Universidad de Antioquia Laboratorio de fisicoquímica grupo miércoles 10 – 1 pm
Calor de neutralización INTEGRANTES
JOSE NICOLS C!"ON 11#$%$0&1
'(L C!IS)IN *EL
'!O+ESO!
LEON!,O -E)NC(! CS)!ILLON
MARCO TEORICO
E. esta pr/ctica se determi. el calor de .eutraliaci. para aquellas reaccio.es que i.2olucra. /cidos fuertes o débiles 3 se los 4ace reaccio.ar co. u.a base fuerte o débil5 'ara esto es .ecesario e.co.trar la capacidad calorífica del calorimetro aislado o 2aso de de6ar 3 se a proceder a 4allar la capacidad calorífica del sistema calorimétrico5 'ara e.te.der me7or es .ecesario co.ocer algu.os térmi.os co. los que se 2a a traba7ar como lo so.8
•
ENTALPA
Se defi.e por e.talpía a u. proceso e. el cual el calor despre.dido o absorbido se desarrolla a presi. co.sta.te5 Es la ca.tidad de e.ergía de u. sistema termodi./mico que éste puede i.tercambiar co. su e.tor.o5 'or e7emplo9 e. u.a reacci. química a presi. co.sta.te9 el cambio de e.talpía del sistema es el calor absorbido o despre.dido e. la reacci.5 :;<= p < mC p :)
•
ENTALPA !E LAS REACCIONES
La e.talpía de u.a reacci. es el cambio de e.talpía que se produce dura.te la misma5 Cua.do esta se lle2a a cabo e.tre reacti2os todos e. sus estados est/.dar 3 se da. productos tambié. e. sus estados est/.dar la e.talpía de la reacci. es :;<0
•
CALOR !E REACCI"N
El calor es la e.ergía que u. sistema i.tercambia co. otro o co. sus alrededores como co.secue.cia de u. gradie.te de temperatura5 Este calor se puede medir directame.te media.te
el uso de u. calorímetro> por lo ta.to5 'odemos medir la e.talpía de u.a reacci. 4acie.do que ésta se produca e. el i.terior de u. calorímetro 3 determi.a.do el ca lor de esa reacci.5
•
CALOR !E NEUTRALI#ACI"N
El calor de .eutraliaci. se e.tie.de como el calor ge.erado cua.do u. /cido reaccio.a co. u.a base para producir agua El proceso de .eutraliaci. compre.de ?.icame.te la combi.aci. del i. 4idroge.o e 4idro@ilo para formar agua .o io.iada
Cua.do u.a soluci. diluida de u. /cido fuerte se .eutralia co. u.a soluci. diluida de u.a base fuerte9 el calor producido e. la reacci. por mol de agua formada es co.sta.te e i.depe.die.te del /cido 3 la base empleada e. la .eutraliaci.9 como tambié. de su co.ce.traci.5 Cada 2e que ocurre u. cambio químico9 e@iste u. i.tercambio defi.ido de calor9 Aerma. ;ess demostr que el 2alor e.co.trado para este calor de reacci. es i.depe.die.te del cami.o seguido para realiarla9 segu.da le3 de la termodi./mica5 Las reaccio.es que ocurre. dura.te u. proceso puede. ser e.dotérmicas9 si absorbe. calor9 o e@otérmicas9 si despre.de. calor5 Los cambios e.dotérmicos se e@presa. co. sig.o positi2o9 3 los cambios e@otérmicos co. sig.o .egati2o9 de acuerdo co. la primera le3 de la termodi./mica5 El cambio de e.talpía ocurrido e. la reacci. directa es
