practica-3-fisicoquimica (1).docx

7/25/2019 practica-3-fisicoquimica (1).docx

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Ao de la Diversifcacin Productiva y del Fortalecimiento de la

! Determinacin de la constante del cal

FA$%L&AD!Facultad de IngenieraE'$%ELA!Escuela de Ingeniera Ambiental

$%(')!Fisicoqumica*A!Determinacin de la constante del calormetro y el calor d

AL%*N)!Rosala Palomino Quispe

D)$EN&E!Alberto Condori amarra

!acna"Per#$%&'

%niversidad Privada de &ac


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Fisico+u"mica

$)N&EN,D)

Resumen((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((()

Introduccion(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((*

+b,eti-os(((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((((('

Fundamento

terico..............................

......./

0ateriales.............................

..........(((((((&%

Procedimiento

E1perimental...........................

.(((((((((&$

C2lculos3 !abulaciones3 discusin de resultados........((

......(.....(&/

Conclusiones y recomendaciones..((

...................((.....(($*

Cuestionario............................

..((..........$/

, 2


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Fisico+u"mica

I. Resumen

En el informe se presente, se muestra que la prctica de laboratorio se

estudi la determinacin de la constante del calormetro y el calor de

neutralizacin, calculando tambin calor especfico de una sustancia

desconocida. Aunque las sustancias desconocidas serian NaO y

!"O#.

$omenzando en la determinacin de la constante del calormetro, para

realizar la determinacin se coloca dentro del calormetro una masa

conocida de a%ua &m'( y se determina su temperatura inicial &)'(.

*e a%re%a otra masa conocida de a%ua &m+( a una temperatura

conocida &)+(. *e determina la temperatura final del sistema &)f( y secalcula la constante del calormetro a partir de la si%uiente relacin &que

se obtiene considerando que el calormetro es un recipiente adiabtico(

*e utiliza esta frmula

"m$ Cp$ 4!m 5 !$6 7 m& Cp& 4!m 5 !&6 8 94!m 5 !&6

-ue%o la determinacin del calor de neutralizacin se debe medir el

aumento de temperatura en una reaccin de neutralizacin entre una

solucin diluida de un cido fuerte y una solucin diluida de una base

fuerte. A partir del clculo del nmero de moles a utilizar, del aumento

de temperatura obser/ado y el uso de del calormetro de0ar.

, 3


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Fisico+u"mica

II. Introduccin

$uando un cido reaccin con una base, se libera una considerable

cantidad de calor. -a reaccin qumica entre soluciones acuosas

diluidas entre un cido fuerte y una base fuerte se conoce como

reaccin de neutralizacin.

-a medida del calor de neutralizacin, se 1ace a partir de los /alores de

entalpia de formacin de +O a partir de iones !O y O. "or lo que el

calor de neutralizacin se entiende como el calor %enerado cuando un

cido reacciona con una base para producir a%ua.

$uando una solucin diluida de cido fuerte se neutraliza con una

solucin diluida de base fuerte, el calor de neutralizacin que se

produce por mol de a%ua es constante e independiente de la naturalezade la sustancia como de su concentracin.

-as reacciones de neutralizacin como

NO!2 3O 4 3NO!2 +O

$l 2 NaO 4Na$l 2+O

5 otras reacciones de solucin acuosa entre cidos fuertes y basesfuertes son e6otrmicas.

Esto se debe a que la solucin acuosa es suficientemente diluida como

para que la disolucin adicional no produzca efectos trmicos7 ya que

los cidos y bases en solucin acuosa estn disociados, por lo que el

calor de neutralizacin en todos los casos es

2 &ac( 2 O:&ac( 8 +O &l(

9 +:;


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Fisico+u"mica

III. Objetivos

@eterminar la constante del calormetro.

@eterminar el calor de neutralizacin.

@eterminar la /ariacin de entalpia de la neutralizacin delcido fosfrico con 1idr6ido de sodio.

, 5


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Fisico+u"mica

IV. Fundamento Terico

N>' $alorimetra

El principio de conser/acin de la ener%a afirma que

I. B*iempre que 1ay un intercambio de ener%a calorfica entre /arios

cuerpos, la cantidad de calor perdida por unos cuerpos es i%ual a

la cantidad de calor %anada por los otrosC. Este es el principiofundamental de la calorimetra y puede resumirse en la si%uiente

e6presin

El principio anterior, se complementa con las si%uientes

proposiciones

II. -a cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es

proporcional a la /ariacin de temperatura.III. -a cantidad de calor absorbida o desprendida por un cuerpo es

proporcional a su masa.

