informe oficial fiqui termo
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Facultad de Química e Ingeniería Química
DEPARTAMENTO ACADEMICO DE FISICOQUIMICA
Laboratorio de Fisicoquímica AI
TERMOQUÍMICAPROFESOR: VICTOR GARCIA
ALUMNO: GOMEZ RAMOS, JUAN RODOLFO 13070040
PINEDO TAQUIA, ALDEIR 13070092
DECHA DE REALIZACIONDE LA PRÁCTICA: 11-09-2014
FECHA DE ENTREGA DE INFORME: 18-09-2014
LIMA-PERÚ
2014-II
UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS
JUE11FQIA
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
RESUMEN
El objetivo de esta experiencia es saber cómo determinar la capacidad calorífica de un calorímetro, la temperatura de equilibrio que alcanza una reacción de neutralización y consecuentemente hallar el calor que se libera en dicha reacción.
Las condiciones a las que se produjo la experiencia fueron:
Tambiente = 20°C Patmosférica = 750mmHg % Humedad relativa =95%
Para esta experiencia se usó el método calorimétrico que consta en tomar temperaturas de cierta cantidad de agua, mezclándose con otro de igual cantidad, pero de distinta temperatura y con ello calculamos una capacidad calorífica experimental del calorímetro de 76.74 cal/ºC con un porcentaje de error de 4% con respecto al valor teorico que es 80 cal/°C.
Se determino el calor cedido por la reacción de neutralización que experimentalmente fue 16.682 Kcal/mol con un porcentaje de error del 21% con respecto al tóorico 13.7 Kcal/mol.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
INTRODUCCIÓN
Nos enfrentamos a un problema global que incluye la escases de energía; poco se habla de las energías generadas por las reacciones químicas aspecto que involucra al Ingeniero Químico ya que este trabajará con reactores (operación unitaria donde ocurren las reacciones industriales). La termoquímica se encarga de estudiar este campo y su importancia es que nos da la idea de la espontaneidad que sufre una reacción y las energías que podríamos generar y aprovechar, la experiencia en laboratorio nos muestra que una reacción de neutralización libera calor, este calor se podrá cuantificar por medio de la variación de temperatura del sistema según los cálculos que se especificarán, para llevar a cabo esto se debe tomar un equipo aislado térmicamente a fin de poder tener datos más certeros.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
FUNDAMENTO TEÓRICO
Termoquímica
Campo de la Fisicoquímica que estudia los calores involucrados en una reacción química y/o transformación física.
Equilibrio térmico
Es el estado en el cual se igualan las temperaturas de dos cuerpos, las cuales, en sus condiciones iniciales presentaban diferentes temperaturas.
Calorímetro
Son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los
intercambios caloríficos.
El calorímetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio
de calor con el medio ambiente.
Capacidad calorífica
Es la cantidad de energía transferida a un cuerpo por la variación de temperatura de este.
Calor especifico
Cantidad de energía que se aplica a una masa para cambiar su temperatura en una unidad.
Entalpia
Es una función de estado que me indica el contenido calórico de un cuerpo, la variación de este me indica que cantidad libera o absorbe el cuerpo.
Calor de neutralización
Es la cantidad de calor que se libera cuando reacción un equivalente de un ácido con un equivalente de base.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
PROCEDIMIENTO
Capacidad calorífica del calorímetro
1. Se armó el equipo.
2. Se midió 100ml de agua del caño a 20.1°C y se introdujo en el
termo, se midió el mismo volumen de agua helada a 7.2°C la
cual se introdujo en la pera.
3. Abrir completamente la llave de la pera y dejar fluir el agua
helada, mida la temperatura cada 10 segundos, agitando
constantemente, anotar la temperatura cuando esta tome un
valor constante.
Calor de Neutralización de solución 0.2 N de NaOH con
solución 0.8N de HCl
1. Determine las concentraciones exactas de ambas soluciones
valorando la base con Biftalato de potasio y el ácido con la
base. Calcule las concentraciones corregidas.
2. Calcule los volúmenes en las soluciones de hidróxido y acido
necesarios para producir la neutralización, tales que sumados
den 200 ml (usar las concentraciones calculadas en 1).
