era#ra" del acido 2 de la
+
22.1 $ C 22.6 $ C 2
!ome"ioteme!at#!as =22.35 $ C
d.,0 calclando el n=!ero de !ole": n = V NaOH × N NaOH =V HCl × N HCl
Calculando con el HCl: n = V HCl × N HCl n =48.4 ml ×
1 L 1000 ml
× 0.72
mol L
n = 0.035 mol
Calclando con el NaO: n = V NaOH × N NaOH n = 151.6 ml ×
1 L 1000 ml
× 0.23
mol L
n = 0.035 mol
d.90 De la ecación />0 C( 200 cal)ºC d.)0 La #e!%era#ra e?ili5rio e" * P"#$%& 11
T 2 + ( 24.2º C
Ree!%la-ando en: C ( T −T ) Q= 2
1
n
200
Q=
Q=
cal ( 24.2 $ C −22.35 ºC ) ºC 0.035 mol
(
200 1.85
mol
0.035
Q =10571.4
) cal
cal mol
Q =10.571 K
cal mol
40 CAPACIDAD CALORÍ+ICA DEL SISTEMA: 5.*0 de#er!inando el 5alance del calor: m× C e × ( T c − T e ) =C % ( T e −T f )
Da#o": m =10 0 g C e=1
cal g º C
T e= 27 º C T c =33.6 º C T f =20.4 º C
Ree!%la-ando: 10 0 g × 1
cal × ( 33.6 º C −27 º C )= C % ( 27 º C −20.4 º C ) gº C
P"#$%& 12
100
cal = C % ºC
5.,0 ca%acidad calor78ica de #odo el "i"#e!a: C =C % + m ×C e
Ree!%la-ando: C =100
cal cal + 10 0 g × 1 ºC g º C
C =200
cal & & & & .. (¿) ºC
'II. AN;LISIS @ DISCUSIÓN DE RESULTADOS '!!o! =
Valo! Teo!ico −Valo! '(e!imental Valo! Teo!ico
× 100
$ Error de la nor!alidad /NaO0 error B
0.2−0.23 0.2
-CDD = $*
$ Error de la nor!alidad /Cl0 error B
−0.72
0.8
0.8
-CDD = *1
$ Error del calor de ne#rali-ación error B
13.3
−10.571 13.3
-CDD = ,1.
P"#$%& 13
'III. CONCLUSIONES @ RECOMENDACIONES: CONCLUSIONES •
(uando en una reaccin la temperatura inicial de los reactantes es menor$ que al producir la reaccin es e-otérmica caso contrario endotérmica.
•
El calor de reaccin de neutrali/acin es constante e independiente de la naturale/a del ácido o base esto en reacciones de ácidos ) bases fuertes7 )a que estos se disocian totalmente comprende la combinacin del in ;idrogeno con el ;idro-ilo para formar agua no ioni/ada.
•
El calor de descomposicin de un compuesto químico es numéricamente igual a su calor de formacin$ pero de signo opuesto. (uando se tiene un sistema en estudio$ se puede obtener datos calorimétricos e-actos ma)ormente cuando la reaccin que ocurra dentro del calorímetro sea e-acta ) rápida. El tipo de calor de reaccin se puede determinar por las diferencias que ocurra de temperatura entre un reactivo ) otro$$ ) la temperatura cuando ambos reaccionan. P"#$%& 14
RECOMENDACIONES
•
(olocar e-actamente las cantidades de agua necesarias para la obtencin de la capacidad calorífica del calorímetro$ así como también las temperaturas del agua fría ) agua ;elada.
•
%omar las temperaturas adecuadamente tratando de que no suba por efecto del medio ambiente$ esto ocurre si sacamos el termmetro del calorímetro.
•
8l momento que va a reali/ar la titulacin se debe añadir unas cuantas gotas de fenolftaleína para poder observar el cambio de coloracin de la sustancia.
•
En titulacin pesar e-actamente el biftalato de potasio ) anotar el volumen de agua destilada$ en la que se disuelve el biftalato$ para tener e-actamente la concentracin del biftalato )a que de esto dependen también las concentraciones del ácido ) base$ titular adecuadamente fijándose en el punto de equivalencia
I(. 4I4LIORA+IA
• •
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• •
• •
;ttp:BBes.IiJipedia.orgBIiJiB8cerosKtratadosKt,(G,8+rmicamente
;ttp:BBIII.foroenergia.uam.m-B&DD+B2E8KDCB2E8KGB%E*26?A323(8K 6L8*.pdf
;ttp:BBIII.virtual.unal.edu.coBcursosBsedesBaraucaBD"CBdocsKcursoB("KL&. ;tm
;ttp:BBiesalcalde.serveftp.orgBfisica)quimicaBleccionesKinteractivasKquimicaB#i storia(ienciaB#istoria0iografias?&,(&,08.pdf
PE**$ *obert ) (#3L%64$ (ecil.0iblioteca del 3ngeniero ?uímico. egunda Edicin$ Muáre/ 52EN3(67$ 2cOraI#ill$ 2cOraI#ill$ C+$ Págs. GGD$ GD. GD.
P"#$%& 15
(. ANE(OS: CUESTIONARIO *. E"#a5le-ca na relación en#re 2 U %ara na reacción en 8a"e
Para la obtencin de amoniaco tenemos la reaccin: N#!'" + *H#!'"
#NH*!'"
H= &,# -/mol a #%0C
8;ora, n = # 1 !*+2" = # (omo tenemos H= &,# -/mol, calculamos
(
(= H n)T (= &,# -/mol + #34.*2%/mol53!#% + #$*.2%"5 ( = 2.# -/mol
,. Indi?e el %rocedi!ien#o a "e<ir %ara de#er!inar el de na reacción a #e!%era#ra" di8eren#e" de la e"#Fndar.
P"#$%& 16
*P%8.i conocemos # para una temperatura dada$ podemos calcular el calor de reaccin para cualquier otra temperatura.
Para encontrar la dependencia de esta cantidad con la temperatura$ derivamos en funcin de temperatura:
Por definicin d#oBd%=(po$ por tanto:
Asamos temperaturas absolutas.
P"#$%& 1!
