inf. 02 termoquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERA DE MINAS, GEOLOGA Y METALURGIA

INGENIERA DE MINAS

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INFORME DE LABORATORIO N 02 DETERMINACIN DEL CALOR

ESPECFICO DE UN METAL, CALOR DE NEUTRALIZACIN Y CALOR DE

SOLUCIN

I. OBJETIVOS

Determinar el calor especfico de un metal.

Determinar el calor de solucin de cloruro de calcio.

Determinar el calor de neutralizacin del cido clorhdrico e hidrxido.

II. FUNDAMENTO TERICO

Se define capacidad calorfica molar (C) como la cantidad de calor (q), en

caloras, necesaria para aumentar un grado centgrado la temperatura de

una mol de sustancia. Si la masa considerada es un gramo, la capacidad

calorfica se denomina calor especfico. Las unidades respectivas usuales

son: cal.mol-1, cal.g-1.k-1, la ecuacin general se define la capacidad

calorfica es:

C = dq / dT

La capacidad calorfica y el calor especifico de las sustancias pueden

determinarse si el proceso se efecta a volumen o a presin constante,

designndose Cv y Cp respectivamente; sus valores varan en funcin a

la temperatura.

Para las medidas experimentales de la capacidad calorfica es necesario

recordar que el calor ganado debe ser exactamente igual al calor perdido,

por esta razn se debe conocer la capacidad calorfica del recipiente

donde se efecta la medida, puesto que tambin consume calor.

Se denomina calor de reaccin a la cantidad de calor desprendido (en las

reacciones exotrmicas). Y absorbido (en las reacciones endotrmicas),

durante las reacciones qumica son general los cambios calorficos

dependen de la naturaleza qumica de las sustancias que participan en la


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reaccin sea como reactivos o productos. Los otros factores que los

afectan son la concentracin, la temperatura y presin.

Los aparatos que se utilizan para determinar el calor de reaccin

denominan calormetros. El calor de una reaccin se denomina

calormetros. El calor de una reaccin se mide como su cambio de entalpia

(H), ya que se efecta de preferencia a presin constante y su valor

es igual a la diferencia de la suma de las entalpas de formacin de los

productos.

H = Hp - Hr

Por convencin, la entalpa molar de formacin de los elementos es igual

a cero en condiciones estandr de presin (1 atm ) y temperatura (25 C).

El cambio de entalpia de los n moles de una sustancia puede medirse a

volumen constante (U o E) a presin constante (H).

U = qv = n CvT

H = qP = n CpT

En general de acuerdo con la ley de HESS, los cambios de entalpa no

depnde del camino seguido por la reaccin, sino del estado final y del

estado inicial. La variacin del calor o cambio de entalpa (H) de una

reaccin qumica recibe denominaciones diferentes, segn la naturaleza

de la reaccin:

Calor de neutralizacin, calor de ionizacin, calor de combustin, calor de

formacin, calor de hidratacin, calor de precipitacin, etc.

La reaccin de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte se

reduce a la reaccin siguiente:


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H3O+(ac) + OH- (ac) 2 H2O(I)

III. MATERIALES Y REACTIVOS

- Calormetro adiabtico. - NaOH 1M.

- Termmetro. - HCl 1M.

- Probeta de 100 ml. - Hielo

- Vasos de precipitados de 250 ml. - Agua destilada.

- Esptula. - Cacl2 Solido

- Balanza. - Viruta de magnesio.

- Tubos de ensayo.

- Mechero de bunsen.

IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

4.1.- Determinacin de la capacidad calorfica del calormetro.

a) Colocar en el calormetro limpio y seco 50mL de agua destilada a la

temperatura ambiente r egistrarlo como (T1 C)

b) Inmediatamente agregar 50mL de agua helada a una temperatura

aproximada de 8 C, regstralo como (T2 C)

c) Cerrar hermticamente el calormetro con el tapo que lleva incorporado

un termmetro.

d) Agitar el calormetro hasta que la temperatura de la mezcla

permanezca constante y registrar esta temperatura de equilibrio como

(T3C)

e) Teniendo en cuenta que en un sistema adiabtico debe cumplirse:

Q sist =0

Q sist = q cedido + q ganado =0

q agua amb + q cal + q agua helada = 0

Identificar quienes(es) cede(n) calor y quien(es) la absorber(n)

Donde:

q agua = m Ce (Tf Ti)

q cal = C (Tf-Ti)

f) Determinar la capacidad calorfica (C) en J/C o Cal/C.


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4.2.- Determinacin del calor especifico de un metal.

a. En un calormetro limpio y seco colocar 100mL de agua, registre esta

temperatura como (T1C)

b. Pesar 15g del metal: virutas de magnesio en un tubo de ensayo.

