laboratorio de fisicoquimica de termoquimica

7/23/2019 laboratorio de fisicoquimica de termoquimica

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Laboratorio de Fisicoquimica I Cdigo: MA-08hrs F.Q. I-(A)

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SANMARCOS

FACULTAD DE QUIMICA E INGENIERIA QUIMICA

E.A.P. INGENIERIA QUIMICA

Laboratorio de Fisicoqumica I

Prctica de Laboratorio N!

TERMOQU"MICA

INTEGRANTES

Dagnino Reyes Eric Bryan

PRFESR!

Francisco Torres Dia"

Fec#a de rea$i%aci&'! #$ de Se%tiembre

Fec#a de e'tre(a! && de Se%tiembre

&'#$ ( II

#


2/25


)NDICE

Introduccin.3

Resumen..4

Marco Terico..5

Detalles experimentales.8

Tabla de datos y resultados.1

!"lculos1#

$n"lisis de resultados18

!onclusiones y recomendaciones...1%

!uestionario.#

&iblio'ra()a#3

$pendice...#4

INTRODUCCI*N

&


3/25


$ nuestro alrededor* los ob+etos ,ue obser-amos siempre est"n su+etos a

ciertos cambios* es decir* existen* en una trans(ormacin constante

trans(ormacin ,u)mica o ()sica/* estas trans(ormaciones o reacciones est"n

acompa0adas de cambios trmicos. $simismo estas -ariaciones de calor ,ue

puede ser utili2ado para reali2ar al'n traba+o/ ,ue ocurren durante una

trans(ormacin ,u)mica* son estudiadas por la termo,u)mica.

or tanto* la termo,u)mica posee una utilidad muy amplia* pues todas las

reacciones ,u)micas mani(iestan una 'anancia o prdida de calor* ,ue tambin

puede mani(estarse como traba+o.

or ello* -isto desde una perspecti-a industrial* con la termo,u)mica la cual

se apoya en la primera ley de la termodin"mica* es decir* en el principio 'eneral de

la conser-acin de la ener')a./ se e-alan* las entrop)as y entalp)as* para anali2ar

,ue reacciones son (a-orables para un determinado proceso ,u)mico industrial.

or e+emplo* la termo,u)mica es til en el estudio de los enlaces ,u)micos y

suministra el material necesario para el estudio termodin"mico de los e,uilibrios,u)micos. Tambin* con ella se puede conocer el calor de combustin de uncombustible* o en la medicina para conocer el poder calor)(ico de las 'rasas*a2cares y prote)nas* como constituyentes ener'ticos de los alimentos.

RESUMEN

)


4/25


l ob+eti-o principal de esta pr"ctica de laboratorio es determinar el cambio

trmico ,ue acompa0a a las reacciones ,u)micas.

6as condiciones del laboratorio (ueron las si'uientes7

95: mm;'* T #

n el transcurso de los experimentos y consultando con libros lle'amos a la

conclusin ,ue un "cido y una base (uerte reaccionan despidiendo una 'ran

cantidad de ner')a. sta se puede medir tomando en cuenta los estados (inales

e iniciales de sus componentes. ara ello recurrimos a la medida de capacidad de

calor ()sica del sistema completo mediante el mtodo del calor)metro*utili2ando la

(rmula utili2ada de la 'u)a.

l error porcentual obtenido se debe por -arios (actores como7

6a pesada del &i(talato de otasio

>aloraciones inexactas con la tcnica del 'oteo

Materiales parcialmente aseados y secos

Medidas Inexactas del Termmetro.

?l c"lculo del !alor de @eutrali2acin principal Ab+eti-o del xperimento/ se

obtu-o mediante los datos obtenidos en el 6aboratorio y la (ormula terica

obtenida en la 'u)a* su error se debe a los aspectos ,ue -eremos a continuacin.

MARCO TE*RICO+

*


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TERMOQUMICA

Rama de la (isico,u)mica ,ue determina la cantidad de calor absorbida o

liberada en procesos de cambio ,u)mico o ()sico. Biempre ,ue se lle-a a

cabo una trans(ormacin ,u)mica* Cay un cambio trmico* dependiendo ste

de la naturale2a* condicin ()sica y cantidad de reactantes.