ID. $uando /arios cuerpos a temperaturas diferentes se ponen en

contacto, la ener%a calorfica se desplaza de los cuerpos cuya

temperatura es ms alta a aquellos cuya temperatura es mas baa.

El equilibrio trmico se establece cuando todos los cuerpos tienen

la misma temperatura.

, 6

Fcalor perdido 8 calor %anado

G 8 m $p )


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Fisico+u"mica

N>+

-a unidad de ener%a es el oule. El oule se define como la unidad de

ener%a del sistema internacional de unidades &*I(7 esta unidad es la

aceptada por la IH"A$ &Hnin Internacional de Gumica "ura yAplicada(. Otra unidad de calor o de la ener%a que se utiliza es la

calora, y se define como Bla cantidad de calor que debe transferir a un

%ramo de a%ua para ele/ar un %rado cent%rado su temperaturaC.

N>!

$apacidad calorfica especfica &c(, o ms comnmente denominada

calor especifico. *e define como Bla ener%a que debe transferirse a un

%ramo de sustancia para que se ele/e un %rado cent%rado su

temperaturaC.

$apacidad calorfica molar &c(. *e define como Bla ener%a que debe

transferirse a un mol de sustancia para que se ele/e un %rado

cent%rado su temperaturaC.

N>#En cualquier intercambio calorfico, que se realiza dentro de un

calormetro, este absorbe parte del calor transferido asi, por eemplo el

termo se calienta por el calormetro se denomina Bconstante de

calormetroC y se representa por B3C &< 8 m$p del calormetro(.

Esta constante se puede determinar, e6perimentalmente, por el

procedimiento llamado calibracin del calormetro. Hna /ez conocido su

, 7

%na calor"a e+uivale a -./- 1oules

%nidades! cal23 $4 523 $

%nidades! cal2mol $4


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Fisico+u"mica

/alor, este calormetro puede utilizarse para otros e6perimentos

cuantitati/os sobre transferencia de calor.-a determinacin de la ma%nitud de la constante de la ma%nitud de la

constante se lle/a a cabo de la si%uiente forma,

*ustituyendo

@nde

)'8 ) mezcla F )i del a%ua caliente

)+8 ) mezcla )i del a%ua fra

3 cal 8 constante del calormetro@espeando < de la ecuacin &'(

$omo )' a%ua caliente es mayor que ) mezcla )' es ne%ati/o, por lo

que el termino m$p)' ser positi/o.

$alor de neutralizacin.F es la cantidad de calor desprendido cuando unmol %ramo de un cido se neutraliza con una cantidad equi/alente de

base.

@ebido a que las soluciones diluidas los cidos y las bases fuertes

estn completamente ionizadas, al neutralizarse la nica reaccin que

ocurre es la formacin de calor desprendido al formarse un mol de

a%ua a partir de los iones 2 y OF E* un /alor constante e i%ual a

'!,!J


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Fisico+u"mica

El calor de neutralizacin se determina con la si%uiente ecuacin

G 8 calor de neutralizacin &cal(m 8 masa de a%ua obtenida de la reaccin de neutralizacin$p 8 capacidad calorfica del a%ua)f 8 )emperatura final &temperatura de reaccin()i 8 )emperatura inicial3 8 $onstante del calormetro

8 Entalpia molar de neutralizacin

G 8 $alor de neutralizacinn 8 nmero de moles de cido o la base

Cuando dos sistemas queposean di;erentetemperatura se ponen encontacto3;orma de calor a presin en unde un gascolisiones de sus mol=culascontra las paredes de surecipiente(calienta un gas se lesuministra energa que


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Fisico+u"mica

Termmetros de 0 a 100 C

Probetas de 50, 100 y 200 ml

, 10


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Fisico+u"mica

Vasos de pp de 100, 250 ml

*oluciones de !"O#>,; N, NaO >,+ N

VI. Procedimiento Experimental

, 11


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Fisico+u"mica

a( @eterminacin de la constante del calormetro

FKedir el /olumen total del calormetro, de este /olumen utilizar el

;>L7 el +>L queda libre para que puedan mezclarse el a%ua fra

y el a%ua caliente.