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

volumen de agua.

d. Calentar el agua hasta que hierva usando el mechero, dejar hervir el

agua por unos 10 a 15 minutos y registrar la temperatura del agua

hirviendo como (T2C)

e. Luego transferir el metal al calormetro rpidamente, con ayuda de las

pinzas.

f. Cerrar el calormetro y agitar la mezcla por unos segundos, hasta que

la temperatura se vuelva constante, registre esta temperatura como

(T3C)

g. Con los datos medidos determinar el calor especifico del metal en

J/g.C o Cal/g.C.

4.3.- Determinacin del calor de neutralizacin del HCl y NaOH

A. En el calormetro limpio y seco colocar 50mL de NaOH 1 M.

B. Por otro lado medir 50mL HCl 1M en una probeta o vaso.

C. Agitar las soluciones hasta que ambas y por separadas adquieran la

misma temperatura inicial, registre esta temperatura como (T1C)

D. Verter rpidamente el cido sobre la base, tapar el calormetro y agitar

continuamente.

E. Anotar la temperatura ms alta observada como (T2C).

F. Considerando que la masa de la solucin es 100g (D=1g/mol) y su calor

especifico (Ce) es 1Cal/g. grado, calcular el calor de la neutralizacin

en KJ o Kcal y el calor molar de neutralizacin en KJ/mol de H2O o

Kcal/mol de H2O.(H o QN)


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Q sist = 0

q sol + q cal + qrx =0

qrx = - (q sol + q cal )

H = QN = qrx

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4.4.- Determinacin del calor de solucin del cloruro de calcio.

A. En el calormetro limpio y seco, colocar 100mL de agua a la

temperatura ambiente, registre esta temperatura como (T1C)

B. Pesar 6 g de CaCl2 slidos y agregarlos rpidamente al calormetro.

C. Cerrar el calormetro y agitar la mezcla por un minuto, registrar la

mxima temperatura alcanzada como (T2C).

D. Con los datos medidos determine el calor de solucin del cloruro de

calcio en KJ o Kcal y el calor de solucin molar en KJ/mol o Kcal/mol.

V. CALCULOS Y RESULTADOS

DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL

CALORIMETRO

DATOS

Agua al ambiente

V: 100ml = 100g

T1 : 18 C = Tcal

Agua helada

V: 100ml = m = 100g

T2:80C

Tf = T3 = Tmez = 140C

Calcular

qsist = 0

qsist = qagua amb + qagua hel= 0

Si qagua amb = mxCe(Tf Ti)

=100gx1Cal/g 0Cx(14-18)0C


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=-400Cal

Qagua hel = mxCe(Tf - Ti)

=100gx 1Cal/g0C (14 8)0C

=600Cal

REEMPLAZANDO

-400Cal + 600Cal + qcal =0

Qcal= -200Cal .. ecua 1

Qcal = Ccal(Tf Ti)

Ccal (14 -18)0C

Qcal = -4Cal

REEMPLAZANDO EN 1

-4Ccalor = -200Cal

Ccalori = 50Cal/0C

DETERMINACION DEL CALOR ESPECFICO DE UN METAL (Cemet)

DATOS

Agua = 200ml = 200g

T1 = 17.50C = Tcal

Metal: magnesio

mmg= 1.0072g

T2=880C

Tf=T3=Tmez=180C

Se sabe

Qsist=0

Qagua+qmetal+qcal=0 .. ecua 1

Qagua=mxCe(Tf-Ti)

=200gx1cal/g0C (18-17.5)0C

Qcal=Cecal (Tf-Ti)

=50cal/0C (18-17.5)0C

=25cal

Qmet=mxCemat(Tf-TI)

=1.0072g x Cemet(18-88)0C


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Qmet=-70.504 x Cemet

REEMPLAZANDO EN 1

100Ccal + 25cal 70.504xCemet=0

Cemet=1.77cal/g 0C

PARA COMPROBAR

Ley de dulang y petil (solo para metales que tienen mA40)

Cp=Cemet x mA =6.2cal/at-gx0C

mA=6.2/1.77 =3.58g/at-g

Mg=mA=24.3g/at-g

DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE HCl Y

NaOH

NaOH

V=100ml=100g

[NaOH]=0.1M

T1=200C

HCl

V=100ml=100g

{HCl}=0.1M

T1=200C

Mezclar

Tf=T2=Tmez=210C

Ccal=50cal/0C

Considerar la solucin=agua

=1g/ml

Ce=1cal/g0C

Calor de reaccin qumica de neutralizacin

HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

H+ + OH- H2O(l)

