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Informe

2014

UNIVERSIDAD NACIONAL

FACULTAD : Ingeniería de Minas Geología y

Metalurgia

ESCUELA : Ingeniería de Minas

TEMA : calorimetría a presión constante

CURSO : Fisicoquímica

DOCENTE : Ing. YUPANQUI TORRES

ALUMNO : Chinchay Jácome Juan Carlos

CODIGO : 121. 0503.084

Huaraz, 17 de junio del 2014

CALORIMETRI A A PRESIO N

CONSTANTE

1. OBJETIVOS.

1.1. Determinar la capacidad calorífica de del calorímetro.

1.2. Determinación el calor especifico de un metal.

1.3. Determinar el calor de neutralización de ácido clorhídrico e hidróxido de sodio

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.

TERMOQUÍMICA

2.1. Nociones preliminares.

Sistema cerrado.

Permite la transferencia de la energía o calor, pero no de masa.

Sistema aislado.

Impide la trasferencia de masa y energía.

Proceso exotérmico.

Sede o transfiere un sistema el calor hacia sus alrededores.

Proceso endotérmico.

Los alrededores suministran calor al sistema.

Proceso adiabático.

Es aquel proceso en el cual no hay intercambio de calor entre el sistema y el

entorno, porque el sistema está aislado ósea trata de procesos muy rápidos.

Calor.

Es la energía transferida de un objeto caliente a otro frio; de modo que el

calor no es una función de estado.

Entalpia.

Es una propiedad extensiva, su magnitud depende de la cantidad de materia

presente, también es una función de estado, que se utiliza para tratar los

cambios térmicos de las reacciones químicas que se efectúan a presión

constante. Es imposible determinar la entalpia de una sustancia, y lo que mide

en realidad es el cambio de entalpia denotado por ( ); que es la diferencia

entre la entalpia de los productos la entalpia de los reactantes.

En forma de expresión matemática se le denota de la siguiente manera:

Donde se cumple la siguiente condición:

Si es un proceso endotérmico.

Si es un proceso exotérmico.

2.2. Definición.

Es la ciencia que estudia los cambios magnéticos en las reacciones químicas

2.3. Calorimetría.

Son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los

intercambios caloríficos también se puede decir que es un sistema aislado, de tal

manera que no permite intercambio de calor con el medio ambiente ósea sea es

un proceso adiabático.

Calor específico (Ce) de una sustancia.

Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la

temperatura de un gramo de la sustancia. Su unidad de media es (

)

Capacidad calorífica (C) de una sustancia.

Es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius la

temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Su unidad de media se

expresa en ( ⁄ ).

La relación entre la capacidad calorífica y el calor especifico de una

sustancia:

Donde:

La ecuación para calcular el cambio de calor es:

Dónde:

Tipos de calorimétricas:

Calorimetría a volumen constante.

Sirve para medir los calores de combustión de las reacciones químicas,

donde se observa que el calor liberado por la muestra es absorbido por el

agua y el calorímetro; con talque en este proceso no hay perdida de calor o

de masa hacia los alrededores, durante el tiempo que se realizan las

mediciones.

Debido a que este es un proceso adiabático se da;

{ } { }

Entonces;

( )

Se tiene las siguientes ecuaciones;

( )

( )

Dónde:

Por el cual;

Diseño estructural del calorímetro a volumen constante.

Calorimetría a presión constante.

Sirve para medir los calores de las reacciones químicas excepto los calores

de combustión, comúnmente en estos casos se encuentra los famosos

termos. Este dispositivo mide el efecto de calor de una gran cantidades de

reacciones como neutralización de , disolución y dilución.

Debido a que la presión es constante el cambio de calor para el proceso de

reacción, es igual a la variación de entalpia.

Bomba

Cuerpo aislante

Agitador

La muestra

Termómetro

Agua

Por lo tanto;

Para un trabajo eficaz, se hace la una aproximación respectiva entre la

solución y el agua.

Sea la igualdad correspondiente;

( )

( )

Diseño estructural del calorímetro a presión constante.

