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