Practica # 3

CALOR DE NEUTRALIZACIN

1. OBJETIVOS:

Los objetivos de sta prctica son:

Verificar experimentalmente el calor de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte.

Verificar el valor del calor de disociacin de un cido dbil por medio de la neutralizacin con una base fuerte, empleando en ambos casos un calormetro adiabtico.2. FUNDAMENTO TERICO:

La termoqumica es una parte de la termodinmica, cuyo objetivo principal es el estudio de las leyes de la termodinmica dentro de las reacciones qumicas.

Casi todas las reacciones qumicas absorben o desprenden energa, generalmente en forma de calor. Cuando en una reaccin o cambio fsico el sistema absorbe energa el proceso se llama endotrmico. Si, por el contrario, se desprende energa, el proceso se denomina exotrmico. La mayora de los cambios qumicos y fsicos se producen a presin constante. Para expresar el calor absorbido o liberado en un proceso a presin constante se utiliza la entalpa. El cambio de entalpa de un sistema, , durante un proceso a presin constante, es igual al calor absorbido o desprendido por el sistema durante el proceso:

La entalpa de reaccin (calor de reaccin) es la diferencia entre las entalpas de los productos y las entalpas de los reactivos:

es positivo cuando la entalpa de los productos (estado final) es mayor que la nta1pa de los reactivos (estado inicial), lo que indica que el sistema ha ganado energa proceso endotrmico). AH es negativo cuando la entalpa de los productos es menor que la entalpa de los reactivos, lo que indica que el sistema ha perdido energa (proceso exotrmico).

El cambio de entalpa de una reaccin puede obtenerse a partir del calor absorbido desprendido a presin constante.

Tambin podra calcularse (ecuacin 2) si se conocieran las entalpas de todos los reactivos y productos.

Sin embargo, no se pueden determinar valores absolutos de la entalpa de una sustancia, y slo se pueden dar valores relativos a una referencia arbitraria. Esta referencia est basada en las entalpas o abres de formacin. La entalpa de formacin de un compuesto es el cambio de entalpa asociado con la formacin de un mol del compuesto a partir de sus elementos, en condiciones de presin constante. Esta magnitud puede variar con las condiciones experimentales (por ejemplo, la temperatura, presin o estado de los reactivos y productos). Se define, por tanto, la entalpa estndar de formacin fH, de un compuesto como el cambio de entalpa que acompaa a la formacin de un mol del compuesto a partir de sus elementos, con todas las sustancias en sus estados estndar. El estado estndar de una sustancia es la forma ms estable a la temperatura de inters y presin de 1 bar El estado estndar no especifica la temperatura, y los valores de fH tabulados son los correspondientes a 298 K (25 C).

Las entalpas estndar de formacin permiten calcular entalpas de reaccin. La variacin de entalpa de la reaccin llevada a cabo en condiciones estndar es la entalpa estndar de reaccin rH dada por:

Donde: ni y mi son los coeficientes estequiomtricos de la especie i en productos y reactivos, respectivamente.

Entalpa de calor de neutralizacin. El calor de neutralizacin es la entalpa de reaccin en una reaccin entre un cido y una base (reaccin de neutralizacin).

Si se miden los calores de neutralizacin de diversos cidos y bases fuertes muy diluidos, se obtienen siempre valores prximos a:

Este valor aparentemente independiente del cido o base empleado es el mismo que el de la entalpia de formacin del agua a dilucin infinita (55,84 kJmol-1 En la reaccin de neutralizacin de un cido y una base fuertes muy diluidos:

Las especies inicas estn totalmente disociadas, por lo que las entalpas del anin del cido y del catin de la base que aparecen en ambos lados de la ecuacin se cancelan al aplicar la ecuacin (3) para calcular la entalpa de la reaccin. La variacin de entalpa resultante es la del proceso a dilucin infinita:

Para el que:

