INDICE I.
Resumen
II.
Prin rincip cipios Te Teóricos
III. III.
Proced ocedim imie ien nto expe experi rim menta entall
IV. IV.
Tabulac abulación ión de datos datos y resul resultad tados os exper experime imenta ntales les
V.
Cálc Cálcul ulos os y ejem ejempl plos os de cálc cálcul ulos os
VI.
Discu scusión de de re resul sultados
VII.
Conclusiones
VIII.
p!ndice ". #oja #oja de de rep repor orte te $. Cues Cuesti tion onar ario io
I%.
&iblio'ra()a
1
I. RE*+,EN -a nalidad de esta práctica experimental (ue la determinación del cambio t!rmico/ 0ue se manieste en todas las reacciones 0u)micas. Para ello/ en primer lu'ar/ se determino la capacidad calor)ca de un calor)metro/ mediante un m!todo 0ue consta en tomar temperaturas de cierta cantidad de a'ua/ me1clándose con otro de i'ual cantidad/ pero se distinta temperatura y con ello calculamos una capacidad calor)ca experimental de todo el sistema 0ue es 2"3.33 cal45C. -ue'o se determinó el calor de neutrali1ación entre una solución de 6idróxido de sodio y otra de ácido clor6)drico de normalidad conocida/ pero ree7aluada para conocer su concentración exacta/ para usarlas en el calor)metro ya e7aluado/ reportaron un calor de neutrali1ación experimental 2.$38cal4mol. Este calor de neutrali1ación 6allado demostró 0ue este tipo de reacciones/ es exot!rmica.
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II.
PRINCIPI9* TE:RIC9*
TERMOQUIMICA
Rama de la ;u)mica ()sica 0ue estudia los e(ectos calor)cos 0ue acompa
?5C. @ bajo una atmós(era de presión. El calor de atomi1ación es un 7alor del contenido ener'!tico de un compuesto/ as) como el calor de (ormación nos da su contenido de calor. A"B
CALOR DE REACCION 3
Todas las reacciones 0u)micas 7an acompa
;perdido=;'anado ;=mCeT DondeF ,F masa de sustancia CeF calor espec)co de la sustancia TF cambio de temperatura de la sustancia CALOR DE NEUTRALIZACION Es el calor producido en la reacción de neutrali1ación de un mol de ácido/ en solución acuosa/ por un mol de una base tambi!n en solución. Este e(ecto t!rmico tampoco es constante para un mismo par ácidobase/ sino 0ue depende de la concentración y sólo toma un 7alor sensiblemente i'ual cuando se opera con disoluciones diluidas. Cuando se trata de una reacción de bases (uertes ANa9#/ G9#...B con ácidos (uertes A#Cl/ #N93B el calor de reacción es independiente de la naturale1a de dic6os componentes/ ya 0ue/ al 6allarse tanto !stos como las sales (ormadas disociados/ la reacción 0ue tiene lu'ar es.
OH- + H+ = H2O;ΔHo298 = -57,27 k!"o#-$
4
III.
PR9CEDI,IENT9 E%PERI,ENT-
$% C&'&()*&* (&#o(& *.# C&#o"./o%
a. rme el e0uipo 0ue se muestra en la 'ura2 .
b. Colo0ue ">? m- de a'ua de ca
c. Tome las temperaturas exactas de ambas a'uas/ e inmediatamente abra la lla7e de la pera y deje caer el a'ua 6elada/ mida la temperatura cada "? se'undos a'itando constantemente/ anote la temperatura cuando esta tome un 7alor constante.
i'. 2
5
$. D./.")0&()10
*.# (&#o *. 0./&#)3&()10 4o#()o0.4 *. N&OH&(6 = ,2N HCL&(6 =%8N
.0/.
a. Determine las concentraciones exactas de ambas soluciones/ 7alorando la base con bi(talato de potasio y el ácido con la base. Calcule las concentraciones corre'idas.
b. Calcule os 7olJmenes de las soluciones de 6idróxido y de ácido necesarios para producir la neutrali1ación/ tales 0ue sumados de 3?? m- Ause las concentraciones en aB c. *ecar por completo el (rasco termo y colocar en este/ el 7olumen de base calculado/ y en la pera el 7olumen de ácido. ,ida las temperaturas exactas de ambas soluciones/ deje caer el ácido sobre la base/ y mida la temperatura como en la 'ura 2.
IV.