F*uponemos que el ;>L equi/ale a +'> ml, entonces medir 'J>

ml de a%ua fra y /aciar al termo &frasco de0ar( tomar la

temperatura.

F$alentar a%ua 1asta una temperatura pr6ima a la de su

ebullicin, o puede ser a menor temperatura. Kedir M> ml de

a%ua caliente y tomar su temperatura, lue%o tra/asar al termo.

FA%itar bien la mezcla 1asta alcanzar una temperatura constante,

medir su temperatura.

alance trmico

@onde

3 8 constante del calormetro&+( 8 a%ua caliente

&'( 8 a%ua fra)m 8 )emp. @e la mezcla &$()+ 8 )emp. @el a%ua caliente &$()' 8 )emp. @el a%ua fra &$(

b( @eterminacin del calor de Neutralizacin

F"reparar una solucin de !"O#>,; N y de NaO >,+ N, lue%o

/alorar las soluciones.

, 12

"Q perdido 7 Q

"m$ Cp$ 4!m 5 !$6 7 m& Cp& 4!m 5 !&6 8 94!m

5


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Fisico+u"mica

Fealizar el clculo sabiendo que el /olumen total es de +'> ml.

DaNa 8 DbNb

Na

Nb=Vb

Va

0.8N

0.2N=

Vb

Va

Vb

Va=4

Vb=4Va

Va=1

5V=

1

5(210)=42

Vb=4 (42)=168ml

@nde

Da8 Dolumen de acido

Db8 Dolumen base

Na8 Normalidad Acido

Nb8 Normalidad ase

D8 +'> ml

, 13


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Fisico+u"mica

F$olocar en el termo 'J; ml de NaO y en un /aso #+ ml de !"O#,

ense%uida mida la temperatura de cada una de ellas 7 ambas

soluciones deben estar a la misma temperatura.

Fe%istre las temperaturas anteriores. Dierta la solucin de !"O#al

termo y a%ite constantemente, 1aciendo lectura de la temperatura

cada '> se%undos. -ea la pr6ima temperatura que alcanza el

sistema y re%strela.

8 Entalpia molar de neutralizacin

m 8 masa de a%ua obtenida de la reaccin 2 masa de a%ua en lasolucin

$p 8 capacidad calorfica del a%ua

)f 8 )emp. K6ima de la reaccin

)i 8 )emp. Inicial del cido o la base

n 8 nmero de moles del cido

, 14

)a+@ 8 !"O#)@$+ 8 a)P+*8Q

@7 mCp (TfTi)+K(TfTi)

n


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Fisico+u"mica

VII. Clculos! Tabulacin de datos! "iscusin de

resultados

Clculos! tabulacin de datos # resultados$

"rimeramente tenemos que 1acer unos clculos para la preparacin de

una solucin, lue%o continuaremos con la constante del calormetro.

m frio m caliente

, 15

!"O# 8 !2!',>2J#8

:;

!8 '6!8!

"8 !',> 6 '8!',>

O#8 'J 6 #8 J#


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Fisico+u"mica

)f8 +>$ )8 :>$

) equilibrio #M$

"reparacin de la solucin

!"O# %&' Peso

!+,J ml d()*+ml

ml !"O#8P +M> ml ' N

, 16

)7)$3/

3&' g GGG $'H

GGG &%%H

@8 ;4 3

)$3/ g GGG &%%% ml GGG &

GGG $'% ml GGG

&

x=32,6g x 250ml x1N

1000ml x 1N

,( -!)& *

d=m

v

v=m

d

v=32,6g

1 g/ml

v=32,6ml

*e a%re%a !+,J ml decido domstico &cido

fosfrico( 1asta aforar.


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Fisico+u"mica

a "eterminacin de la constante del calor/metro 01

, 17

*e a%re%a '>> ml de

a%ua al cido fosfrico.

Qorrar un matraz conaluminio.

Kedir 'J> ml de a%ua

fra, lue%o a%re%arlo al

matraz forrado.


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Fisico+u"mica

, 18

-a temperatura obtenida es de

+#$.