Diseño real del calorímetro:

Agitador

Termómetro

La muestra Cuerpo aislante

Agua

Presión constante Volumen constante

La expresión matemática de las capacidades caloríficas de presión y volumen

constante:

Capacidad calorífica a volumen constante:

Integrando obtenemos que;

Despejando, la variación de energía interna para “n” moles será de la

siguiente forma:

Capacidad calorífica a presión constante:

Integrando obtenemos que;

Despejando, la variación de la entalpia para “n” moles será de la siguiente

forma:

Relación entre la capacidades:

2.4. regla de .

Determina la capacidades caloríficas atómicas del elemento solido; el enunciado

que manifiesta es la siguiente; “a temperatura del ambiente la capacidad

calorífica atómica de los elementos solidos a presión constante es igual al

producto de su calor especifico por su peso atómico, donde este valor es

aproximadamente igual a 6.2”

Entonces;

3. MATERIALES Y REACTIVOS.

materiales:

3.1. Calorímetro adiabático a presión constante.

3.2. Termómetro.

3.3. Probeta de 100ml.

3.4. Vasos de precipitados 250ml.

3.5. Espátula.

3.6. Balanza analítica.

3.7. Tubos de ensayo.

3.8. Mechero de bunsen.

Reactivos

3.9. Hidróxido de sodio ( ), 1M.

3.10. Ácido clorhídrico ( ), 1M.

3.11. Granallas de zinc.

3.12. Agua destilada.

3.13. Di cloruro de calcio ( ), en estado sólido.

Vierte 125ml de agua destilada

Temperatura obtenida 𝑇

Llenar 125ml de agua

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

1. EXPERIMENTO N°01.

DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DEL

CALORÍMETRO.

Procedimiento experimental:

1.1. PASO 1;

Coloca en el calorímetro limpio y seco 125ml de agua destilada a la temperatura

del ambiente, regístralo como ( ).

1.2. PASO 2;

Inmediatamente agregar 125ml de agua helada una temperatura aproximada de

, regístralo como temperatura ( )


Temperatura de la mezcla 𝑇3

1.3. PASO 4;

Encerrar inmediatamente el calorímetro con el tapón que lleva incorporado un

termómetro.

1.4. PASO 5;

Agita el calorímetro hasta que la temperatura de la mezcla permanezca

constante y registrar este temperatura de equilibrio como ( 3 ).

Proceso de análisis experimental

1.5. PASO 6;

Teniendo en cuenta que el sistema adiabático debe de cumplirse:

El agua del ambiente cede calor.

El agua helada absorbe calor.

1.6. PASO 7;

Determine al capacidad calorífica del calorímetro ( ) en

.

Vierte 50ml de agua destilada

15 gramos de granallas de zinc

Luego llenarlo en un

Tubo de ensayo


DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL.

Proceso experimental.

2.1. PASO 1;

Coloca en el calorímetro limpio y seco 250ml de agua destilada a la temperatura

del ambiente, regístralo como ( ).

2.2. PASO 2;

Pesa aproximadamente 15 gramos de granallas de zinc y con cuidado coloca

dentro de un tubo de ensayo.


Tapa la boca del tubo con un corcho, sin ajustar.

2.3. PASO 3;

Introducir el tubo de ensayo en un vaso grande que contiene 2/3 de su volumen

de agua.

2.4. PASO 3;

Calentar el agua hasta que hierva usando el mechero, dejar hervir el agua por

unos 10 minutos y registrar la temperatura del agua hirviendo como ( ).

Suministrar calor al sistema anterior.

Introducir las granallas

Registre la temperatura de la mezcla

2.5. PASO 4;

Luego transferir el metal de zinc al calorímetro rápidamente con ayuda de

pinzas.

2.6. PASO 5;

Cerrar el calorímetro y agitar la mezcla por unos segundos, hasta que la

temperatura vuelva constante registrar esta temperatura como ( 3 ).

2.7. PASO 6;

Con los datos medidos determine el calor especifico del metal en

.

Vierte 5𝑚𝑙 de 𝑁𝑎𝑂𝐻 𝑑𝑒 𝑀

Introducir 125ml de 𝐻𝐶𝑙 𝑑𝑒 𝑀


DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE ÁCIDO

CLORHÍDRICO CON HIDRÓXIDO DE SODIO.

