ENTALPIA DE REACCIONES QUIMICAS DE NEUTRALIZACION Kelly Giraldo
[email protected] Andrés Felipe Fe lipe Serna Sern a
[email protected] Facultad de Ciencias Naturales Naturales y Exactas, Departamento Departamento de Química, Universidad Universidad del Valle sede Yumbo, Colombia. Resumen: Resumen: Se realizaron soluciones de neutralización, usando ácidos y bases a diferentes volúmenes y presión constante para obtener datos de tempera de mezcla y temperatura reactivos para así poder calcular la entalpia de estos. En esta práctica de laboratorio se realizaron 6 experimentos en total, el primer ensayo fue con el fin de encontrar el calor especifico del calorímetro, el resto se hicieron con el objetivo de determinar el calor liberado de una reacción de neutralización entre una disolución de un ácido fuerte y una disolución de una base fuerte, usando para cada experimento parejas de soluciones diferentes o en distintas cantidades a la misma concentración de 1.0 M y un termómetro para todas las mediciones. Al finalizar finalizar se obtuvo obtuvo una capacidad capacidad calorífica calorífica del calorímetro calorímetro de 92.64 J/K. Objetivos 1.
2.
3.
4.
Determinar si las reacciones que se hicieron en el laboratorio son exotérmicas o endotérmicas, mediante la función Temperatura tiempo y observar mediante estos datos el cambio de entalpia. comprender el buen manejo de los materiales a utilizar y saber diferenciar entre un ácido y una base. Observar si al hacer reaccionar mayor cantidad de base que decido la liberación de calor es mayor. Determinar la capacidad calorimetra de un calorimetro.
5. Afianzar los conocimientos conocimie ntos adquiridos adquirid os teóricamente sobre termoquímica como: entalpía y calorimetría. Datos cálculos y resultados En este laboratorio se utilizaron 2 reactivos por cada ensayo, un acido y una base para así hacer un proceso de neutralización a diferentes concentraciones, primero se midieron las temperaturas de cada reactivo reactivo por separado cada minuto aproximadamente luego se procedió a la mezcla y a medir su temperatura cada diez (10) segundos por durante cinco (5) minutos para así
saber el cambio te temperatura, luego se midió el pH para poder constatar que si se neutralizaron las disoluciones, este proceso se hizo seis (6) veces como lo veremos a continuación. Tabla
1.
pH
de
todas
las
reacciones.
25mL NaOH + 25mL Hcl
25mL N2SO4 + 25mL NaOH
25mL N2SO4 + 50mL NaOH
25mL N2SO4 + 75mL NaOH
25mL H2O + 25mL NaOH
25mL AcOH + 25mL NaOH
4
2
7
12
13
11
pH
Luego Con ayuda de la ecuación 1 se procedió al cálculo: - Qr = (C c ) (T2-T1 )+ (C sln x M sln )X (T2-T1)
(ec. 1)
En donde Q=calor de reacción Cc=capacidad calorífica del calorímetro a presión constante Csln= calor especifico de la solución msln= masa de solución después para hallar delta de entalpia se uliliza la siguiente ecuación: qdis= cc (t1-t2)
(ec. 2)
donde qalr = calor de los alrededores cc=calor especifico de la solución
"
Entonces después de saber el calor de los alrededores utilizamos las siguientes ecuaciones para encontrar !H de la neutralización: qreac= -qalr !! =
qalr
(ec. 3)
m sln= 50 g
- (-1144) =Cc x 5,8 k + 4.184 J/g K X 50 g X 5,8 K
Reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de HCl 1M. Tabla 2. Tiempo vs temperatura de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de HCl 1M y de la mezcla.
