Prácticas de Química Física ELENA BORREGO BLANCO – 2º A
DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE NEUTRALIZACIÓN
Objetivo
Determinación del calor asociado al proceso de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte.
Fundamentos teóricos
La mayoría de las reacciones químicas que se llevan a cabo van acompañadas por un cambio de energía debido a la absorción o liberación de calor. El calor, lo definimos como la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos que se encuentran a diferentes temperaturas. Casi todas de las reacciones que se producen, se realizan a una presión, P, constante, por lo que el calor absorbido o cedido durante el proceso, será igual a la variación de entalpia de la reacción,
.
En general, este este calor de reacción no no solo depende de la naturaleza química de de
cada producto y cada reactivo, sino también de sus estados físicos. Dependiendo del valor de la variación de la entalpia, podemos podemos determinar si nuestra reacción es endotérmica o exotérmica. En las reacciones endotérmicas, se produce una absorción de energía; mientras que en las reacciones re acciones exotérmicas se produce una liberación. En esta práctica, llevaremos a cabo el proceso de neutralización de un ácido fuerte, el ácido nítrico (HNO3) con una base fuerte, el hidróxido de sodio (NaOH). Esta reacción se producirá en un calorímetro, un recipiente aislado térmicamente del exterior, es decir, un sistema adiabático. En este instrumento, una reacción exotérmica provoca un aumento de temperatura del sistema, mientras que una endotérmica conduce a una disminución de la temperatura. De esta ma manera, nera, se puede determinar experimentalmente ∆H de reacción midiendo a P constante la variación de temperatura que la reacción produce cuando se lleva a cabo en un recipiente adiabático. a diabático. Este procedimiento se denomina calorimetría. Una reacción química de neutralización es aquélla en la cual reacciona un ácido con una base obteniéndose una sal y agua. El calor de neutralización es definido definido como el calor producido cuando un ácido es neutralizado por una base. El calor de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, es aproximadamente constante, debido a que estos compuestos compuestos están totalmente disociados disociados en sus soluciones diluidas. Esto provoca que en todas las neutralizaciones de este tipo el único cambio responsable del efecto efecto térmico, sea la reacción de los iones iones hidratados hidrógeno con los hidroxilos para la formación de agua no ionizada.
El calor producido por la reacción de neutralización viene definido por la ecuación:
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( ) Donde , es la capacidad calorífica del sistema, compuesto por la disolución final, las paredes del calorímetro, termómetro, agitador, etc. La reacción química que se produce durante la práctica se puede representar como:
Desarrollo experimental
Esta práctica la comenzamos preparando dos disoluciones: una de 250 ml de hidróxido de sodio 0.25 M y otra de 200 ml de ácido nítrico 0.25 M. Para llevar cabo la preparación de la disolución de ácido clorhídrico, calculamos el volumen necesario de esta sustancia para conseguir obtener una disolución de 200 ml de ácido clorhídrico 0.25 M. Una vez calculado y con ayuda de una probeta vertimos la cantidad necesaria del ácido en un matraz aforado de 200 ml. Después, enrasamos con agua hasta alcanzar la línea de nivel. Para la realización de la disolución de hidróxido de sodio, se llevó a cabo el mismo procedimiento. Calculamos la cantidad necesario del compuesto para obtener una disolución de 250 ml de hidróxido de sodio 0.25 M y una vez calculado, con una probeta vertimos la cantidad necesaria en un matraz aforado de 250 ml y enrasamos con agua. A continuación, vertimos la disolución de hidróxido de sodio en el calorímetro, limpio y seco, cerramos su tapa y esperamos a que su temperatura se estabilizará. Una vez estabilizada anotamos la temperatura alcanzada. Después, vertimos en un matraz Erlenmeyer de 250 ml la disolución de ácido nítrico y lo pesamos en una granatario. Tras la pesada, medidos la temperatura del ácido en el matraz y dejamos que se