TIPOS DE REACCIONES TERMOQUMICAS

Be pueden clasi(icar ba+o dos conceptos7

De acuerdo al calor in-olucrado* se clasi(ican en reacciones exotrmicas* en

las ,ue Cay liberacin de calor* y reacciones endotrmicas* en donde se

presenta absorcin de calor.

De acuerdo al proceso ,u)mico in-olucrado* el calor puede ser de

neutrali2acin* solucin* Cidratacin* dilucin* (ormacin* reaccin*

combustin* etc.

CALOR DE REACCIN:

Todas las reacciones ,u)micas* -an acompa0adas de un e(ecto calor)(ico.

ste e(ecto puede ser medido a presin o a -olumen constante* en el primer

caso se mide la -ariacin de ener')a interna y el traba+o* en tanto ,ue en el

se'undo caso solo se mide la -ariacin en ener')a interna. l calor de una

reaccin exotrmica* tiene con-encionalmente si'no / y el de una

endotrmica si'no E/.

6os calores de reaccin se miden en calor)metros a presin o -olumen

constante . en ellos se aplica un balance de calor.

$


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F'anado Fperdido

Fm!e T

Dnde7

m7 masa de sustancia.

!e7 calor especi(ico de la sustancia.

T7 cambio de temperatura de la sustancia.

Caor de reacci! a "oume! co!sta!te.-

Bi la reaccin se produce a -olumen constante proceso iscoro/* el traba+o

exterior es nulo.

n donde se Ca llamado F- al calor ,ue inter-iene en una reaccin ,u)mica a

-olumen constante* y como se puede comprobar es la -ariacin de ener')a

interna del proceso.

Caor de reacci! a #resi! co!sta!te.-

Bi la reaccin ,u)mica transcurre en un recipiente abierto* el -olumen puede-ariar* pero la presin permanece constante proceso isbaro/ ara calcular

la -ariacin de ener')a interna* GH* del proceso utili2amos la si'uiente

(rmula* y llamamos Fp al calor de reaccin a presin constante* nos ,ueda7

+


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CALOR DE NEUTRALIZACIN:

Hn tipo de calor de reaccin es el de neutrali2acin de "cidos y bases .

cuando se usa soluciones diluidas de "cidos y bases (uertes * la nica

reaccin ,ue se produce es la (ormacin de a'ua a partir de los iones ; E y A;

* de acuerdo a la ecuacin 7

@aE A;ac/ E;E!lac/ ;#Al/E@aE!lac/ H18=13.7Kcal /mol

H25=13.36Kcal/mol

!uando al'uno de los electrolitos no es (uerte yo cuando se usan soluciones

concentradas* este -alor -aria ya ,ue inter-ienen los calores de ioni2acin y

de dilucin.

DETALLES E,PERIMENTALES+

,


8/25


PRIMERA PARTE:

1. CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO

$rme el e,uipo como se muestra en la (i'ura.

!olo,ue 15 ml de a'ua de ca0o en el termo y el mismo -olumen de

a'ua Celada entre # y 8J/ en la pera.

Tome las temperaturas exactas de ambas a'uas* e inmediatamenteabra la lla-e de la pera y de+e caer el a'ua Celada* mida la temperatura

cada 1 se'undos* a'itando constantemente* anote la temperatura

cuando sta tome un -alor constante.

-

TRMKMTRAR$ D

D!$@T$!IA@

TRMA

$LH$ ;6$D$


9/25


SEGUNDA PARTE:

2. DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE LA

SOLUCION.

Determine las concentraciones exactas de ambas soluciones* -alorando

la base con bi(talato de potasio y el "cido con la base. !alcule las

concentraciones corre'idas.

!alcule los -olmenes de @aA; y de ;!l necesarios para producir la

neutrali2acin* tales ,ue sumados den 3ml use las concentracionescalculadas en a/.

Becar por completo el (rasco termo y colocar en ste* el -olumen de

base calculado* y en la pera el -olumen de "cido. Mida las temperaturas

exactas de ambas soluciones* de+e caer el "cido sobre la base y mida la

temperatura cada 1 se'undos Casta ,ue lle'ue a una temperatura la

cual no -arie y lue'o anote.

TA-LA DE DATOS Y RESULTADOS+1) Condicion! d "#$o%#&o%io

presin temperatura % HR95:mm;' # %9 =

.