Esta situacin no es aplicable cuando uno de los reactivos es un electrolito dbil, en cuyo caso parte del calor liberado se empleara en disociar la especie ms dbil y hay que tener tambin en cuenta la hidrlisis de la sal. Los calores de neutralizacin tambin se desvan del valor indicado (55,84 kJmol-1 cuando se trata de electrolitos fuertes a dilucin finita; tal es el caso de las disoluciones 1 M de los cidos HCl, HNO3 y H2SO4 neutralizados con NaOH 1 M. Los valores de las entalpas de neutralizacin de los cidos indicados con NaOH 1M son:

Calor de Disociacin: El proceso endotrmico explicado anteriormente para ionizar una sustancia dbil, precisa de cierta energa proveniente generalmente de calor absorbido del medio ambiente para ionizar la sustancia.

Calor de Solucin: En la mayora de los casos, generalmente las sustancias se encuentran en Solucin y no as como molculas neutras. El calor integral de Solucin, es el cambio de entalpia cuando cada mol de soluto se disuelve en una cierta cantidad de disolvente a temperatura y presin constantes.

Calormetro. El valor de de una reaccin puede determinarse experimentalmente midiendo el flujo de calor que acompaa a la reaccin a presin constante. Cuando una sustancia gana o pierde energa en forma de calor su temperatura cambia Experimentalmente, se puede determinar el flujo de calor asociado con una reaccin qumica midiendo el cambio de temperatura que sta produce.

La medida de los cambios de temperatura asociados a procesos fisicoqumicos con variaciones de energa en forma de calor se llama calorimetra el aparato que mide los cambios de temperatura se denomina calormetro

Las tcnicas y equipos utilizados en calorimetra dependen de la naturaleza del proceso que se est estudiando. Muchas reacciones, como las que transcurren en disolucin, se producen a presin atmosfrica, que es prcticamente constante. El calor de reaccin se determina a partir del cambio de temperatura de una cantidad conocida de disolucin que se encuentra en el calormetro.

En esta prctica el calormetro es un aparato sencillo, con agua y otros materiales cuya capacidad calorfica se conoce, en el que se absorbe el calor. Las paredes externas del calormetro estn aisladas para minimizar las prdidas de calor con el aire del ambiente. El dispositivo ideal sera un calormetro aislado trmicamente del exterior (sistema adiabtico). En este caso todo el calor desprendido en la reaccin se absorbe dentro del calormetro.

Inicialmente se deben mantener los reactivos aislados entre s y en equilibrio trmico a la temperatura inicial, que ser tambin la temperatura inicial del calormetro y de todos los componentes del sistema que no son sustancias reaccionantes (varilla de agitacin, termmetro, pipeta de cidos, etc.)

La energa calorfica cedida o absorbida por un cuerpo es proporcional a su masa y a la variacin de temperatura, y depende de la naturaleza del cuerpo:

En esta expresin m y c son la masa y calor especfico a presin constante, respectivamente, de cada uno de los componentes.

Cuando dos cuerpos intercambian calor, la cantidad de energa en forma de calor que gana uno de ellos es igual a la que pierde el otro. Por tanto, si como consecuencia de la reaccin producida en el calormetro se libera una cierta cantidad de energa, sta ser absorbida por todos los componentes del sistema, ya que ste es cenado y adiabtico, y no se pierde calor al exterior. Se tiene pues:

Igualdad que se cumple cuando el sistema est perfectamente aislado trmicamente del exterior y no existen disipaciones de energa.

En el caso de una reaccin de neutralizacin el calor liberado es absorbido por la disolucin resultante de la neutralizacin y por el propio calormetro (vaso Dewar, termmetro, varilla de agitacin, pipeta de cidos y tapa roscada). La ecuacin calorimtrica global es:

En la que QN es el calor liberado en la neutralizacin, es la masa de disolucin resultante tras la reaccin, cd es el calor especfico de la disolucin resultante, es el incremento de temperatura, y el ltimo sumando corresponde a la absorcin de calor por los componentes pasivos del calormetro mencionados anteriormente.

