Universidad Mayor de San simón
IXOYE
CALORIMETRÍA II
Nombre: Chuncho
Coronel Fernando
Carrera: ING. Industrial
Practica: Nº 5
Grupo:
De 6:45- 9:30
Asignatura: Laboratorio de fisicoquímica
Fecha de entrega:
03 de Julio 2011
Cochabamba – Cochabamba – Bolivia Bolivia Facultad de Ciencias y tecnología
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IXOYE
CALORIMETRÍA II 1. OBJETIVOS. 1.1. GENERAL. Determinar los valores de diferentes tipos de calores de la calorimetría.
1.2. ESPECÍFICOS. - Determinar el valor del calor de neutralización.
- Determinar el equivalente en agua del calorímetro. - Determinar el valor del calor de combustión de una muestra.
2. FUNDAMENTO TEÓRICO.
Calorimetría
Es la parte de la termología que estudia la medida del calor de los cuerpos. Todos los cálculos de la calorimetría se fundamentan en los siguientes principios: Cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas distintas el mas caliente cede calor al frio hasta que ambos quedan a una temperatura intermedia de las que tenían al principio. el calor ganado por un cuerpo es exactamente igual al cedido por el otro.
Usos de la Calorimetría.
-La Calorimetría indirecta se basa en la proporcionalidad que existe entre el consumo de oxígeno (O2) y la producción de dióxido de carbono (CO2). Es posible determinar el costo energético de una actividad específica estimando el consumo de oxígeno del sujeto por un período determinado mientras la lleva a cabo. - Uso de la Calorimetría y Análisis Térmico en biomedicina, en la tecnología de alimentos, en el control de calidad, en el desarrollo de nuevos materiales y en el estudio de suelos.
Calorímetro Convencional Adiabático
El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura se comprueba con el termómetro. Si se conoce la capacidad calorífica del calorímetro (que también puede medirse utilizando una fuente corriente de calor), la cantidad de energía liberada puede calcularse fácilmente. Cuando la fuente de calor es un objeto caliente de temperatura conocida, el calor específico y el calor latente pueden ir midiéndose según se va enfriando el objeto. Facultad de Ciencias y tecnología
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En el calorímetro adiabático; en el caso ideal, sin pérdidas, no existe transferencia de calor entre el calorímetro y el medio, de tal modo que todo calor comunicado al calorímetro se emplea en producir un cambio de estado del material que contiene. Conociendo el grado en que el calorímetro adiabático real se aparta del caso ideal, es decir, pudiendo evaluar con precisión las pérdidas de calor, se hace posible determinar la cantidad de calor que se ha añadido, que se deduce directamente a partir de la temperatura de fusión o vaporización del cuerpo calorímetro.
Constante de enfriamiento de un calorímetro.
La constante de enfriamiento de un calorímetro es la constante que indica cuán efectivo es el calorímetro y cuanto tiempo podrá permanecer conservando el calor y sin cambiar de temperatura.
Equivalente en agua del calorímetro
Cuando un líquido contenido en un calorímetro recibe calor (energía) la absorbe, pero también la absorben las paredes del calorímetro. Lo mismo sucede cuando pierde energía. Esta intervención del calorímetro en el proceso se representa por su equivalente en agua: su presencia equivale a añadir al líquido que contiene los gramos de agua que asignamos a la influencia del calorímetro y que llamamos "equivalente en agua". El "equivalente en agua" viene a ser "la cantidad de agua que absorbe o desprende el mismo calor que el calorímetro".
Procesos endotérmicos y exotérmicos.
En los cambios físicos y químicos se consume o se libera energía. La cantidad de energía que se requiere para fundir un sólido recibe el nombre de calor de fusión. La cantidad de energía que se requiere para hervir un líquido se llama calor de vaporización. Cuando la transformación se lleva a cabo a presión constante, el calor involucrado recibe el nombre de entalpía. Tanto la fusión como la vaporización requieren de energía para llevarse a cabo, por lo tanto son endotérmicos. En los procesos opuestos, la condensación y la congelación, se libera energía: son exotérmicos.
Calor específico.
Se define calor específico c como la cantidad de calor que hay que proporcionar a un gramo de sustancia para que eleve su temperatura en un grado centígrado. En el caso particular del agua c vale 1 cal/(g ºC) ó 4186 J(kg ºK). La unidad de calor específico que más se usa es cal/(g ºC) sin embargo, debemos de ir acostumbrándonos a usar el Sistema Internacional de Unidades de Medida, y expresar el calor específico en J/(kg·K). El factor de conversión es 4186.
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Calor de Combustión.
Es la razón entre la cantidad de calor (Q) que suministrada por determinada masa (m) de un combustible al ser quemada, y la masa considerada.
Qc...calor de combustión (en cal/g) Qc = Q/m
Calor de neutralización de ácidos y bases.