Qsist=0

Qre + qsol + qcalo =0

Qreac= -(qsol + qcal) ecua. 1

Qneutra.=qreacc /n H2O ..ecua. 2


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M= 100g + 100g = 200g

A) Qsol = qagua = mxCe(Tf Ti)

= 200gx1cal/g0C (21-20)0C

Qcal= 200cal

B) Qcal=Cecal (TF Ti)

Qcal=50cal/ (21-20)

Qcal=50caL

REEMPLAZANDO EN 1

QRX= -(200cal + 50cal)

= -250cal

Calculo del nH2O

NaOH

V=100ml = 0.1L n=MxV

{NaOH} = 0.1M n= 0.1mol/L x0.1L =0.01mol(NaOH)

NaOH + HCl NaCl + H2O

1mol NaOH -------------- 1mol H2O

0.01molNaOH ----------- X

X=nH2O =0.01mol

REEMPLAZANDO EN 2

Qneutro= 250cal/0.01molH2O

QH2O = -25Kcal/mol

DETERMINACION DEL CALOR DE SOLUCION DE CLORURUO DE

SODIO (CaCl2)

Agua

V=200ml

T1=180C

CaCl2

m =6.0416g

T2=Tm=T2=210C

Qsist=0


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Qsol + qsolv +qcal =0

Qsol= -(qsolv + qcal) ..ecua. 1

Qsol = qsolv /nCaCl2ecua.2

Solvente=agua

Qsolv=mxCe(Tf - Ti)

Qsolv=206.0416gxcal/g0C (21-18)0C

Qsolv=618.12cal

Qcalor=Ccal(Tf Ti)

=50cal/0C (21-18)0C

=150cal

REEMPLAZANDO EN 1

Qsolu= -(618.12cal + 150cal)

= -768.12cal

Calculo de n de CaCl2

n=m/M = 6.0416gxmol /111g =0.054mol

EN ECUCION 2

Qsolu= -768.12cal /0.054mol

Qsol= -14224.4 cal/mol


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VI. CONCLUCIONES

Se concluye que a mayor temperatura la solubilidad es directamente

proporcional a la temperatura.

Tambin se concluye que la temperatura de equilibrio est

comprendido entras las temperaturas de los reactantes.

VII. RECOMENDACIONES

se recomienda que antes d usar un reactivo se lea un bien la etiqueta

del frasco, el uso equivocado de un reactivo puede causar algn

accidente.

Por otra parte se recomienda que nunca se devuelva de nuevo el

reactivo sobrante al frasco.

Se recomienda que cuando se calienta una sustancias qumica en un

tubo de prueba, tenga cuidado de no dirigir la boca del tubo a su

vecino.

Tenga los materiales, equipos y el rea de trabajo siempre limpios.

VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS

Gaston Pons Musso FISICOQUIMICA 2008.

Frederick Lohgo QUIMICA GENERAL

Harry B. Gray PRINCIPIOS BASICOS DE LA QUIMICA.

Castellan G. Fisicoqumica 2da. Edicin. Ed. Fondo Educativo

Interamericano, EEUU, 1987, pg: 106, 144. 312-313;324,337


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IX. ANEXOS


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X. SOLUCIN DE PREGUNTAS

a. Enumere los objetivos especficos del experimento

1. Entalpia de neutralizacin.

2. Capacidad calorfica del calormetro.

3. Calculo del calor especfico del magnesio.

b. Defina reaccin exotrmica y endotrmica

Reaccion exotrmica: son aquellas reacciones en la cual se libera

calor.

Reaccion endotrmica: son aquellas reacciones en la cual para

realizarse debe absorben calor.

c. Qu es un proceso adiabtico? De un ejemplo

Es aquel proceso donde el sistema no recibe calor. Ejm. La expansin

de los gases producidos en las industrias como las aceras, refinacin,

etc.

d. Si se tienen dos calormetros similares y solo se determina la

capacidad calorfica de uno de ellos. Se podra decir que la

capacidad calorfica es la misma? por qu?.

Las capacidades no son las mismas debido a que en su fabricacin de

estas existen errores particulares para cada material.

e. Si las entalpias de formacin de estndar para los iones Zn+2 Y

Cu+2 a partir de los metales zinc y cobre son respectivamente: -

36,34 y 15,39 Kcal / mol. Calcular la entalpia para la reaccin:

Zn + Cu+2 a Zn+2 + Cu

Zn Zn+2 H = -36,34 Kcal/mol

Cu Cu+2 H = 15,39 Kcal/mo


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Zn Zn+2 H = -36,34 Kcal/mol

Cu+2 Cu H = -15,39 Kcal/mol

----------------------------------------------------------------

Zn + Cu+2 a Zn+2 + Cu H = -51,73 Kcal/mol

inf. 02 termoquimica

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