Se puede considerar que el calor absorbido por los componentes del calormetro es igual al que absorbera una masa de agua M denominada equivalente en agua del calormetro Esta magnitud es la masa de agua que para aumentar un grado de temperatura necesita el mismo calor que el sistema calorimtrico para el mismo fin. Por tanto:

Donde c es el calor especfico del agua. Sustituyendo en la ecuacin (6):

Si se toma el calor especfico de la disolucin acuosa igual al del agua (cd = c = 4,184 J.g-1.K-1 la expresin (8) queda:

La ecuacin (9) permite calcular el calor de neutralizacin determinando el incremento de temperatura que se produce al mezclar en el calormetro una disolucin de cido y otra de base para dar una masa total m. El incremento de temperatura debe tomarse de una curva de calentamiento como la de la figura, en la que se representa la temperatura frente al tiempo.

La entalpa de neutralizacin la expresin por mol de cido neutralizado se calcula mediante la expresin:

En la que n es la cantidad de cido comercial neutralizado (mol) en el calormetro.

Para aplicar las ecuaciones (9) y (10) es necesario determinar el equivalente en agua del calormetro, en condiciones lo ms parecidas posible a las de la reaccin de neutralizacin.

Equivalente en agua del calormetro. Para determinar experimentalmente esta magnitud hay que conseguir el equilibrio trmico entre dos masas conocidas de agua a distintas temperaturas. La masa total de agua debe ser igual a la masa total de las disoluciones de cido y base usadas en la reaccin de neutralizacin.

Una porcin de agua, de masa m se calienta hasta una temperatura Tc El agua fra, de masa mF, se introduce en el calormetro y se deja equilibrar su temperatura con la de las paredes del Dewar y los dems componentes del calormetro, TF Se mezclan e! agua caliente y el agua fra, hasta que se alcance la temperatura de equilibrio, Teq. Si se considera que la capacidad calorfica del agua no vara con la temperatura se tiene:

Como el sistema es adiabtico y los calores cedido y recibidos son iguales, se deduce:

Correccin de la variacin de Temperatura: La temperatura del sistema del calormetro, vara durante el experimento tanto a cuenta del calor del proceso, como a consecuencia del intercambio de calor con el medio (por conduccin, radiacin) y el calentamiento durante la agitacin. Por lo tanto, la (T medida diverge de la verdadera (T que corresponde al calor del proceso que se estudia.

La correccin de las lecturas de temperatura se realiza con la ayuda del mtodo grfico de Lange Mischeneo, para compensar las prdidas de calor por intercambio.

3. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:

Preparamos soluciones de HCl (2 y 0.1 N) y NaOH (2 y 0.1 N), adems de CH3COOH (2 N) y KCl (2 N). Se calculo el calor de neutralizacin y de disociacin de cada una de estas mezclas, anotando cada 10 segundos el cambio de temperatura en el termmetro Beckmann.

4. MATERIALES Y REACTIVOS:

Vaso Dewar de 500 ml

Termmetro Beckman

Pipetas de 1 ml, 5 ml y Pro pipeta

Matraces aforados: de 50 ml, de 250 ml, de 500 ml

Vidrios reloj

Matraces Erlenmeyer: de 100 ml

Buretas de 50 ml

Balanza analtica digital

Piseta

Probeta de 200 ml

Agua destilada

Hidrxido de sodio

cido clorhdrico

cido actico

Cloruro de potasio

5. CALCULOS:

Primero describiremos la manera en que preparamos las diversas soluciones.a) Para preparar 500 ml de solucin de NaOH [0,1 N]

b) Para preparar 50 ml de solucin de NaOH (2 N(

c) Para preparar 50 ml de solucin de HCl (2 N(

d) Para preparar 250 ml de solucin de HCl (0,1 N(

e) Para preparar 25 ml de solucin de CH3COOH (2N(

Para las valoraciones de las soluciones hicimos los siguientes clculos:

a) Para valorar el H Cl [2 N] a partir de un solucin de 0.97 g de Na2CO3

Volumen gastado de H Cl = 8,4 ml = 0,0084 lt

b) Para valorar el NaOH [2 N] a partir de 4,8 ml de H Cl 2.18 [N]