El calor de neutralización es el calor intercambiado en la reacción de un ácido con una base a una dada temperatura y presión, para formar un mol de agua. Por ser un DH reacción, su valor depende de: · La naturaleza química del ácido y base utilizados · Sus concentraciones · La temperatura En el caso de los ácidos y bases fuertes muy diluidos, el calor de neutralización puede considerarse independiente de la naturaleza química de los reactivos debido a que cuando reaccionan, oxhidrilos y protones ya se encuentran solventados. Así, la reacción es siempre la misma: H3O+ + OH- à 2H2O DH neutralización A 25ºC y una atmósfera, el calor de esta reacción es de aprox. –13,7Kcal/mol.
3. DESARROLLO DE LA PRÁCTICA. 3.1. MATERIALES Y REACTIVOS.
Calorímetro Cronometro Alambre de cobre Fuente de poder Ácido Benzoico Termómetro Prensa. Balanza Agua Balde Hidróxido de sodio Carbonato de sodio Ácido clorhídrico Agua destilada Oxígeno
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3.2. ESQUEMA DE LOS EQUIPOS.
3.3. PROCEDIMIENTO. Proceso 1: Determinar Calor de Neutralización
Pesar un volumen determinado de una solución de hidróxido de sodio (50 o 100 ml.) 0.1 N y medir su temperatura. Pesar un volumen determinado de una solución de ácido clorhídrico (50 o 100 ml) 0.1 N; esta solución introducirla en un calorímetro y medir su temperatura. Agregar al calorímetro la solución de Hidróxido de sodio y tapar. Tomar el tiempo en el cual la solución en el calorímetro alcanza el equilibrio térmico. Esta temperatura corresponde a la temperatura final aparente del sistema. Considerando la constante de enfriamiento, calcular la temperatura final real del sistema. A través del balance de calor correspondiente, determine el calor de neutralización de la reacción desarrollada.
HCl NaOH NaCl H 2 O
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Proceso 2: Determinación del calor de combustión de una muestra (Bomba Calorimétrica) Determinación del equivalente en agua del calorímetro ( )
Se puede utilizar como muestra patrón el ácido Benzoico. Pesar un alambre de cobre de aproximadamente 10 cm. Preparar la muestra en forma de pastilla, utilizando una prensa pastilladora. Pesar la pastilla de ácido benzoico. Abrir la bomba calorimétrica y poner la cabeza de la bomba en su soporte. Introducir 2 ml. De agua destilada en la bomba calorimétrica. Introducir 2 litros de agua destilada en el balde, en el que sumergirá la bomba calorimétrica. Sujetar la pastilla a la bomba, asegurando adecuadamente el alambre de cobre a los soportes respectivos. Cerrar la bomba calorimétrica, poniendo la cabeza de la bomba en su respectiva rosca. Cerrar la salida de oxígeno de la bomba. Introducir oxígeno a la bomba a una presión próxima de 25 atm. Introducir la bomba al interior del balde que contiene los 2 litros de agua destilada. Conectar la bomba a la fuente de tensión y tapar el calorímetro. Poner a funcionar el agitador del sistema y medir la temperatura inicial del agua. Producir la combustión del ácido benzoico haciendo funcionar la fuente de poder. Medir la temperatura final del agua, luego del proceso de combustión. Destapar el sistema, desalojar el oxígeno de la bomba calorimétrica. Pesar los residuos del alambre de cobre. Titular con carbonato de socio, el líquido residual de la bomba calorimétrica, utilizando un indicador. El balance calorífico es: -Calor cedido = Calor ganado El calor cedido, corresponde a la combustión del ácido benzoico, la del cobre y la formación del ácido nítrico. El calor ganado, corresponde al agua y al colorímetro.
masa de calorimetr o Ce del calorímetr o etermine el
equivalente del
calorímetro , tomando en cuenta que:
Proceso 3: Determinación del calor de combustión de una muestra
Determine el calor de combustión de una mustra orgánica, siguiendo el procedimiento anterior (utilizando la muestra en reemplazo del ácido benzoico) y considerando el equivalente en agua del calorimetro.