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
qreac =-1144j
Reemplazando estos valores en la ecuación 1.1
!H= cambio de entalpia
t0 30 60 90 120 150
= 5.3 K
Csln=4.184 j/gK
(ec. 4)
Donde
Tiempo (s)
"T
Temperatura (ºC) HCl NaOH 26,1 25,2 26 24,9 25,8 24,9 25,9 25 25,9 25 26 25,3 Mezcla 30 32,5 32,6 32,6 32,5 32,5 32,5 32,4 32,4 32,4 32,4
Tiempo (s) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Temperatura (ºC) 32,3 32,3 32,3 32,3 32,2 32,2 32,2 32,2 32,1 32,1 32,1 32,1 32,1 32 32 32 32 31,9 31,9
25mL HCl + 25mL NaOH 7 %$ 6 5 4 1 0 3 2#$ 1 0 / . , $
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Despejamos Cc y se obtiene que: Cc= (1144-653) j /5,3K Cc=92,64 J/k Luego se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= (4.184-J/g*ºc) (25g-25g)(31,9ºC-25,65ºC) qalr = - 1.307 kJ "H= -13.07 kJ/mol
Reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de N2SO4 1M Tabla 3. Tiempo vs temperatura de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de N2SO4 1M y su mezcla Tiempo (s) 0 30 60 90 120 150 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Temperatura (ºC) N2SO4 NaOH 25,7 25,8 25,7 25,7 25,7 25,8 25,7 25,8 25,7 25,8 25,7 25,8 Mezcla 29 30 31,3 31,4 31,7 32,1 32,4 32,5 32,6 32,6 32,6
Tiempo (s) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Temperatura (ºC) 32,6 32,7 32,8 32,7 32,7 32,7 32,7 32,6 32,6 32,6 32,5 32,5 32,5 32,5 32,4 32,4 32,4 32,4 32,4
grafica 1. Temperatura vs tiempo de 25mL HCl + 25mL NaOH luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver las entalpias y la capacidad calorífica del calorímetro. 25 mL de HCl y 25 mL de NaOH
#
25mL H2SO4 + 25mL NaOH
25mL H2SO + 50mL NaOH
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grafica 2. Temperatura vs tiempo de 25mL H2SO4 + 25mL NaOH luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver la entalpia. se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= "H= -13.07 kJ/mol (25g-25g) (32,4 °c - 25.7 °c)
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grafica 3. Temperatura vs tiempo de 25mL H2SO + 50mL NaOH luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver la entalpia. se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= (4.184-J/g*ºc) (25g-25g) (35.3°c-24.3°c)
q reac= - 1.401 kJ
q reac= - 3.44 kJ
"H= - 14.01 kJ/mol
"H= -34.4 kJ/mol
Reacción de 50 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M
Reacción de 75 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M
Tabla 4. Tiempo vs temperatura de 50 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M y su mezcla
Tabla 5. Tiempo vs temperatura de 75 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M y su mezcla
Tiempo (s) t0 30 60 90 120 150 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Temperatura (ºC) N2SO4 22,9 25,8 25,7 25,8 25,7 25,7 Mezcla 36 36,2 36,2 36,2 36,1 36 35,9 35,9 35,9 35,8 36
NaOH 25,8 25,9 25,8 25,8 25,8 25,8
Tiempo (s) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Temperatura (ºC)
Tiempo (s)
35,8 35,7 35,7 35,7 35,6 35,6 35,6
0 30 60 90 120 150
35,5 35,5 35,5 35,4 35,4 35,4 35,4 35,4 35,3 35,3 35,3
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Temperatura (ºC) N2SO4 NaOH 26 26,3 26 26,4 25,9 26,6 25,9 26,4 25,9 26,4 25,9 26,4 Mezcla 32,4 32,6 33,8 33,9 34 34,1 34,2 34,1 34,1 34,1 34,1