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2) D#&o! '(%in"!:

Capacidad calorfica del calormetro:

Temperatura del agua fra $0.%&CVolumen de agua fra en el termo '0 mTemperatura del agua helada 8.& CVolumen de agua helada en la pera '0 mTemperatura de equilibrio '.*&C

+em#eratura cada segu!dos:

Tiempo transcurrido temperatura

0 s $0.%& C s ',.%& C

'0 s '8.& C ' s '*.*& C $0 s '%.*& C $ s '%& C 0 s '.*& C

Determinacin del calor de neutralizacin:

asa del biftalato 0.0'gVolumen de la base ! titulacin 8.80 mVolumen de la base " titulacin '$.* mVolumen del HCl para titular mVolumen de neutralizacin HCl * mVolumen de neutralizacin #a$H $ mTemperatura acido $.&CTemperatura de la base $.&C+em#eratura cada segu!dos

Tiempo transcurrido Temperatura0 $. $.

'0 $.% ' $. $0 $.'$ $.%

#'


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0 $.8

*) D#&o! &+%ico!:

&! Capacidad Calorfica del Calormetro:

Ce1

cal

gC

Densidad del agua 'Te 15.7 C

&" Calor de #eutralizacin de 'olucin (&"# de #a$H con solucin (&)# deHCl:

*eso equi+alente del biftalato $0.$$#ormalidad del ,cido apro-& 0.8#ormalidad de la base apro-& 0.$

CALCULOS

./ C.*.C0D.D C.1$R230C. D41 '0'T4.:a&!/ Determinando el balance del calor:

m Ce (TeTh )=C (TfTe)

##


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Datos:

m=150 g

Ce=1 cal

g C

Te=15.7 C

Th=8.4 C

Tf=20.6 C

Reemplazando:

150g 1 cal

g C (15.7 C8.4 C)=C (20.6 C15.7 C)

1507.3 cal C=

C (4.9)

223.47cal

C=C

a&"/ Capacidad calorfica de todo el sistema:

C=C +m Ce

Reemplazando:

#&


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C=223.47cal

C+150 g 1

cal

g C

C=373.47cal

C ..()

5/ C.1$R D4 #46TR.107.C08#:

a/ Calculando la normalidad modificada del #a$H:

NNaOH= Wbiftalato(g)

Peq .biftalato(g/mol) gastoNaOH(L)

Datos:

Wbiftalato=0.4031 g

Peq .biftalato

=204.22g

gastoNaOH=8.8ml

Reemplazando datos:

NNaOH= 0.4031(g)

204.22

(g /mol)8.8

ml

1L

1000ml

NNaOH= 0.4031(g)

1797.136

1000(g L /mol)

#)


14/25


NNaOH=0.4031

1.7971(mol /L)

NNaOH=0.2243(mol /L)

b/ Calculando la normalidad corregida del HCl:

VHCl NHCl=VNaOH NNaOH

Datos:

VNaOH=12.75ml

NNaOH=0.2243(mol /L)

NHCl=

VHCl=3ml

Reemplazando datos:

3m lN HCl=12.75ml 0.2243(mol /L)

NHCl=0.9533(mol/L)

#*


15/25


c/ calculando el +olumen de #a$H 9 de HCl necesarios para

producir la neutralizacin:

De la parte b/:

en 15.95 ml de solucin neutrali2ada Cay 3 ml de ;!l y 1#.95 ml de @aA;.

Calculando la relacin:

15.75mlsol .3mlHCl

300mlsol VolHCl

VolHCl=3ml 300ml

15.75ml

VolHCl=57.14ml

VolHCl=57ml

or o ta!to e "oume! de /a1 2 $ m

d/ calculando el calor de neutralizacin:

!=C(T2T1)

"

#$


16/25


d&!/ calculando T1 promedio de temperaturas del acido 9

de la base/:

#$ome%iotem#e$at&$as=23.3C+23.5 C

2

#$ome%iotem#e$at&$as=23.4 C

d&"/ calculando el n;mero de moles:"=VNaOH NNaOH=VHCl NHCl

Calculando con el HCl:

"=VHCl NHCl

"=57ml 1L

1000ml0.95

mol

L

"=0.05mol

Calculando con el #a$H:

"=VNaOH NNaOH

"=243ml 1L

1000ml0.22

mol

L

#+


17/25


"=0.05mol

d&/ de la ecuacin &?> cal@AC

d&?/ la temperatura equilibrio es T2 / = "B&)A C

Reemplazando en:

!=C(T2T1)

"

!=373.47

cal

C(25.8 C23.4 C)

0.05mol

!=373.47(2.4)

0.05

cal

mol

!=896.328

0.05

cal

mol

!=17926.56 cal

mol

#,


18/25


!=17.93K cal

mol

ANALISIS DE RESULTADOS

'$$o$=Valo$Teo$icoValo$'(#e$ime"talValo$Teo$ico

100

Reemplazando datos:

'$$o$=14.3617.93

14.36100

'$$o$=3.5714.36

100

'$$o$=24.86

.n,lisis:

.

l porcenta+e de error tiene si'no ne'ati-o / lo ,ue indica ,ue el -alor

obtenido es mayor al -alor terico* sea un error por exceso* este error sedebe a ,ue los -olmenes no (ueron exactos.

#-


19/25


sta ci(ra tan ele-ada de error es debido a mucCos (actores ,ue in(luyeran

en la pr"ctica como son las condiciones en ,ue se traba+. !omo por

e+emplo al momento de Callar la concentracin del ;!l se acab la solucin

de @aA; ,ue ten)amos en la buretra y tu-imos , llenar otro -olumen de

nue-o y al'n error nos causo eso.

Co'c$/io'e/ YRECOMENDACIONES

C$#C16'0$#4'

!uando en una reaccin la temperatura inicial de los reactantes es menor* ,ue

al producir la reaccin es exotrmica caso contrario endotrmica.

l calor de reaccin de neutrali2acin es constante e independiente de la

naturale2a del "cido o base esto en reacciones de "cidos y bases (uertes/ ya

,ue estos se disocian totalmente comprende la combinacin del in Cidro'eno

con el Cidroxilo para (ormar a'ua no ioni2ada. l calor de descomposicin de un compuesto ,u)mico es numricamente i'ual

a su calor de (ormacin* pero de si'no opuesto.

l tipo de calor de reaccin se puede determinar por las di(erencias ,ue ocurra

de temperatura entre un reacti-o y otro** y la temperatura cuando ambos

reaccionan.

R4C$4#D.C0$#4'

!olocar exactamente las cantidades de a'ua necesarias para la obtencin dela capacidad calor)(ica del calor)metro* as) como tambin las temperaturas del

a'ua (r)a y a'ua Celada.

Tomar las temperaturas adecuadamente tratando de ,ue no suba por e(ecto

del medio ambiente* esto ocurre si sacamos el termmetro del calor)metro.

#.


20/25


$l momento ,ue -a a reali2ar la titulacin se debe a0adir unas cuantas 'otas

de (enol(tale)na para poder obser-ar el cambio de coloracin de la sustancia.

n titulacin pesar exactamente el bi(talato de potasio y anotar el -olumen de

a'ua destilada* en la ,ue se disuel-e el bi(talato* para tener exactamente la

concentracin del bi(talato ya ,ue de esto dependen tambin las

concentraciones del "cido y base* titular adecuadamente (i+"ndose en el punto

de e,ui-alencia

CUESTIONARIO+

1., E'("ic#% $%-n& !o$% "o! di!&in&o! &i(o! d c#"o%! d n&%#"i/#cion

6os calores de neutrali2acin pueden determinarse por mediciones calorimtricasdirectas* a partir de mediciones en serie e(ectuadas sobre soluciones deconcentraciones (initas ,ue ro'resi-amente se -an diluyendo y extrapolando adilucin in(inita. Be indican a continuacin* al'unos -alores de calores deneutrali2acin basados en tal procedimiento7