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4. DATOS, CÁLCULOS Y RESULTADOS. Proceso 1 Calor de neutralización.Datos: Masa probeta del ácido = 224.80gr. Masa de la probeta + el ácido = 321.90 gr. Masa de la base = 97.60 gr. Masa de la probeta de la base = 45.7 gr. T acido =23.25°C T base = 23.19°C T final aparente = 23.64°C Tiempo final = 40.80 seg. 1 min t 40.80 seg 0.68[min] 60 seg
T fa
T a
T fr T a
e
23.64 26
T fr 26 T fr
αt
e
9 ,80*10 5 0.68
23.64C
Q HCl M HCl C HCl T fr T 0
Q HCl
95.38 * 0.829 23.64
Q HCl
35.58
Q NaOHl
Q NaOH
Q NaOH
Qcal
Qcal
Qcal
23.19
cal
M NaOHl C NaOH T fr
265.08cal
97.1 * 7 23.64
T 0
23.25
T fr T 0 HCl
134,9423.64
23.19
60.72cal
Qneut Q HCl Q NaOHl Qcal Qneut 35.58 265.08 60.72 Qneut 361,38cal
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Proceso 2: Determinación del equivalente en agua del calorímetro.Datos: Masa pastilla + alambre = 0.5971 gr. Masa alambre = 0.0432 gr. Masa restos alambre = 0.0254 gr. T inicial = 22.70°C T final = 24.12°C V neutralizar = 0.8 ml AH Ac.benzoico =- 3226.7kJ/mol Masa pastilla + alambre – masa alambre = masa pastilla = 0.5539 gr. Masa alambre – masa restos alambre = masa cobre = 0.0178 gr. 1mol 3 m pas til la 0.5539 gr 4.54 10 mol 122 gr H Cu 1.6
mCu
kcal 1000cal 4.184 J mol
1 KJ
1kcal 1cal 1000 J 1mol 4 0.0603 gr 9.57 10 mol 63 gr
H HNO 3 41.35
kcal 1000cal 4.184 J
mol 1kcal 1cal 1l 4 volumen 0.8ml 8 *10 l 1000 ml N 1V 1 N 2V 2
1 KJ 1000 J
n º eq (0.1)(8 *10 4 ) n º eq 8 *10 5 8 *10 5 eq Q ac.benzoico Q ac.benzoico Q ac.benzoico
1mol 1eq
8 *10
5
mol
M AH ac.benzoico Ac.benzoico 4.54 *10
kJ
14.65
3
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mol
3226.7 kJ
mol
kJ mol
6.614
kJ mol
170.94
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Q alambre.Cu Q alambre.Cu Q alambre.Cu
Q HNO
3
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M AH alambre.Cu alambre.Cu 4 9.57 *10 mol 6.614 kJ mol 3 6,35 *10 kJ
M AHf HNO HNO 3
Q HNO
8 * 10
5
mol
3
170.9409 kJ
3
Q HNO
mol
kJ
0.0137
3
Qcal
Qcal
Qcal
T f T 0
24.12 22.70 1.42 cal
Qcal 1.42cal
Q H 2O Q H 2O Q H 2O
4.184 J 1cal
1kJ 1000 J
5.94 *10
3
kJ
M C (T T ) H 2O H 2O f O
1.9936 *1(24.12 22.70)
2.831kJ
Q Q Q Q Q ac.benzoico AlambreCu HNO3 cal H 2O
14.65 6.35 *10 3 0.0137 5.94 *10 3 2.831 π 1993,106 Proceso 3: Determinación del calor de combustión de una muestra.Datos: Masa galleta = 0.74 gr. Masa alambre = 0.0652 gr. Masa galleta + alambre = 1.382 gr. Masa restos = 0.0323 gr. T inicial = 23.24°C Facultad de Ciencias y tecnología
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T final = 24.76°C V neutralizar = 0.8 ml Masa galleta + alambre – masa alambre = masa galleta = 1.317 gr. Masa alambre – masa restos alambre = masa cobre = 0.0329 gr. kcal 1000cal 4.184 J 1 KJ H Cu 1.6 6.614kJ mol mol 1kcal 1cal 1000 J 1mol mCu 0.642 gr 0.01mol 63 gr H HNO3 41.35
mol
1l
vo 0.8ml N 1V 1
kcal 1000cal 4.184 J
1kcal
8 *10
1000ml
4
1cal
1 KJ 1000 J
l
N 2V 2
n º eq (0.1)(8 *10 4 ) n º eq 8 *10 5 8 *10 5 eq
1mol 1eq
Qalambre.Cu
Qalambre.Cu
Qalambre.Cu
8 *10
0.01mol
6.614 kJ
kJ
Q HNO
Q HNO
M HNO AHf HNO
Qcal
Qcal
1993.106 24.76
Qcal
3
8 *10
5
3
170.9409 kJ mol
mol
kJ
0.0137
3
T f T 0
23.24
cal
3029.52
Qcal 3029.52cal
Q H 2O
mol
0.06614
3
mol
M alambre.Cu AH alambre.Cu
Q HNO
3
5
Q H 2O
Q H 2O
4.184 J 1cal
1kJ 1000 J
M H 2O3 C H 2O (T f T O )
1.9936 *1(24.76 23.24)
3.03kJ
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kJ
12.68
kJ mol
170.9409
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Qcal Q H O Q gal leta 0.06614 0.0137 12.68 3.03 Q gal leta 15.63kJ Q gal leta Q Alam breCu Q HNO3
Q gal leta
15.63
QCgall
Q galleta
2
m gal letaQCgall
0.74QCgall
kJ gr
21.12
21.12
KJ gr
1000 J 1kJ
1cal 4.184 J
5047.80 cal gr
4.1. Resultados: Calor de neutralización
-361.38(Cal)
Equivalente en agua del calorímetro
1993.106
Calor de combustión de una muestra
5047.80 cal/gr
5. OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES Los resultados obtenidos en esta práctica fueron bastante coherentes sin embargo, como se utilizaron varios instrumentos, un mejor manejo de ellos hubiera permitido más certeza en los valores.
6. BIBLIOGRAFIA. Páginas Web: http://www.hverdugo.cl/calorimetria.htm http://ciencia21.freeservers.com/informes/neutra.htm http://www.kalipedia.com/glosario/calor-combustion.html?x=1193 http://www.textoscientificos.com/energia/combustibles/teoria-combustion
7. CUESTIONARIO.
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