CALOR DE REACCION

CAMBIO DE ENTALPIA PARA ALGUNAS REACCIONES Ley DE HESS

1- OBJETIVOS 10486971048697Ilustrar como se manifiestan los cambios quiacutemicos de entalpiacutea en

algunos procesos tanto fiacutesicos como quiacutemicos 10486971048697Determinar experimentalmente los cambios de entalpiacutea para tres

reacciones y con base en los valores obtenidos demostrar las Ley de Hess

2- ANTECEDENTES En la mayoriacutea de los procesos fiacutesicos y quiacutemicos de las sustancias hay intercambios energeacuteticos entre ellas y los alrededores los cuales se manifiestan en forma de calor liberado o absorbido Los procesos donde ocurre liberacioacuten de calor en donde el estado final tiene un contenido de energiacutea menor que el inicial se dice que el proceso es exoteacutermico

HΔ = Hf - Hi lt 0

HΔ es negativo Por el contrario si en el proceso ocurre una absorcioacuten de calor el estado final tiene un contenido energeacutetico mayor que el inicial En este caso el proceso es endoteacutermico

HΔ = Hf - Hi gt 0

HΔ es positivo En esta praacutectica determinaremos los cambios de entalpiacutea para tres reacciones exoteacutermicas midiendo los cambios de temperatura que ocurren cuando se llevan a cabo las reacciones respectivas Para efectuar las medidas y los caacutelculos respectivos se hace necesario ciertas aproximaciones Asumimos que el calor de reaccioacuten solo se usa para incrementar la temperatura de la solucioacuten acuosa y por lo tanto nada de este calor se pierde en calentar el caloriacutemetro (esto no es del todo cierto ya que depende del material de que estaacute hecho) Consideraremos tambieacuten que el calor requerido para elevar la temperatura de un mililitro de solucioacuten es el mismo que el calor requerido para producir la misma elevacioacuten de temperatura en un gramo de agua Esta es vaacutelida ya que estamos trabajando con soluciones acuosas diluidas La unidad mas utilizada en quiacutemica para medir la energiacutea caloacuterica en la caloriacutea Esta es el calor que hay que proporcionarle a un gramo de agua para hacer que aumente su temperatura en un grado centiacutegrado Asiacute si conocemos el peso de una cantidad de agua (o solucioacuten diluida) y su temperatura inicial podemos faacutecilmente determinar que cantidad de calor ganoacute o perdioacute el agua al aumentar su temperatura o disminuir en una cierta magnitud

Q = m Cp ΔT

donde Q = calor a presioacuten constante m = masa de agua

Cp = capacidad caloriacutefica del agua = 1 calg

OC ΔT = Temperatura final - Temperatura inicial

Vamos a trabajar con HCl Es un compuesto covalente polar que existe como gas a condiciones ambientales Se disuelve raacutepidamente al ponerlo en contacto con el agua pero en el proceso de disolucioacuten reacciona

irreversiblemente con el agua originando iones de hidronio H3O+ e iones

Cl- como se ve en la siguiente ecuacioacuten

H2O

HCl (g) + H2O (l) 10486971048697104869710486971048697H3O+ (acuoso) + Cl- (acuoso)

La solucioacuten acuosa de los iones originados en la reaccioacuten anterior es lo que se llama aacutecido clorhiacutedrico Hay reacciones en la que es difiacutecil determinar en forma experimental los cambios de entalpiacutea Un ejemplo de ello es el calor de combustioacuten del grafito para producir CO es imposible medirlo ya que siempre se produce CO2 como un subproducto de la reaccioacuten a pesar de usar cantidades

estequiomeacutetricas requeridas para el grafito y el oxiacutegeno para producir CO C (grafito) + frac12 O2 1048697104869710486971048697104869710486971048697CO

La aplicacioacuten de la Ley de Hess nos permite la determinacioacuten directa de los cambios de entalpiacutea en aquellas reacciones en las cuales es difiacutecil o imposible medirlos directamente La Ley de Hess nos dice que el cambio de entalpiacutea para cualquier reaccioacuten quiacutemica es constante independientemente de siacute la reaccioacuten ocurre en una o en varias etapas Asiacute conocemos los cambios de entalpiacutea para diversa etapas de la reaccioacuten la suma algebraica nos da necesariamente la entalpiacutea para la reaccioacuten final Tambieacuten por resta algebraica se puede calcular la entalpiacutea de una de las etapas del proceso si conocemos la entalpiacutea total del mismo

C (grafito) + frac12 O2 10486971048697104869710486971048697CO 1ordfetapaΔH1CO + frac12 O 2 10486971048697104869710486971048697104869710486971048697 CO 2S 2ordf etapa ΔH 2