T&+-CI:N DE DT9* @ RE*+-TD9* E%PERI,ENT-E*
T&#& $: Co0*)()o0.4 *. L&o&/o)o P (mmHg)
T (ºC)
HR
756
23
96%
6
T&#& 2: D&/o4 T.o)(o4
Calor especifico del agua (cal/g°C) 0!!"#!
Calor de neutralización (kcal/mol) del agua 13
T&#& : D&/o4 I0)()&#.4 *.# && T inical del agua fr$a(°C) &'°C
T inicial del agua %elada 11.6°C
T&#& : D&/o4 o/.0)*o4 .0 #& ".3(#& *.# && Tiempo (s)
iftalato de potasio 0.2643
inicial 5 10 15 20 25 * gastado +a,H (m-) 7,2 mL
Temperatura (°C) 22.5 19.5 17 15 15 15 .ndicador
*irae
Fenolftaleína
Incoloro- !ro"ella
T&#& 5: D&/o4 o/.0)*o4 .0 #& <&#o&()10 *. #& 4o#()10 *. N&OH
7
T&#& : D&/o4 o/.0)*o4 .0 #& <&#o&()10 *. #& 4o#()10 *. HCL *%cl (m-) 3
* gastado +a,H (m-) 11.2
.ndicador
*irae
Fenolftaleína
Incoloro- !ro"ella
T&#& 7: D&/o4 )0)()&#.4 *. #&4 4o#()o0.4 T del +a,H
T del HC-
24.1°C
25°C
T&#& 7: D&/o4 o/.0)*o4 .0 #& 0./&#)3&()10
Tiempo (s) inicial 5 10 15 20 25
Temperatura (°C) 24.3 25.2 26.5 26.7 26.7 26.7
8
V.
CK-C+-9*
$% C&#(#o4 *. #&4 0o"&#)*&*.4 (o.)*&4 &% >&& .# N&OH
*e trabajó con Na9# AL?.$ NB para esto se utili1ó el bi(talato de potasio 0ue peso ?.$M23 '.
P e0 A&#GB = $?2.$$ ' 4 e0 E; A&#GB = E; ANa9#B ?.$M23 '
= Na9#
A$?2/$$H'4e0BA"?.$x"?3-B N Na9#= ?."H N % C&#(#o *. #& 0o"&#)*&* *. HCL
*e tomo una al)cuota de 3 m- con el indicador 0ue en este caso (ue la (enol(tale)na y se 7aloro con el Na9# usando su normalidad corre'ida.
N #Cl = ?."H A"".$m-B A3m-B N #Cl = ?.O V Na9# V #Cl = 3?? m N Na9# A3?? Q V #Cl B = N #Cl V #C-
A?."HBA?.3-B Q A?."HBAV #ClB = A?.OBAV #ClB V#Cl = M".3M$m-
9
Donde Rempla1ando los 7alores respecti7os tenemos como resultadoF V Na9# L $3H.M3 m-
2% C&'&()*&* (&#o(& *.# 4)4/."&
V=">? m,= ">? ' Ce Aa'uaB = ?.H> cal4'5CS. A"B Te Atemperatura en e0uilibrioB = ">5C T6 Atemperatura del 6ieloB = "".M 5C T( Atemperatura del a'ua (r)aB = $35C
">? ' x ?.H> cal4'5C A">5C"".M5CB = C A$35C ">5CB C = M3.MM cal45C Capacidad calor)ca del sistemaF
C = C mCe C= M3.MM cal45C ">?'x?.H> cal4'5C C= $"3.2> cal 45C
% C&#(#o *.# (&#o *. 0./&#)3&()10
10
n = ?."H $3H.M3m- = ?.?2$ moles A numero e0ui7alente del acido o baseB T$ = $M.O 5C T"= $2.>> 5C
Q= C T2-T$6 ? 0 Q= $"3.2> cal 45C A$M.O 5C$2.>> 5CB 4?.?2$ mol Q= $97%78 Q= $%7k(&#?"o#
Experimental ="?.O?8cal4mol Teorico = "38cal 4mol
A@o& @&##&"o4 .# 'o(.0/&. *. .o U ERR= AVtVexpB4Vt x"?? UErr = A"38cal4mol "?.O?8cal4molB 4"38cal4mol x"?? UErr = "O.O?U
VI.