$alentar => ml de a%ua. -ue%o

medir la temperatura con el

termmetro, el resultado es JM$

El a%ua caliente tras/asar

al calormetro con el a%ua

fra. *u temperatura ser

de !#$

"m$ Cp$ 4!m 5 !$6 7 m& Cp& 4!m 5 !&6 8

94!m 5 !&6

!m7)*JC

!$7/'JC

!&7$*

m$7/%g

m&7 &/% g


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Fisico+u"mica

b "etermine el calor de neutrali2acin

)a+@ 8 !"O#)@$+ 8 a)P+*8Q

!

!ransparente Amarillo

$'JC $*JC

'>> ml NaO '>> ml !"O#

, 19

Cp$7Cp&7 &calg JC

m7 "Q perdida

m7/%

$$%"&/%7 /%

"m$ Cp$ 4!m 5 !$6 7 m& Cp& 4!m 5 !&6 8

94!m 5 !&6

"/% 4&6 4)* 5 /'6 7 &/% 4&6 4)* 5 $*6 8 9

4)* 5 $*6

"/% 4")&6 7 &/%% 8 4)*"$*6

&/% 7 &/%% 8 4&%6

&/% 5 &/%% 7 4&%6

7

A%re%ar al calormetro y

medir la temperatura.

NaO8 +Mc

!"O#8 +#$


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Fisico+u"mica

, 20

$ombinacin de las +

sustancias, )emperatura

)i8 !>$

*e a%ita8 temperatura8+>$

8 mCp (TfTi )+K(TfTi )

n

)i8 temperatura inicial 8 +#$ n8R de moles del

reacti/o limitante

)f8 temperatura final 8 !> $

@7 mCp (TfTi )+K(TfTi)n

H=200g (1)(3024)+ k(3024 )

1cal /gC(6)+ k(6)

200 g(1)(3024)+26cal / C(3024)

3,326X103

@7 "*%K// calmol"*%K3// 9calmol


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Fisico+u"mica

)a+@ 8 !"O#)@$+ 8 a)P+*8Q

"iscusin de resultados$

, 21

!NaO8 !>( 8 '+>" eq 8 #>?' 8 #>

!"O#" eq 8 "K?! 8 :;?! 8 !+,J

%NaO8 >,'eq?- 6 >,' 6 #> %?eq 8 >,# % NaO

! !"O# 8 >,' eq?- 6 >,' - 6 !+ %?eq 8 >,!+J % !"O#

8 >,#? '+> 8 !,+ 6 '> F!

8 >,!+J ? :; 8 !,!+J 6 '> F!

' mol !"O#SSSS :; % 6 SSSS >,!+J %

x=0,32698

=3,326x10

3moles H3PO4


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Fisico+u"mica

-a reaccin de neutralizacin se produce en un calormetro, de

forma que, si suponemos despreciables los intercambios

ener%ticos entre el calormetro y el e6terior, las /ariaciones de

temperatura que se producen dentro del calormetro se deben al

calor intercambiado por la reaccin de neutralizacin.

El /alor obtenido e6perimentalmente resulta ser positi/o, sin

embar%o se le asi%na el si%no ne%ati/o ya que la reaccin de

neutralizacin implica la liberacin de calor que sepuede

comprobar al re%istrar la temperatura de neutralizacin en el

calormetro, que esmayor a la temperatura de cada una de las

sustancias en reposo.

*e lo%ra determinar e6perimentalmente el calor de neutralizacin

de un cido fuerte con una base fuerte, mediante la reaccin

!NaO 2 !"O#!+O 2 Na!"O#2G

Obteniendo un /alor de F#>=,J:J =,J:J


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Fisico+u"mica

elacionar los aspectos termodinmicos de un cido fuerte con

una base fuerte, mediante la mezcla de una solucin diluida de

cido fuerte con una solucin diluida de base fuerte se comprob

que la /ariaciones en los procesos de neutralizacin el calor

producido para formar un mol de a%ua.

No dependen de la naturaleza de la sustancia ni la concentracin,

en este caso dependa de la temperatura liberada, influenciada

por perdida de calor en el calormetro durante el proceso de

mezcla del cido con la base.