3. Secar por completo el frasco termo y colocar el volumen de
base calculado, y en la pera el de ácido. Mida las temperaturas
exactas de ambas soluciones, deje caer el ácido sobre la base,
y mida la temperaturas cada 10 segundos hasta que el
termómetro muestre una temperatura constante.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
TABLA DE DATOS
Tabla Nº 1: Condiciones experimentales
Tabla Nº 2: Datos Teóricos
Calor específico del agua
(cal/ºC)
Calor de neutralización
(Kcal/molH2O) a 20ºC
0.99859 - 13.70
Tabla Nº 3: Datos Iniciales de las Aguas
Tabla Nº 4: Datos obtenidos en la mezcla del agua
Tiempo (seg) Temperatura (ºC)
0 20.1
10 15.4
20 14.6
30 14.7
40 14.7
50-100 14.7
Presión (mmHg) Temperatura (ºC) % Humedad
756mmHg 20°C 95%
T inicial agua fría (ºC) T inicial agua helada(ºC)
20.1 5.15
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Tabla Nº 5: Datos obtenidos en la Valoración de la solución de NaOH
W Biftalato de
potasio (g)
V gastado de
NaOH(mL)Indicador Viraje
0.4044gr 10.8mL Fenolftaleína Incoloro → grosella
Tabla Nº 6: Datos obtenidos en la Valoración de la Solución de HCl
V HCl (mL)V gastado
NaOH(mL)Indicador Viraje
3mL 13.5mL Fenolftaleína Incoloro → grosella
Tabla Nº 7: Datos iniciales de las soluciones
Temperatura NaOH(ºC) Temperatura HCl (ºC)
20.1 20.8
Tabla Nº 8: Datos obtenidos en la Neutralización
Tiempo(seg) Temperatura(°C)
0 20.1
10 22.2
20 22.2
30 22.2
40 22.2
50 22.2
60-100 22.2
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
CÁLCULOS
1) CALCULO DE LAS NORMALIDADES CORREGIDAS
A. Dilución
En laboratorio tuvimos que diluir una solución de NaOH de 4N para obtener 1L
de solución de 0.2N.
Hacemos el respectivo cálculo:
N1 x V1 = N2 x V2
V1=N 2 xV 2N 1 =0.2x 1
4=50ml
Se tomó 50ml de NaOH de 4N y lo enrasamos a 1L con agua destilada para
tener una solución de 0.2N.
B. peso de Biftalato
# Eq NaOH= # Eq Biftalato
N x V= m
Peq (bift )
Normalidad=0.2N
Volumen=10ml
Peq=204.22
m=NxVxPeq=0.4084gr
Peso teórico=0.4084gr
Peso real=0.4044gr
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
C. Normalidad corregida
Gasto de titulación de NaOH=10.8ml (Tabla Nº 5)
N=¿EqNaOHV
N=
0.4044204.2210.8
=0.183
2) CÁLCULO DE LA NORMALIDAD DEL HCl
Se tomó una alícuota de 3 ml de HCl (Tabla Nº 6) con el indicador que en este
caso fue la fenolftaleína y se valoró con el NaOH usando su normalidad
corregida.
NNaOH x VNaOH = NHCl x VHCl
NHCl =0.183 x13.5
3=0.8235
3) CALCULO DE VOLUMNES DE LAS SOLUCIONES DE HIDROXIDO Y
BASE.