Proceso experimental:

3.1. PASO 1;

En el calorímetro limpio y seco vierta 125ml de de 1M

3.2. PASO 2;

Por otro lado medir 125ml de de 1M en una probeta.

3.3. PASO 4;

Mida por separado las temperaturas de cada una de las soluciones usando el

mismo termómetro, procediendo a lavarlo y secarlos antes y después de cada

medición. Si la temperatura de ambas soluciones difiere, ajustar la temperatura

de uno de los reactivos enfriándolo con agua o bien calentándolo con las palmas

de las manos, como convenga. Registra esta temperatura como ( )

𝑇 Medida de

la temperatura

respecto a

𝑁𝑎𝑂𝐻

𝑇 Medida de

la temperatura

respecto a 𝐻𝐶𝑙

Agitar a la mezcla

3.4. PASO 5;

Luego se vierte el ácido sobre el hidróxido que está dentro del a calorímetro y

tápalo rápidamente.

3.5. PASO 6;

Anota la variación de temperatura cada segundos, hasta que alcance un

máximo y anota esta temperatura como ( ).

Considerando que la masa total de la solución es de 100g (

), y su calor

específicos la unidad (

), calcular el calor de la neutralización

y el calor molar de la neutralización en

o

de

( ).

Vierte 𝑚𝑙 de agua


DETERMINACIÓN DEL CALOR DE SOLUCIÓN DE CLORURO DE

CALCIO.

Procedimiento experimental:

4.1. PASO 1;

En un calorímetro limpio y seco, colocar 100ml de agua a temperatura del

ambiente, luego registrar esta temperatura como ( ).

4.2. PASO 2;

Pesar 6 gramos de sólido y agregar rápidamente al calorímetro.

4.3. PASO 3;

Cerrar el calorímetro y agitar la mezcla por un minuto, registrar la máxima

temperatura alcanzada como ( ).

Finalmente realice

todos los cálculos

correspondientes, de

modo que tengan una

exactitud en la presión.

4.4. PASO 4;

Con los datos medidos determine el calor de la solución del cloruro de calcio a

y el calor de la solución molar en

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS.

Los cálculos:

5.1. Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.

Datos experimentales:

125ml

125ml

18.5°C

8°C

13.8°C

Análisis de los cálculos:

Se tiene la siguiente ecuación establecida;

Ojo

5

5

5 5

5

5

5

Finalmente se tiene que;

5 5 5

Despejando y calculando obtenemos;

55

5.2. Determinación del calor específico de un metal.


250ml

15.9171g

18.5°C

90°C

19°C


Según la ecuación establecida se tiene;

5

5

55

5

5

5

Finalmente;

5 5

Despejando y calculando;

5

De acuerdo a la regla de .

Entonces remplazando en la ecuación, tenemos que;

5

5

5.3. Determinación del calor de neutralización de ácido clorhídrico con hidróxido de

sodio.


125g

125g

18.5°C

18.5°C

19°C


Sea la reacción de neutralización:

De modo que la ecuación para este proceso es:

5

5

55

5

Por lo tanto finalmente tenemos;

5 5

5 5

Para calcular el calor molar de la neutralización, primero calculamos el número de

moles de uno de los reactivos en la reacción de neutralización.

5 5

Luego;

5 5

5

5.4. Determinación del calor de solución de cloruro de calcio.


6.0380g

150g

150g

18.1°C

19°C


5

5

55

5

Finalmente se tiene que;

5 5

Despejando y desarrollando se tiene:

El número de moles del soluto es:

Por el cual el calor molar del soluto será de la siguiente forma:

5 5

Finalmente, la ecuación obtenida de este proceso será de la siguiente forma

según la dilución dada:

5 5

Errores de análisis:

En este cálculo de error se toma en cuenta los siguientes criterios de ejecución:

Error absoluto.- Nos indica si medimos u obtuvimos más o menos que el valor

experimental, y en qué cantidad excedimos del valor real o qué cantidad nos faltó; esto

según el signo de la sustracción.

Error porcentual.- Es una forma de conocer el porcentaje de error que obtuvimos en

nuestros resultados.

Con respecto a nuestros dados obtenidos, del suceso anterior, calcularemos el

porcentaje de error cometido en la experimentación respecto a la teoría.