Volumen gastado de Na OH = 5 ml =0,005 lt

c) Para valorar el CH3 COOH [2 N] a partir de 6 ml de Na OH 2,09 [N]

Volumen gastado de CH3 COOH = 5 ml = 0,005 lt

1. Graficar temperatura vs. Tiempo para todos los casos y determinar las respectivas variaciones de temperaturas corregidas.

CAPACIDAD DEL CALORMETRO

(T (C)Tiempo (seg)

0.000

0.0010

0.0020

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0.0070

0.0080

Despus de reventar la ampolla

0.4290

0.05100

0.01110

0.01120

0.01130

0.03140

0.03150

0.05160

0.07170

0.02180

0.01190

0.01200

0.00210

0.00220

0.00230

V H20 = 150 ml

m KCl = 2 gr

CALOR DE NEUTRALIZACIN DEL HCl (2 N(V HCl (2 N(= 5 ml

V NaOH (0,1 N( = 150 ml

(T (C)Tiempo (seg)

0.480

0.1810

0.0220

0.0130

0.0040

0.0050

0.0160

Despus de aadir el HCl

0.5870

0.1980

0.0490

0.01100

0.01110

0.01120

0.01130

CALOR DE NEUTRALIZACIN DEL NaOH (2 N(V NaOH (2 N(= 5 ml

V HCl (0,1 N( = 150 ml

( T (C)Tiempo (seg)

0.000

0.1610

0.0220

0.0130

0.0140

0.0150

Despus de aadir el NaOH

0.6460

0.1870

0.0380

0.0390

0.06100

0.03110

0.01120

CALOR DE NEUTRALIZACIN DEL CH3COOH (2 N(V CH3COOH (2 N(= 5 ml

V NaOH (0,1 N( = 150 ml

(T (C)Tiempo (seg)

0.010

0.0010

0.0120

0.0030

0.0040

0.0050

0.0160

Despus de aadir CH3COOH

0.4090

0.09100

0.04110

0.00120

0.01130

0.01140

0.00150

Todas las correcciones fueron sacadas de las grficas respectivas.

Para determinar K: T1= 0,78

T2= 0,05

(T = -0.73

Para determinar QN del hidrxido de sodio:

T1= 0,54

T2= 0,84

(T = 0.3

Para determinar QN del cido clorhdrico:

T1= 0,65

T2= 2

(T = 1,35

Para determinar QN del cido actico:

T1= 0,64

T2= 1,6

(T = 0,96

2. Determinar la capacidad calorfica (K') del calormetro.Se utilizar la frmula:

Donde: K = Capacidad calorfica Global del calormetro.

n = Nmero de moles de KCl.

(T = Diferencia de temperaturas corregidas.

QP = Valor bibliogrfico igual a 4.404 [kcal/mol].

Resolviendo la ecuacin:

m = 2 g KCl

M = 74.5 g / mol

n = 0,0268 mol KCl

Adems el (T = -0,73C

K = 0.16 [kcal/C]

3. Calcular el calor de dilucin para todos los casos.

Usaremos las siguientes formulas:

Para el cido clorhdrico [ 2,18 N]:

EMBED Equation.3 (T = -0,12 C

Para el hidrxido de sodio [2,09 N]:

(T = -0.12 C

Para el cido actico [2,5 N]:

(T = 0.25 C

4. Calcular el calor de neutralizacin segn:

Para 5 ml de HCl [2,18 N] con 150 ml de NaOH(0,1 N(:

(T = 1,35 C

El numero de moles es:

Para 5 ml de NaOH [2,09 N] con 150 ml de HCl(0,1 N(:

(T = 0,3 C

El numero de moles es:

5. Hacer lo mismo para el cido actico y en base a este resultado, determinar el calor de disociacin.

Para 5 ml de CH3COOH [2,5 N] con 150 ml de NaOH (0,1 N(:

(T = 0,96 C

El numero de moles es:

6. Cmo depende la entalpa de neutralizacin con la concentracin?

A mas concentracin existe mayor variacin de temperatura y a mayor temperatura existe mayor calor de neutralizacin, por lo tanto el calor es directamente proporcional a la concentracin y la entalpa tambin porque sta se encuentra en funcin al calor de neutralizacin.

7. Calcular el calor de formacin del OH-.

Calculamos aplicando la ley de Hess:

(HR = (Hproductos - (Hreactivos

(HR = (Hagua ((HH+ + (HOH-)

(HH+ = 0

Reemplazando en la formula con los datos conocidos.

(HOH- = (Hagua - (HR

(HOH- = -68.32 + 13.7

(HOH- = -54.62 Kcal / mol8. Calcular los errores relativos de las entalpas experimentales respecto a los valores bibliogrficos.

El valor terico para cualquier reaccin de neutralizacin es de -13700 Cal/mol.

Para el HCl [2,18 N]:

Para el NaOH [2,09 N]:

Para el CH3COOH [2,5 N]:

9. Explicar detalladamente con ejemplo qu es un indicador y que es un intervalo del indicador.

Indicador, en qumica, sustancia natural o sinttica que cambia de color en respuesta a la naturaleza de su medio qumico. Los indicadores se utilizan para obtener informacin sobre el grado de acidez o pH de una sustancia, o sobre el estado de una reaccin qumica en una disolucin que se est valorando o analizando. Uno de los indicadores ms antiguos es el tornasol, un tinte vegetal que adquiere color rojo en las disoluciones cidas y azul en las bsicas. Otros indicadores son la alizarina, el rojo de metilo y la fenolftalena; cada uno de ellos es til en un intervalo particular de acidez o para un cierto tipo de reaccin qumica.NOMBREINTERVALO DE pHCOLOR CIDOCOLOR BSICO

Azul de bromofenol3,0 4,6AmarilloPrpura

Anaranjado de metilo3,1 4,4RojoAmarillo

Rojo de metilo4,2 6,2RojoAmarillo

Azul de bromotimol6,0 7,6AmarilloAzul

Tornasol5,8 8,0RojoAzul

Fenolftalena8,0 9,8IncoloroRojo-violeta

Amarillo de alizarina10,1 12,0AmarilloVioleta

10. Indicar qu es una solucin tampn.

Una solucin Tampn, llamada tambin Reguladora o Buffer es aquella solucin que se opone a los cambios bruscos de PH, es decir, regula la solucin a un determinado PH.

6. CONCLUSIONES:

La practica fue realizada dentro de lo normal, y se trato de realizar de la manera ms rpida para esto nos dividimos en grupos y repartindonos las tareas.

En cuanto a los resultados obtenidos se puede comentar que en el primer resultado y el tercero son los que se acercan a los valores bibliogrficos en cambio el segundo resultado se aleja un poco.

Los errores obtenidos corroboran lo anteriormente dicho, especialmente el tercer resultado, en la neutralizacin del cido actico, se obtiene un error bastante pequeo, los posibles errores se debieron a una mala lectura y error de paralaje al realizar la lectura con el termmetro.

En este experimento la capacidad calorfica del calormetro dio como resultado 0,16 [kcal/C] algo superior al valor obtenido en el experimento de calor de hidratacin.

7. BIBLIOGRAFA:

FISICOQUIMICA Laidler Meiser

FISICOQUIMICA Atkins EMBED Visio.Drawing.4

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

EMBED Equation.3

PAGE 5

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