CO + O2 10486971048697104869710486971048697CO2 Reaccioacuten final ΔH3Mencionamos anteriormente que era imposible determinar experimentalmente el cambio de entalpiacutea para la combustioacuten del grafito en la produccioacuten de CO Pero es muy faacutecil medir los calores de la combustioacuten completa al CO2 para el Co y para el grafito (ΔH2 y ΔHt respectivamente)

basta con asegurarse de que hay exceso de oxiacutegeno para obtener el uacutenico producto de la reaccioacuten como es el bioacutexido de carbono Asiacute indirectamente podemos calcular el cambio de entalpiacutea para la combustioacuten incompleta del grafito a CO

ΔH1 = ΔHt - ΔH2La entalpiacutea a presioacuten y volumen constante es igual al calor molar

ΔH = Q n donde n = moles de la sustancia 3- MATERIALES Y REACTIVOS Balanza digital o de platillo NaOH en lentejas

Caloriacutemetro Solucioacuten de NaOH 050 M Probetas de 100 ml Solucioacuten de HCl 050 M

Termoacutemetro de 0ndash100 oC o de 0ndash50 oC Vidrio reloj 4- PROCEDIMIENTO Reaccioacuten 1 El hidroacutexido de sodio soacutelido se disuelve en agua para formar una solucioacuten acuosa de iones sodio e iones hidroacutexidos H2O

NaOH (s) 10486971048697104869710486971048697Na + (acuoso) + OH- (acuoso) nabla H 1Use agua que tenga una temperatura esteacute uno o dos grados por debajo de la temperatura ambiente

1 Mida 100 ml con la probeta de dicha agua y agreacuteguela al caloriacutemetro

2 Pese unos 2 g de hidroacutexido de sodio por diferencia (pesar raacutepidamente para que no se hidrate el hidroacutexido)

3 Medir la temperatura del agua en el caloriacutemetro anoacutetela ahora agregue el hidroacutexido al vaso

4 Agite suavemente con el termoacutemetro hasta disolucioacuten del soluto Observe y anote la temperatura mayor alcanzada durante el proceso de disolucioacuten

5 Neutralice la solucioacuten y enjuague el vaso y el termoacutemetro antes de seguir con el paso 2

Reaccioacuten 2

El hidroacutexido de sodio soacutelido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico diluido para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

NaOH (s) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 10486971048697104869710486971048697Na+ (ac) + Cl- (ac) + 2H2O

ΔH2

El procedimiento es el mismo que el de la reaccioacuten 1 a excepcioacuten de que en vez de 100 ml de agua se utilizan 100 ml de aacutecido clorhiacutedrico 05 M Deseche la solucioacuten y enjuague al vaso para la tercera reaccioacuten

Reaccioacuten 3

La solucioacuten acuosa de hidroacutexido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

Na+ (ac) + OH- (acuoso) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 1048697104869710486971048697Na+ (ac) +

Cl- (ac) + 2 H2O ΔH3 1 Medir 50 ml de aacutecido 05 M y coloacutequelos en el caloriacutemetro 2 Mida 50 ml de hidroacutexido y coloacutequelos en un vaso limpio 3 Mida la temperaturas de estas dos soluciones que deben ser

aproximadamente iguales

4 Use el mismo termoacutemetro para las dos soluciones limpiaacutendolo con agua y secarlo

5 Leer las temperatura y anoacutetelas en su hoja de datos 6 Vierta la solucioacuten del hidroacutexido al aacutecido y agite con el termoacutemetro

mida la temperatura mas alta alcanzada durante la reaccioacuten y anoacutetela en su hoja de caacutelculo

5- DATOS Reaccioacuten 1 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccioacuten 2 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ Reaccioacuten 3 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ 6-PREGUNTAS 1- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el (ΔH1)

cambio de entalpiacutea para la reaccioacuten I en Kcal mol de hidroacutexido disuelto

Q H2O = -Qx = mCp T Cp del agua = 1 calgoC ΔH = QN

2- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el cambio de entalpiacutea ΔH2 para la reaccioacuten 2 en Kcalmol de hidroacutexido disuelto

3- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcule el cambio de entalpiacutea ΔH3 para la reaccioacuten 3 en Kcalmol de NaCl acuoso formado

4- Con base en las tres reacciones anteriores y sus respectivos cambios de entalpiacutea demuestre la aplicabilidad de la Ley de Hess tal como se hizo para las tres reacciones de combustioacuten en la seccioacuten de antecedentes