DI*C+*I:N DE RE*+-TD9*
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•
•
•
•
El 7alor experimental de la entalp)a de neutrali1ación es de "?.O? Gcal4mol/con lo cual al compararlo con el 7alor teórico produce un error de "O.O?U Esta ci(ra tan ele7ada de error es debido a muc6os (actores 0ue inWuyeran en la práctica como son las condiciones en 0ue se trabajo. Como por ejemplo almomento de 6allar la concentración del #Cl se acabo la solución de Na9# 0ue preparamos y tu7imos 0ue utili1ar otra solución de la cual n o sab)amos con exactitud su concentración. Debido a 0ue el porcentaje de error (ue alto el cual nos indica 0ue las condiciones al cual se trabajó no (ueron las más óptimas/ las cuales pueden ser por tomar mal la lectura del termómetro/ las mediciones de 7olJmenes no (ueron correctas. En el e0uipo al momento de reali1ar la experiencia debe ser cona'itación 7i'orosa constantemente para tener un mayor con tacto entre las sustancias.
12
VII. C9NC-+*I9NE*
•
•
•
•
En el proceso de intercambio calor)co no 6ay trans(ormación de una (orma dela ener')a en otraF una parte de la ener')a interna del cuerpo caliente se transmite al cuerpo (rio. En la neutrali1ación de un ácido (uertemente ioni1ado A*olución diluidaB por una base (uertemente ioni1ada trae como consecuencia el calor deneutrali1ación 0ue no depende del ácido ni de la base. -a 7ariación de entalp)a de una reacción 0u)mica es siempre la misma independientemente del camino al tra7!s del 0ue transcurra esto es/ 0ue el calor desprendido en una reacción 0u)mica es constante e independiente de 0ue la reacción se realice en una o más etapas. En el laboratorio/ por ejemplo/ con (recuencia las reacciones se reali1an en 7asos de precipitados/ matraces o tubos de ensayo/ 0ue permanece abierto a los alrededores y / por lo tanto / su presión aproximada es de una atmós(era. Para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante un proceso a presión constante / los 0u)micos utili1an una propiedad denominada Entalp)a 0ue se representa por la letra X#Y
13
BIII%A>ENDICE $% C.4/)o0&)o $%$ M.*)&0/. *o4 .."'#o4 .'#). #& #. *. @.44
$%2 Q. *)..0()& .)4/. .0/. #o4 (&#o.4 *. 4o#()10 *. *)#()10 .".'#o4:
-a di(erencia de estos calores Aentalp)aB radica justamente en 0ue uno es de solucionF una sustancia pura se DI*+E-VE en un l)0uido apropiado Asol7enteB mientras 0ue el calor de dilución seria el calor liberado Ao 0ue 6aya 0ue entre'arB para DI-+IR una solución/ esto es bajar su concentración. Ejemplo de calor de solucionF
14
Ejemplo de calor de diluciónF
$% D.0)()o0 : •
ProcesoF Procesamiento o conjunto de operaciones a 0ue se somete una cosa para elaborarla o trans(ormarla.
•
C&")o *. .4/&*o: E7olución de la materia entre
7arios estados de a're'ación sin 0ue ocurra un cambio en su composición. •
E0.& )0/.0&: es una (unción de estado/ pues puede
expresarse mediante una ecuación o mediante una 'ráca/ pero siempre 7a a tener un 7alor en cual0uier punto pues cambia en una (orma predecible. •
>o(.4o4 .<.4)#. . ).<.4)#.4F *e tiene un
sistema en e0uilibrio termodinámicoF una masa m de 'as real encerrado en un dispositi7o cil)ndrico Acuyas paredes laterales son aislantes t!rmicos mientras 0ue el piso es conductorB y un !mbolo 0ue mantiene un 7olumen V/ 15
dentro del cual el 'as se encuentra a una presión p y una temperatura T/ los 0ue se mantienen constantes con el tiempo. En la base del cilindro 6ay una (uente de calor para mantener la temperatura.
I%.
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6ttpF44[[[.biblioteca.upibi.ipn.mx4rc6i7os4,aterial U$?Didactico4ntolo'UC3UDa\TermodinUC3U"mica.pd( 6ttpF446yperp6ysics.p6yastr.'su.edu46basees4t6ermo4inten'.6tml 6ttpF44es.[i8ipedia.or'4[i8i4Termo0uUC3UDmica 6ttpF441ona0uimica.blo'spot.com4$?"?4?M4calordedisolucionyde dilucion.6tml 6ttpF441ona0uimica.blo'spot.com4$?"?4?M4calordedilucion.6tml 6ttpF44[[[.'eocities.[s4todolostrabajossallo4co$.pd(
16