VNaOH + VHCl=200ml
VNaOH= X
VHCl=200-X
#Eq ácido = #Eq base
NHCl x VHCl = NNaOH x VNaOH
0.8235x(200-X) = 0.183x(X)
X=163.64ml
Volumen de ácido=36.36ml
Volumen de base=163.64ml
4) DETERMINACIÓN DE LAS TEMPERATURAS DE EQUILIBRIO
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Tabla Nº 4: Datos obtenidos en la mezcla del agua
Tiempo (seg) Temperatura (ºC)
0 20.1
10 15.4
20 14.6
30 14.7
40 14.7
50-100 14.7
Grafica 1
EJE Y (temperatura) y EJE X(tiempo)
Temperatura constante=14.7°C
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Tabla Nº 8: Datos obtenidos en la Neutralización
Tiempo(seg) Temperatura(°C)
0 20.1
10 22.2
20 22.2
30 22.2
40 22.2
50 22.2
Grafica 2
EJE Y (temperatura) y EJE X(tiempo)
Temperatura constante=22.2°C
5) CAPACIDAD CALORÍFICA DEL SISTEMA
V = 200ml
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
m = 200 g
Ce (agua) = 0.99859 cal/gºC
Teq (Temperatura en equilibrio) = 14.7 ºC
Th (Temperatura del hielo) = 5.15 ºC
Tf (temperatura del agua fría) = 20.1 ºC
Aplicamos esta fórmula para hallar la capacidad calorífica del
calorímetro:
[ mxCex(Tf-Teq)]agua fría + [mxCex(Th-Teq)]agua helada + [C’x(Tamb-
Teq)]calorímetro=0
C’=76.74 cal/ºC
Capacidad calorífica del sistema se halla con la siguiente fórmula:
C = C' + mCe
C = 76.74 cal/ºC + 200 g (0.99859 cal/gºC) =
C= 276.458 cal/ºC6) CÁLCULO DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN
η= 0.183x163.64 mL = 0.029moles (número equivalente del ácido o de la base)
T2= 22.2 ºC(temperatura de equilibrio)
T1= 20.45 (promedio de las temperaturas del acido y base inicial)
NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H2O (l)
0.183N 0.8235 N =>n=0.029 moles
163.64 ml 36.36 ml =>n=0.029moles
Q=C (T 2−T 1)
n
Q = 276.458 cal/ºC x (22.2ºC – 20.45ºC)/ 0.029moles
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Q = 16682 cal/mol o
Q = 16.682 Kcal/mol
Calor de neutralización experimental= -16.682Kcalmol
Q teórico ≅ -13,70 Kcal/mol (tabla N°2)
Ahora hallaremos el porcentaje de error:
% Er =│ (Vt - Ve)/Vt │x100
% Er= │[-13,70 Kcal-(-16.682 Kcal)] / -13,70 Kcal│x100
%Er= 21.77%
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
TABLA DE RESULTADOS
Tabla Nº 1: Capacidad Calorífica del Sistema incluyendo el agua helada
Capacidad calorífica del sistema
(cal/ºC)
276.458 cal/ºC
Tabla Nº 2: Resultados de las valoraciones
NNaOH NHCl VNaOH VHCl
0.183N 0.183N 10.8mL 13.5mL
Tabla Nº 3: Resultados del calor de Neutralización y % de error
Calor de neutralización (Kcal/mol) % Error
-16.682 Kcal/mol 21.77%
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
DISCUSIÓN
El valor experimental de la entalpía de neutralización es de -11.59
Kcal/mol, con lo cual al compararlo con el valor teórico produce un error de
15.40%
Esta cifra tan elevada de error es debido a muchos factores que influyeran
en la práctica como son las condiciones en que se trabajó. Como por
ejemplo al momento de valorar el HCl con el NaOH, se usó demasiado
NaOH generando errores en los cálculos.
El porcentaje de error es bastante considerable, se debe considerar el
hecho de que el calorímetro no es ideal y siempre escapara cierta cantidad
de calor al ambiente. Además no se agito correctamente la mezcla dentro
del calorímetro.
Según la gráfica (1) nos muestra que al mezclar el agua helada con el agua
a temperatura ambiente, la temperatura disminuye con el tiempo hasta
alcanzar un valor constante, este valor se conoce como temperatura de
equilibrio.
En la gráfica (2), se observa que en la reacción de neutralización la
temperatura aumenta con el tiempo hasta alcanzar un valor constante, esto
se debe a que la reacción de neutralización libera calor.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
CONCLUSIONES
En el proceso de intercambio calorífico no hay transformación de una
forma de la energía en otra: una parte de la energía interna del cuerpo
caliente se transmite al cuerpo frio.
En la neutralización de un ácido fuerte por una base fuerte trae como
consecuencia el calor de neutralización que depende la formación de
moléculas de agua.
La variación de entalpía de una reacción química es siempre la misma
independientemente del camino al través del que transcurra esto es, que
el calor desprendido en una reacción química es constante e
independiente de que la reacción se realice en una o más etapas.