Tiempo (s) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Temperatura (ºC) 34,1 34 34 34 34 33,9 33,9 33,9 33,9 33,8 33,8 33,8 33,8 33,8 33,7 33,7 33,7 33,7 33,7
&
25mL H2O + 25mL NaOH
25mL H2SO4 + 75Ml NaOH 7 %$ 6 5 &$ 4 1 0 #$ 3 2 "$ 1 0 - $ / . ,
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Grafica 4. Temperatura vs tiempo de 25mL H2SO4 + 75Ml NaOH. luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver la entalpia. se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= (4.184-J/g*ºc) (25g-25g) (33.7 °c - 26.1 °c)
Reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2O destilada Tabla 6. Tiempo vs temperatura de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de H 2O destilada y su mezcla
t0 30 60 90 120 150 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
grafica 5. Temperatura vs tiempo de 25mL H2O + 25mL NaOH luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver la entalpia. se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= (4.184-J/g*ºc) (25g-25g) (25.8 °c - 25.9 °c)
"H= -209 kJ/mol
"H= -31.5 kJ/mol
Temperatura (ºC) H2O NaOH 25,6 26,2 25,5 26,2 25,5 26,1 25,5 26,1 25,5 26,1 25,5 26,1 Mezcla 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8
@-AC<1
q reac= -#$D( EF
q reac= - 3.15 kJ
Tiempo (s)
=1>;
@-AC<1
Tiempo (s) 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
Temperatura (ºC) 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8 25,8
Reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de AcOH 1M Tabla 7. Tiempo vs temperatura de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de AcOH 1M y su mezcla Tiemp o (s)
t0 30 60 90 120 150 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110
Temperatura (ºC)
AcOH NaOH 26,5 26,4 26,4 26,4 26,1 26,4 26,1 26,4 26,1 26,4 26,1 26,4 Mezcla 32,6 32,7 32,6 32,6 32,6 32,6 32,5 32,5 32,4 32,4 32,4
Tiempo (s)
Temperatura (ºC)
120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260 270 280 290 300
32,4 32,4 32,3 32,3 32,3 32,2 32,2 32,2 32,2 32,2 32,2 32,2 32,1 32,1 32,1 32,1 32,1 32,1 32
%
25mL AcOH + 25 mL NaOH 7 %$
6 5 &$ 4 1 0 3 2 #$ 1 0 - "$ / . $ ,
$ &$ '$ ($ "#$")$"*$#"$#%$#+$&$$
,8-./9 4:7 GC>;
=1>;
@-AC<1
tabla 6. Temperatura vs tiempo de 25mL AcOH + 25 mL NaOH luego de tener todos los datos anteriormente tabulados se hicieron los cálculos para poder ver la entalpia. se hacen los cálculos para determinar la entalpia qdis= (4.184-J/g*ºc) (25g-25g) (32 °c - 26.45 °c) q reac= - 1.15kJ "H= -11.5 kJ/mol
Análisis de resultados Los cambios de calor de los procesos físicos y químicos se miden con un calorímetro, el estudio de la calorimetría, la medición de los cambios de calor, depende de la comprensión de el calor especifico(es la cantidad de calor necesario para elevar un grado Celsius ka temperatura de un gramo de la sustancia) y la capacidad calorífica (que es la cantidad de calor que se necesita para elevar un grado Celsius la temperatura de una determinada cantidad de la sustancia ). Sabiendo entonces que el calorímetro es un instrumento que nos permite determinar el cambio de temperatura que sufre un sistema cuando se realiza una transferencia de calor de un cuerpo de mayor temperatura a un cuerpo de menor temperatura , tiene razón de ser el calcular la capacidad calorífica de cada calorímetro en esta practica ya que nos indica la cantidad de calor que este recibe de la reacción que ocurre dentro de el y dicho valor varia de acuerdo al calorímetro que se utlizo.