HCl(ac)+LiOH(ac) LiCl(ac)+H2O ) H (25* C)=13680cal

HNO3(ac)+KOH(ac)KNO3 (ac)+H2 O ) H (25* C)=13675cal

H2

+O4 (ac)+KOH(ac)K2 +O4 (ac)+H2 O ) H (25 * C)=13673 cal

Absr-ese ,ue el calor de neutrali2acin de "cidos (uertes con bases (uertes ensolucin diluida* es pr"cticamente constante cuando 1 mol de a'ua se (orma en lareaccin. 6a explicacin de este CecCo reside en ,ue tanto los "cidos como lasbases (uertes y sus sales deri-adas est"n completamente disociadas en susrespecti-os iones cuando se Callan en solucin acuosa su(icientemente diluida.Desde este punto de -ista* una solucin diluida de ;!l consiste solamente en

&'


21/25


iones ;E y !l en solucin acuosa y similarmente* una solucin diluida de @aA;consiste en iones @aE e A; en solucin acuosa. Despus de la neutrali2acin* lasolucin restante contiene solamente iones @aE y !l .

2., E!$"/c# "# %"#ci+n n&% 0 0U (#%# n# %#cci+n n 3#! 4#!o!#5 d&%in " 0 0U (#%# "# o$&nci+n d" #oni#co # (#%&i% d !!"n&o! n 3#! 4#!o!#.

Hna -e2 ,ue se Ca determinado , se puede determinar H usando la

si'uiente ecuacin7

H$eacci-"* = ,$eacci-"

* +(PV)

ara reacciones ,ue solamente in-olucran a slidos y l),uidos* ,(PV) y

H . , .

Bi al'uno de los reactantes o productos son 'ases* se puede i'norar el pe,ue0ocambio detemperatura ,ue se produce en el experimento del calor)metro y

(PV)= ( "/T)="/T

De modo ,ue7 H$eacci-"

* = ,$eacci-"* +(PV)

Donde " es el cambio en el nmero de moles de 'as de la reaccin 'lobal.

!onsideremos una reaccin en la ,ueN

2(g ) eH

2(g ) se disocian en "tomos* y

los "tomos se recombinan para (ormar NH3 (g) .

Be muestran los cambios de entalp)a asociados con las etapas indi-iduales y conla reaccin total7


22/25


1

2N

2(g )

+3

2H

2(g)

NH3 (g)

*., Indi6 " (%ocdiin&o # !4i% (#%# d&%in#% " 0 d n# %#cci+n #&(%#&%#! di3%n&! d "# !&7nd#%.

6a entalpia de cada reactante y producto a la temperatura T esta relacionada consu -alor #%8.15 N ,ue tiene en cuenta la ener')a suministrada para calentar lasustancia Casta la nue-a temperatura a presin constante

6a primera inte'ral indica una O-ariable mudaP ,ue* por lo dem"s es i'ual a latemperatura. sta notacin es necesaria por,ue T aparece en el limite superior dela inte'ral. ;#%8.15/ es la entalpia absoluta a 1 bar y #%8.15 N. Bin embar'o*como no Cay -alores nicos de las entalpias absolutas * es til combinar lasecuaciones similares de los reactantes y productos con el (in de obtener lasi'uiente ecuacin para la entalpia de reaccin a la temperatura T7

&&


23/25


-I-LIOGRAFIA

1. 8i%9 ENCICLOPEDIA DE TECNOLOGA QUMICAa. 1Q dicin en espa0ol* Hnin Tipo'r"(ica ditorial ;ispano

$mericana

#. Mic%o!o3& Enc#% 2;;>*,2;;? Mic%o!o3& Co%(o%#&ion.

3. MARON @ PRUTTONi. FUNDAMENTO DE FISICOQUIMICAii. d. 6imusa* @orie'a ditores* 1%%:.iii. "'s. ::5* :995.

. Cttp7.-axaso(tare.comdocSedu,uicalorespC#o.pd(

5. ANDBOO8 OF CEMISTR AND PSICSa. 84T; DITIA@ * D !R! RBB #3 #4


24/25


AP0NDICE

1)# & ) * $ + ,

'

$

#'

#$

&'

&$

tiem%o /s Tem%eratura

EPERIENCIAN1

tiem%o0s1Tem%eratura0231

' &'4+

$ #.4+#' #-4$

#$ #,4,

&' #+4,

&$ #+

)' #$4,

&*


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2)

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tiem%o /s Tem%eratura

EPERIENCIA N2

tiem%o0s1Tem%eratura0231

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#' &)4+#$ &*4$

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laboratorio de fisicoquimica de termoquimica

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