Existen menos posibilidades de error por pérdida de calor ya que una
vez comenzado el experimento, en ningún momento se abre la tapa del
calorímetro. La utilización de resistencias como fuente de calor impide la
disipación de calor al entorno ya que la transferencia se produce en el
termo adiabáticamente aislado. Es importante, por lo tanto, la
cronometrarían exacta del tiempo de entrega de calor, ya que de ello
depende el resultado de la capacidad calorífica del calorímetro.
ANEXOS
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Entalpía de enlace
Energía necesaria para romper un mol de enlaces entre dos átomos.
Como una reacción química es básicamente un proceso de reordenamiento de los átomos, en el que hace falta energía para romper unos enlaces y sedesprende energía en la formación de otros, cuando no es posible medir la entalpía de una reacción mediante las entalpías de formación de reactivos y productos se puede hacer a partir de las entalpías de enlace.
∆ H reacción=∑∆ H enlaces rotos−∑∆ H enlaces formados
Entalpía de reacción
La diferencia entre las entalpías de los productos y las de los reactivos, multiplicadas por los coeficientes estequiométricos.
∆ H =∑ n productos H productos−∑n reactivos H reactivos
En condiciones estándar, la variación de entalpía de una reacción se denomina entalpía estándar de reacción, y se representa por ∆ Hº.
Las condiciones estándar son: p = 1 atm; [c] = 1 M; T = 298 K
Como sólo se pueden medir variaciones de entalpía, ∆H, y no entalpías, H, hay que definir un valor de referencia: la entalpía de los elementos químicos en su forma más estable y en condiciones estándar es cero.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
CUESTIONARIO1. Explicar brevemente sobre los distintos tipos de calores
de neutralización.La variación entre los tipos de calores de neutralización radica en la concentración de las base y/o acido que se usa para la reacción, de ser la reacción una base con un ácido fuerte se podrá obtener 13.7kcal, esta constancia en la entalpía de neutralización, se entiende fácilmente cuando se recuerda que los ácidos y bases fuertes y las sales, está completamente disociados en sus soluciones diluidas; y, en tal consecuencia el efecto químico común a todas estas neutralizaciones, que es sustancialmente el único cambio responsable para el efecto térmico observado, es la unión de los iones hidratados hidrógeno e hidroxilo para formar agua no ionizada; por el contrario de ser la reacción una base fuerte con ácido débil difiere del valor constante citado a -2.9kcal, porque la formación del agua a partir de sus iones no es el único proceso químico que acompaña a la neutralización, ya que paralelamente a la combinación de los iones hidratados hidrógeno e hidroxilo, va ocurriendo la ionización de los solutos débiles.
2. Establezca la relación entre ∆H y ∆U para una reacción en fase gaseosa, y determine el ∆H y ∆U para la obtención del amoniaco a partir de sus elementos en fase gaseosa.Para una fase gaseosa, la relación entre ΔH y ΔU sería:
Donde: n= #de moles de productos gaseosos - # de moles de reactivos gaseosos Para la obtención de amoniaco tenemos la reacción: N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) Donde ΔH= -46,2 kJ/mol a 25ºC Ahora, Δn = 2 – (3+1) = -2 Como tenemos ΔH= -46,2 kJ/mol, calculamos ΔU:ΔU= ΔH - ΔnRT ΔU= -46,2 kJ/mol + 2*8.3145J/mol-K*(25 + 273.15) K
3. Indique el procedimiento a seguir para determinar ∆H de una reacción a temperaturas diferentes de la estándar.
ΔU = ΔH – ΔnRT
ΔU = -41.2 kJ/mol.
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
Se sabe que la entalpia de una reacción varía con respecto a la temperatura en la cual se produce, para poder determinar.Los cambios de entalpia de una reaccion química a partir de estándares tabulados pueden ser calculados a partir de estándares tabulados en entalpias de formación o combustión. Para una reacción a cualquier temperatura se tendrá en cuenta:
LABORATORIO DE FISICOQUIMICA I
BIBLIOGRAFIA http://www.alonsoformula.com/inorganica/_private/
Quimica2bach04cast.pdf Fisicoquimica de Castellan, 2da edición. Gastón Pons Musso, 6ta edición. GUIA DE PRACTICAS DE LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA I, para
estudiantes de ingeniería química 2006 http://fisicoquimica230med.blogspot.com/2012/10/calor-de-
neutralizacion-metodo_30.html