5- A partir de los respectivos cambios de entalpiacutea a 25oC para las siguientes reacciones de combustioacuten calcule el cambio de entalpiacutea para

la formacioacuten de un mol de metanoCH4 gaseoso a 25oC a partir de los

elementos C soacutelido e H2 gaseoso

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH1 = -2128

KcalC (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH2 = -941Kcal

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) ΔH3 = - 1366 Kcal

Montaje para determinar el calor de reaccioacuten

Cp = capacidad caloriacutefica del agua = 1 calg

OC ΔT = Temperatura final - Temperatura inicial

Vamos a trabajar con HCl Es un compuesto covalente polar que existe como gas a condiciones ambientales Se disuelve raacutepidamente al ponerlo en contacto con el agua pero en el proceso de disolucioacuten reacciona

irreversiblemente con el agua originando iones de hidronio H3O+ e iones

Cl- como se ve en la siguiente ecuacioacuten

H2O

HCl (g) + H2O (l) 10486971048697104869710486971048697H3O+ (acuoso) + Cl- (acuoso)

La solucioacuten acuosa de los iones originados en la reaccioacuten anterior es lo que se llama aacutecido clorhiacutedrico Hay reacciones en la que es difiacutecil determinar en forma experimental los cambios de entalpiacutea Un ejemplo de ello es el calor de combustioacuten del grafito para producir CO es imposible medirlo ya que siempre se produce CO2 como un subproducto de la reaccioacuten a pesar de usar cantidades

estequiomeacutetricas requeridas para el grafito y el oxiacutegeno para producir CO C (grafito) + frac12 O2 1048697104869710486971048697104869710486971048697CO

La aplicacioacuten de la Ley de Hess nos permite la determinacioacuten directa de los cambios de entalpiacutea en aquellas reacciones en las cuales es difiacutecil o imposible medirlos directamente La Ley de Hess nos dice que el cambio de entalpiacutea para cualquier reaccioacuten quiacutemica es constante independientemente de siacute la reaccioacuten ocurre en una o en varias etapas Asiacute conocemos los cambios de entalpiacutea para diversa etapas de la reaccioacuten la suma algebraica nos da necesariamente la entalpiacutea para la reaccioacuten final Tambieacuten por resta algebraica se puede calcular la entalpiacutea de una de las etapas del proceso si conocemos la entalpiacutea total del mismo

C (grafito) + frac12 O2 10486971048697104869710486971048697CO 1ordfetapaΔH1CO + frac12 O 2 10486971048697104869710486971048697104869710486971048697 CO 2S 2ordf etapa ΔH 2

CO + O2 10486971048697104869710486971048697CO2 Reaccioacuten final ΔH3Mencionamos anteriormente que era imposible determinar experimentalmente el cambio de entalpiacutea para la combustioacuten del grafito en la produccioacuten de CO Pero es muy faacutecil medir los calores de la combustioacuten completa al CO2 para el Co y para el grafito (ΔH2 y ΔHt respectivamente)

basta con asegurarse de que hay exceso de oxiacutegeno para obtener el uacutenico producto de la reaccioacuten como es el bioacutexido de carbono Asiacute indirectamente podemos calcular el cambio de entalpiacutea para la combustioacuten incompleta del grafito a CO

ΔH1 = ΔHt - ΔH2La entalpiacutea a presioacuten y volumen constante es igual al calor molar

ΔH = Q n donde n = moles de la sustancia 3- MATERIALES Y REACTIVOS Balanza digital o de platillo NaOH en lentejas

Caloriacutemetro Solucioacuten de NaOH 050 M Probetas de 100 ml Solucioacuten de HCl 050 M

Termoacutemetro de 0ndash100 oC o de 0ndash50 oC Vidrio reloj 4- PROCEDIMIENTO Reaccioacuten 1 El hidroacutexido de sodio soacutelido se disuelve en agua para formar una solucioacuten acuosa de iones sodio e iones hidroacutexidos H2O

NaOH (s) 10486971048697104869710486971048697Na + (acuoso) + OH- (acuoso) nabla H 1Use agua que tenga una temperatura esteacute uno o dos grados por debajo de la temperatura ambiente

1 Mida 100 ml con la probeta de dicha agua y agreacuteguela al caloriacutemetro

2 Pese unos 2 g de hidroacutexido de sodio por diferencia (pesar raacutepidamente para que no se hidrate el hidroacutexido)

3 Medir la temperatura del agua en el caloriacutemetro anoacutetela ahora agregue el hidroacutexido al vaso

4 Agite suavemente con el termoacutemetro hasta disolucioacuten del soluto Observe y anote la temperatura mayor alcanzada durante el proceso de disolucioacuten