estabilizará hasta que alcanzó una temperatura muy próxima a la de la disolución de la base en el calorímetro. Cuando la disolución tuvo la temperatura deseada la añadimos rápidamente y con cuidado al calorímetro. Agitamos para homogeneizar la disolución y esperamos hasta que de nuevo se estabilizará la temperatura. Posteriormente, pesamos el matraz Erlenmeyer en el granatario para poder calcular así el número de moles de ácido añadidos al calorímetro. Por último, le introducimos una cantidad determinada de calor al sistema mediante energía eléctrica (Weléctrica) suministrada por un voltímetro. Esta energía causó una variación de temperatura similar a la producida en la reacción de neutralización. Esto lo realizamos para poder calcular la capacidad calorífica del sistema, , cuya ecuación es;
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Cálculos
Reacción de neutralización:
Preparación de la disolución de NaOH
Preparación de la disolución de HCl
Número de moles de NaOH y HCL que reaccionan
Al ser el ácido nítrico un ácido fuerte en sus disoluciones se encuentra totalmente disociado. Por lo tanto, se cumple que:
Al tratarse de una base fuerte, se encuentra totalmente disociada en la disolución y como consecuencia:
Determinación de reactivo limitante
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Prácticas de Química Física ELENA BORREGO BLANCO – 2º A Tras este cálculo, el reactivo limitante es el ácido nítrico debido a que para que reaccionen 0.0625 mol de hidróxido de sodio necesitamos 0.0625 mol de ácido nítrico y en la reacción solo hay 0.05 mol de este compuesto. Esto nos indica que cuando todo el ácido haya reaccionado todavía habrá una cierta cantidad de hidróxido de sodio sin reaccionar. Peso matraz Erlenmeyer con la disolución de HNO3: 307.27 g Peso matraz Erlenmeyer vacío:107.77 g Masa de HNO 3 presente en la reacción:
VARIACIONES DE TEMPERATURAS EN EL CALORIMETRO T (K) Colorímetro + NaOH
293
Disolución HNO3
293
Disolución HNO3 + NaOH
294.6
Medidas tras la introducción de la energía eléctrica (
Tiempo:
)
Intensidad: Voltaje: Cálculo de la entalpia de neutralización
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( )
Para calcular el posible error cometido en la medición de la entalpia de neutralización de la reacción, tenemos que saber que el valor verdadero de esta entalpía lo podemos conocer si sabemos los valores reales de la entalpias estándar de formación de los compuesto que participan en la reacción
El valor real de le entalpia de neutralización de la reacción es:
Ahora calculamos el error cometido en la medida de la entalpia de neutralización en nuestra experiencia mediante la ecuación:
| | | |
Por lo tanto la entalpia de neutralización es:
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Discusión de resultados
Tras llevar a cabo los cálculos, hemos podido determinar que la reacción de neutralización del ácido nítrico con el hidróxido de sodio es una reacción exotérmica, debido a que hemos obtenido una entalpia de neutralización negativa. Esto provoca que la temperatura del sistema aumente. Por eso, la variación de temperatura calculada es positiva. Este aumento de la temperatura del sistema, se debe a que en las reacciones exotérmicas se libera calor al entorno, lo que provocaría en un sistema abierto o cerrado un descenso de la temperatura, pero en esta
práctica hemos trabajado con un
sistema adiabático o aislado que impide la trasferencia tanto de energía como de materia al exterior. Lo que conlleva, a que la energía liberada durante la reacción se transforme en energía térmica aumentando la temperatura de nuestro sistema.
Conclusiones
Tras realizar todos los cálculos, hemos obtenido que la entalpia de la reacción de neutralización es:
El error cometido durante la práctica ha sido muy elevado lo que nos indica que el valor obtenido para la entalpia de neutralización de la reacción está muy alejado del valor verdadero. Esta elevada diferencia se puede deber a diferente factores, como por ejemplo; que los instrumentos que utilizamos no estaban debidamente secos y limpios, a pequeños aportes de calor transferido por la manipulación de los instrumentos, etc.
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