En la determinacin de la cantidad de calor que se produce en

reacciones de neutralizacin de cidos fuertes y bases fuertes,este debe ser constante y en todas las reacciones es un proceso

e6otrmico

-os cidos como las bases fuertes estn completamente

disociados en sus respecti/os iones cuando se estn en solucin

acuosa suficientemente diluida

RECOME3"7CIO3E6

'.F Es necesario utilizar una bata de laboratorio7 la misma prote%e tu ropa y tu

piel del contacto con reacti/os.

+.F Hn par de %uantes para cuando sea necesario tocar al%n instrumento que

se 1aya e6puesto a una llama.

!.F )omar todas las precauciones necesarias al momento de tocar una sustancia

en el laboratorio.#.F No in1alar directamente los /apores que se desprenden de una sustancia

, 23


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Fisico+u"mica

qumica. $uando es necesario 1acerlo se procede de la si%uiente manera se

sueta el recipiente con una mano y con la otra se produce un mo/imiento sobre

los /apores, de manera que los acerquemos 1acia nosotros. @e esa forma no

nos lle%an de manera directa.

M.F Nunca lle/arse las manos a la cara, los oos, la boca, etc. mientras se esttrabaando en el laboratorio7 con esto se e/itan posibles daTos si en las manos

1an quedado restos de al%unas sustancias.

J.F No mezclar sustancias desconocidas, ya que muc1as /eces, sustancias

inofensi/as producen reacciones /iolentas.

=.F No usar el %otero de una sustancia en otra distinta, ya que las mismas

pueden daTarse y perder la efecti/idad.

;.F -os equipos de laboratorio son costosos y de uso delicado. Es necesario que

aprendamos a usarlos adecuadamente, si%uiendo paso a paso las instrucciones

dadas por tu maestro. Al terminar cualquier e6perimento todos los instrumentosdeben quedar limpios y en el lu%ar destinados para ellos.

:.F Al desarrollar cualquier e6perimento de laboratorio es necesario que ests

atento y en silencio para que puedas desarrollar tu trabao como todo un

cientfico. -as instrucciones del maestro y las orientaciones que aparecen en el

manual con fundamentales para alcanzar en 6ito en tu trabao.

''.F Nunca probar nin%una sustancia, si no es con el consentimiento del

profesor.

'+.F "ara diluir cidos, colocar primero el a%ua y lue%o a%re%ar el cido con

cuidado.'!.F Htilizar cuidadosamente el material de /idrio para e/itar 1eridas por corte

'#.F -eer con atencin los rtulos o etiquetas de los frascos antes de usar su

contenido.

'M.F No calentar sustancias inflamables con llama directa, 1acerlo a aTo de

Kara.

'J.F Htilizar siempre la cantidad mnima de sustancia.

'=.F $onsultar al maestro en caso de dudas.

';.F $uando se utiliza lquidos inflamables, no debes 1acer fue%o cerca.

IU. Cuestionario

'. En una e6periencia en el laboratorio se quiere determinar la

entalpia molar de combustin del NO&%( cuando reacciona con el

o6%eno del aire se%n la reaccin

NO&%( 2 V O+ &%(NO+ &%(

, 24


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Fisico+u"mica

-a operacin la lle/aron a cabo en un calormetro que trabaa a

/olumen constante, conocido como bomba calorimtrica. -a

bomba contiene M=M % de a%ua y calor especifico del a%ua es

#,';# W?%$. No reportan su capacidad calorfica del calormetro

&3(. "ara determinarla, se quema una muestra de >,J:+ % de

%lucosa. -a temperatura del a%ua aumenta de +',=>$ 1asta

+M,++$7 en estas condiciones el calor liberado por la combustin

de la %lucosa es de 'M,M= 3W?%. $alcular la constante del

calormetro &3(.

& q liberado 2 q absorbido 8 > (

+. $onocida la capacidad calorfica de la bomba, colocan en ella un

/olumen de NO &%( &!> %?mol( equi/alente ',+M % y lo queman,

encontrando que la /ariacin de la temperatura es de >,=J $.

"ara la reaccin propuesta del problema anterior el /alor

calculado de la /ariacin de la ener%a interna7 H en 3W?mol fue

de

, 25


26/26

Fisico+u"mica

!. "ara la reaccin del problema ', el /alor calculado de la /ariacin

de la entalpia, en 3W?mol fue de

&

H8

F

Nrt7 8 ;,!'# W?mol 3(

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