5 Neutralice la solucioacuten y enjuague el vaso y el termoacutemetro antes de seguir con el paso 2

Reaccioacuten 2

El hidroacutexido de sodio soacutelido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico diluido para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

NaOH (s) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 10486971048697104869710486971048697Na+ (ac) + Cl- (ac) + 2H2O

ΔH2

El procedimiento es el mismo que el de la reaccioacuten 1 a excepcioacuten de que en vez de 100 ml de agua se utilizan 100 ml de aacutecido clorhiacutedrico 05 M Deseche la solucioacuten y enjuague al vaso para la tercera reaccioacuten

Reaccioacuten 3

La solucioacuten acuosa de hidroacutexido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

Na+ (ac) + OH- (acuoso) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 1048697104869710486971048697Na+ (ac) +

Cl- (ac) + 2 H2O ΔH3 1 Medir 50 ml de aacutecido 05 M y coloacutequelos en el caloriacutemetro 2 Mida 50 ml de hidroacutexido y coloacutequelos en un vaso limpio 3 Mida la temperaturas de estas dos soluciones que deben ser

aproximadamente iguales

4 Use el mismo termoacutemetro para las dos soluciones limpiaacutendolo con agua y secarlo

5 Leer las temperatura y anoacutetelas en su hoja de datos 6 Vierta la solucioacuten del hidroacutexido al aacutecido y agite con el termoacutemetro

mida la temperatura mas alta alcanzada durante la reaccioacuten y anoacutetela en su hoja de caacutelculo

5- DATOS Reaccioacuten 1 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccioacuten 2 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ Reaccioacuten 3 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ 6-PREGUNTAS 1- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el (ΔH1)

cambio de entalpiacutea para la reaccioacuten I en Kcal mol de hidroacutexido disuelto

Q H2O = -Qx = mCp T Cp del agua = 1 calgoC ΔH = QN

2- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el cambio de entalpiacutea ΔH2 para la reaccioacuten 2 en Kcalmol de hidroacutexido disuelto

3- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcule el cambio de entalpiacutea ΔH3 para la reaccioacuten 3 en Kcalmol de NaCl acuoso formado

4- Con base en las tres reacciones anteriores y sus respectivos cambios de entalpiacutea demuestre la aplicabilidad de la Ley de Hess tal como se hizo para las tres reacciones de combustioacuten en la seccioacuten de antecedentes

5- A partir de los respectivos cambios de entalpiacutea a 25oC para las siguientes reacciones de combustioacuten calcule el cambio de entalpiacutea para

la formacioacuten de un mol de metanoCH4 gaseoso a 25oC a partir de los

elementos C soacutelido e H2 gaseoso

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH1 = -2128

KcalC (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH2 = -941Kcal

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) ΔH3 = - 1366 Kcal

Montaje para determinar el calor de reaccioacuten

Caloriacutemetro Solucioacuten de NaOH 050 M Probetas de 100 ml Solucioacuten de HCl 050 M

Termoacutemetro de 0ndash100 oC o de 0ndash50 oC Vidrio reloj 4- PROCEDIMIENTO Reaccioacuten 1 El hidroacutexido de sodio soacutelido se disuelve en agua para formar una solucioacuten acuosa de iones sodio e iones hidroacutexidos H2O

NaOH (s) 10486971048697104869710486971048697Na + (acuoso) + OH- (acuoso) nabla H 1Use agua que tenga una temperatura esteacute uno o dos grados por debajo de la temperatura ambiente

1 Mida 100 ml con la probeta de dicha agua y agreacuteguela al caloriacutemetro

2 Pese unos 2 g de hidroacutexido de sodio por diferencia (pesar raacutepidamente para que no se hidrate el hidroacutexido)

3 Medir la temperatura del agua en el caloriacutemetro anoacutetela ahora agregue el hidroacutexido al vaso

4 Agite suavemente con el termoacutemetro hasta disolucioacuten del soluto Observe y anote la temperatura mayor alcanzada durante el proceso de disolucioacuten

5 Neutralice la solucioacuten y enjuague el vaso y el termoacutemetro antes de seguir con el paso 2

Reaccioacuten 2

El hidroacutexido de sodio soacutelido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico diluido para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

NaOH (s) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 10486971048697104869710486971048697Na+ (ac) + Cl- (ac) + 2H2O

ΔH2

El procedimiento es el mismo que el de la reaccioacuten 1 a excepcioacuten de que en vez de 100 ml de agua se utilizan 100 ml de aacutecido clorhiacutedrico 05 M Deseche la solucioacuten y enjuague al vaso para la tercera reaccioacuten