En todos los ensayos se pudo observar que las reacciones fueron exotérmica esto se pudó evidenciar gracias a las entalpias las cuales nos ayudan a indicar cuando una reaccion es exotermica o endotermica dado que todas las reacciones químicas están acompañadas ya sea por una absorción ("H>0 Endotermico) o una liberación ("H exotérmico) de energía manifestada en forma de calor, el cambio de temperatura que experimenta cada una de las reacciones nos indican que ha ocurrido un cambio de energía o lo que comúnmente llamamos entalpia y es esto lo que nos indica que cuando se libera calor la reacción es exotérmica o cuando se absorbe calor la reacción es endotérmica o liberado en una reacción química. Además cuando se lleva a cabo una reacción de neutralización entre una base y un acido se desprende una cantidad de calor producida por el rompimiento de los enlaces y la formación de nuevos productos a continuación se muestran algunas reacciones y comportamientos esperados para dichas reacciones. Una reacción de neutralización es una reacción entre un acido y una base, generalmente, en las reacciones acuosas acido-base se forman agua y una sal que es un compuesto ionico formado por un catión distinto del H + y un anion del OH- u O2como se puede observar en la tabla 1, el ph de la reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de HCl 1M el pH resultante es 4, el cual es un pH acido de acuerdo con la teoría se puede verificar que este pH es erróneo debido a que el NaOH es una base fuerte y el HCl es un acido fuerte, y al hacer una reacción uno a uno de un acido fuerte con una base fuerte se debe de formar una sal mas agua sin exceso de ninguna de las dos partes, lo cual se traduce a un pH básico, esto se puede deber a que las soluciones no estaban estandarizadas y no se tiene la certeza de las concentraciones en que se encontraban esto pudo afectar al momento de diluir el ácido con la base porque no se sabe si la reacción es equimolar como debería serlo, lo mismo sucede cuando se hizo reaccionar 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de N2SO4 1M el cual dio un pH acido de 2 y debido a lo antes dicho debe de tener un ph básico. En la reacción de 50 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M se evidencia un pH neutro, lo cual
)
quiere decir que este pH está mal dado ya que como se puede ver esta es un a reacción dos a uno por ende debe quedar una sal mas agua con exceso de alguno de los dos reactivos, en este caso el reactivo que quedó en exceso fue el NaOH en cual es una base, por ende se puede deducir que el pH debe de ser menor a 7 (básico). En la reacción de 75 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2SO4 1M sucede lo mismo aunque en esta reacción si da un pH básico (12).
Bibliografía
Al hacer reaccionar 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de H2O destilada se puede observar que no tiene grandes cambios en el pH en la reacción de 25 mL de NaOH 1M y 25 mL de AcOH 1M se puede notar que dio un pH de 11 el cual es un ph muy alcalino, la teoría nos dice que al hacer reaccionar una base fuerte como es el NaOH y un acido débil que en este caso es en AcOH tenemos como producto un pH básico.
[4]. Microsoft, Encarta Microsoft Corporation
[1]. Guía de laboratorio. Prácticas de laboratorio de química, universidad del valle facultad de ciencias departamento de química.2011 [2]. CHANG, R. Química. 7 ed. México, McGraw Hill editors, 2002. 999p. [3]. http://www.textoscientificos.com/quimica/e nlaces-quimicos (14 de febrero de 2017) 2009,1993-2008,
[5]. ATKINS, P. Principios de Quimica. 4ed. Porto Alegre: Bookman, 2001.525-529 pp. [6]. CASTELLAN, G.Físico química 2 ed. México, Adisson Wesley Longman, 1998. 1045pp.
Conclusiones 1.
Las reacciones de neutralización dieron como resultado una liberación de calor; lo que nos dice que la entalpia es negativa para este proceso exotérmico.
2.
En una reacción de neutralización, cuando las proporciones de ácido y base son diferentes, al momento dela reacción la temperatura es mayor respecto a una reacción en la que el ácido y la base está en iguales proporciones.
3.
El uso incorrecto de ciertos instrumentos, tales como el termómetro mal lavado, la agitación en exceso o por defecto con la varilla de vidrio, o incluso la incorrecta medición con la bureta; pudieron incidir en la reacción, y hacer no fuera completa o que las temperaturas tomadas en los tiempos dados no correspondieran a la temperatura de la reacción.
4.
Se tuvieron algunos problemas experimentales los cuales se le atribuyeron a que las soluciones no estaban estandarizadas y no se tiene la certeza de las concentraciones.
'
+
*