Para el caso de calor especifico del zinc.

Según la teoría se tiene que el calor específico de zinc es:

Según la práctica experimental se tiene que el calor específico de zinc es:

5

Ahora los errores respectivos son:

5

5

5

Para el caso de la masa atómica del zinc.

Según la teoría se tiene que el peso atómico de zinc es:

5

Según la práctica experimental se tiene que el peso atómico de zinc es:

5

Ahora los errores respectivos son:

5 5

5

5 5

5

Para el calor de neutralización.

Teóricamente se tiene que;

Por la práctica experimental:

5

Los errores respectivos son los siguientes:

5

5

5

Resultados:

55

5

5

6. RECOMENDACIONES.

6.1. Es recomendable que el manejo de las calorimetrías debe hacerse con mucha

precaución, para si no dañarlo, así mismo con los demás instrumentos que se

utilicen.

6.2. Para obtener una mayor exactitud y precisión al hacer la lectura del

termómetro, se debe de realizarse varias veces ósea de manera repetitiva, de

modo que la temperatura a utilizarse en los cálculos será el promedio

aritmético.

6.3. Al momento de añadir una solución o un material dentro de un calorímetro,

se debe de realizarse de manera rápida, para así tener una mayor exactitud en

la determinación de la temperatura, sin que se produzca la pérdida del calor

en el ambiente.

6.4. En el anote de las temperas y volúmenes se debe de realizarse de manera

ordenada para así no tener una confusión en los cálculos.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.

8. CUESTIONARIO.

8.1. Enumere los objetivos específicos del experimento.

8.2. Defina la reacción exotérmica y endotérmica.

8.3. Que es un proceso adiabático de un ejemplo.

8.4. Si tiene dos calorímetros similares y solo se determina solo la capacidad

calorífica de uno de ellos. ¿se podría decir que la capacidad calorífica del otro

es la misma? ¿por qué?

Si son exactamente iguales (los mismos materiales con identicas medidas e

identico ensamblaje) se podria anticipar que tienen la misma capacidad

calorifica.

Pero si solo son similares ,como en el caso del laboratorio que cada grupo

preparo su propio calorimetro con la tapa de tecnopor (mismo material pero

diferentes medidas y diferente ensamblaje), las capacidades calorificas no

seran iguales.

8.5. Si las entalpias de formación estándar para los iones apartir de

los metales zinc y cobre son respectivamente: 5

Calcular el cambio de entalpia para la reacción:

9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

4.1. En la determinación de la capacidad calorífica del calorímetro, se

tuvo en cuenta, que la reacción presentara un sistema adiabático,

por lo cual el valor del calor perdido por el agua caliente, el calor

ganado por el agua fría y calor adquirido por el sistema; la suma

de estos es igual a cero; de la forma que se obtuvo con estos

valores la capacidad calorífica de termómetro que es de 42

calorías por gramo y centígrado, que era necesario para obtener

los valores de análisis de los siguientes experimentos.

4.2. Una reacción de neutralización se tiene que,es aquella que se da

entre un ácido y una base, por el cual se produce una sal y H2O.

De manera que El calor de neutralización se define como el calor

liberado por cada mol de agua formada como producto de la

reacción.

4.3. En la experimentación respecto a la determinación del calor

específico de un metal, se obtuvo un valor de 0.917 calorías por

gramo y centígrados, de modo que para su determinación se tuvo

en cuenta la capacidad calorífica del termómetro, en la

experimentación primera.

4.4. Es recomendable que el manejo de las calorimetrías debe hacerse

con mucha precaución, para si no dañarlo, así mismo con los

demás instrumentos que se utilicen.

4.5. Para obtener una mayor exactitud y precisión al hacer la lectura

del termómetro, se debe de realizarse varias veces ósea de manera

repetitiva, de modo que la temperatura a utilizarse en los cálculos

será el promedio aritmético.

4.6. Al momento de añadir una solución o un material dentro de un

calorímetro, se debe de realizarse de manera rápida, para así tener

una mayor exactitud en la determinación de la temperatura, sin

que se produzca la pérdida del calor en el ambiente.

4.7. En el anote de las temperas y volúmenes se debe de realizarse de

manera ordenada para así no tener una confusión en los cálculos.

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