Reaccioacuten 3

La solucioacuten acuosa de hidroacutexido reacciona con el aacutecido clorhiacutedrico para generar una solucioacuten acuosa de cloruro de sodio y agua

Na+ (ac) + OH- (acuoso) + H3O+ (ac) + Cl- (ac) 1048697104869710486971048697Na+ (ac) +

Cl- (ac) + 2 H2O ΔH3 1 Medir 50 ml de aacutecido 05 M y coloacutequelos en el caloriacutemetro 2 Mida 50 ml de hidroacutexido y coloacutequelos en un vaso limpio 3 Mida la temperaturas de estas dos soluciones que deben ser

aproximadamente iguales

4 Use el mismo termoacutemetro para las dos soluciones limpiaacutendolo con agua y secarlo

5 Leer las temperatura y anoacutetelas en su hoja de datos 6 Vierta la solucioacuten del hidroacutexido al aacutecido y agite con el termoacutemetro

mida la temperatura mas alta alcanzada durante la reaccioacuten y anoacutetela en su hoja de caacutelculo

5- DATOS Reaccioacuten 1 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccioacuten 2 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ Reaccioacuten 3 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ 6-PREGUNTAS 1- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el (ΔH1)

cambio de entalpiacutea para la reaccioacuten I en Kcal mol de hidroacutexido disuelto

Q H2O = -Qx = mCp T Cp del agua = 1 calgoC ΔH = QN

2- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el cambio de entalpiacutea ΔH2 para la reaccioacuten 2 en Kcalmol de hidroacutexido disuelto

3- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcule el cambio de entalpiacutea ΔH3 para la reaccioacuten 3 en Kcalmol de NaCl acuoso formado

4- Con base en las tres reacciones anteriores y sus respectivos cambios de entalpiacutea demuestre la aplicabilidad de la Ley de Hess tal como se hizo para las tres reacciones de combustioacuten en la seccioacuten de antecedentes

5- A partir de los respectivos cambios de entalpiacutea a 25oC para las siguientes reacciones de combustioacuten calcule el cambio de entalpiacutea para

la formacioacuten de un mol de metanoCH4 gaseoso a 25oC a partir de los

elementos C soacutelido e H2 gaseoso

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH1 = -2128

KcalC (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH2 = -941Kcal

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) ΔH3 = - 1366 Kcal

Montaje para determinar el calor de reaccioacuten

4 Use el mismo termoacutemetro para las dos soluciones limpiaacutendolo con agua y secarlo

5 Leer las temperatura y anoacutetelas en su hoja de datos 6 Vierta la solucioacuten del hidroacutexido al aacutecido y agite con el termoacutemetro

mida la temperatura mas alta alcanzada durante la reaccioacuten y anoacutetela en su hoja de caacutelculo

5- DATOS Reaccioacuten 1 Temperatura inicial __________ Temperatura final __________ Reaccioacuten 2 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ Reaccioacuten 3 Temperatura inicial __________

Temperatura final __________ 6-PREGUNTAS 1- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el (ΔH1)

cambio de entalpiacutea para la reaccioacuten I en Kcal mol de hidroacutexido disuelto

Q H2O = -Qx = mCp T Cp del agua = 1 calgoC ΔH = QN

2- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcular el cambio de entalpiacutea ΔH2 para la reaccioacuten 2 en Kcalmol de hidroacutexido disuelto

3- Calcular el calor liberado en la reaccioacuten en caloriacuteas Calcule el cambio de entalpiacutea ΔH3 para la reaccioacuten 3 en Kcalmol de NaCl acuoso formado

4- Con base en las tres reacciones anteriores y sus respectivos cambios de entalpiacutea demuestre la aplicabilidad de la Ley de Hess tal como se hizo para las tres reacciones de combustioacuten en la seccioacuten de antecedentes

5- A partir de los respectivos cambios de entalpiacutea a 25oC para las siguientes reacciones de combustioacuten calcule el cambio de entalpiacutea para

la formacioacuten de un mol de metanoCH4 gaseoso a 25oC a partir de los

elementos C soacutelido e H2 gaseoso

CH4 (g) + 2 O2 (g) CO2 (g) + 2 H2O (l) ΔH1 = -2128

KcalC (s) + O2 (g) CO2 (g) ΔH2 = -941Kcal

2 H2 (g) + O2 (g) 2 H2O (l) ΔH3 = - 1366 Kcal

Montaje para determinar el calor de reaccioacuten

Montaje para determinar el calor de reaccioacuten