[email protected] opuesto e. la reacci. i.2ersa5 Este efecto térmico es el mismo si. importar si la reacci. ocu rre e. u.a o 2arias etapas5 La mag.itud del cambio depe.de de la co.stituci.9 el estado físico de reacti2os 3 productos 3 de la e@presi. estequiometria5
!ATOS TA$ULA!OS
!eter%inación del C& del calor'%etro ()aso !e*ar+
Masa de a,ua caliente
-..,
Te%&eratura de a,ua caliente
B&5DC
Masa de a,ua /r'a
100g
Te%&eratura de a,ua /r'a
$#5DC
Te%&eratura /inal de equili0rio
&$5%DC
Calores de neutralización
Fol?me.es 3 co.ce.tracio.es de /cidos 3 bases empleados
Te%&eratura 1cidos 2 0ases
)olu%en (%l+
Molaridad (M+ Inicial
3inal
NaO4
100
05$
$51
0
4NO5
$B
05
$%5
0
NaO4
100
05$
$5B
$G5&
4COO4
$B
05
$#5
$G5&
NaO4
100
05
$#5%
05G
46SO7
$B
05
$%5
05G
Calor de solución
Masa de cloruro de a%onio
58..--9,
)olu%en de a,ua
G0mL
Te%&eratura inicial
$#5DC
Te%&eratura /inal
$#5$DC
CALCULOS : RESULTA!OS
´ !eter%inación de la ca&acidad calor'/ica ( C P recipiente +del reci&iente ()aso !e*ar+
−Q cal+ Q recp=Q fria
∑ QP=0
∑ ∆ H =0 i
∑ ∆ H i =0= ∆ H H
20 caliente
+ ∆ H H 2 O Frio + ∆ H Recipiente
´ pa ( T f −T i )+ m H 2 O C ´ pa ( T f −T i ) + C ´ p Recipiente ( T f −T i ) 0 =m H 2 O C
´ C p Recipiente =
´ p Recipiente = C
´ ( T −T ) −m ´ −m H 2 O C pa f i H 2 O C pa ( T f −T i )
( T f −T i ) Recipiente
−( 100 ) ( 1 ) ( 42.7−54.3 )−(100 )( 1 )( 42.7 −26.8 ) (42.7 −54.3 )
´ p Recipiente =37.06 cal.°C C
−1
,ecimos que la capacidad calorífica del recipie.te est/ e@presada e. calorías 3a que como calor especifico del agua usamos la co.2e.ci. de 09GG%GB calHgDCK 3 .o la de 7oule5
'ara e@presarlo e. 7oule9 como lo pide el i.forme9 debemos multiplicar por el factor de co.2ersi.9 3a que8 1 caloria= 4.184 Joules
'asa.do las u.idades de la capacidad calorífica del 2aso de6ar te.dríamos que8
´ p Recipiente =155.06 joules.°C C
−1
!eter%inación del calor de neutralización
,ado que es u. proceso adiab/tico8
∑ ∆ H =0 ∆ H Mezcla+ ∆ H Recipiente + ∆ H Reaccion=0
∆ H Reaccion=−∆ H Mezcla− ∆ H Recipiente
,i2idimos a ambos lados por mol de ;$O para obte.er el calor de .eutraliaci.
∆ H Reaccion mol H 20
=
−∆ H Mezcla− ∆ H Recipiente
∆ H Neutralizacion =
mol H 20
−∆ H Mezcla− ∆ H Recipiente mol H 20
15 Neutraliaci. e.tre NaO; 05$" 3 ;NO 05"
mbos so. reacti2os limites9 por lo que podemos tomar cualquiera de las $ moles de agua5
∆ H Neutralizacion =
−( 125 ) ( 1 ) (30 −27.7 ) −(37.06 )( 30 −27.7 ) 0.02
−1
∆ H Neutralizacion =−18636.9 cal.mol H 20
68 Neutraliaci. e.tre NaO; 05$" 3 ;COO; 05"
mbos so. reacti2os limites9 por lo que podemos tomar cualquiera de las $ moles de agua5
∆ H Neutralizacion =
−( 125 ) ( 1 ) (29.4 −27.65 )−(37.06 )( 29.4 −27.65 ) 0.02
−1
∆ H Neutralizacion =−14180.25 cal.mol H 20
58 Neutraliaci. e.tre NaO; 05" 3 ;$SO& 05#"
El reacti2o limite es el ;$SO&9 que forma 0501B moles de agua e. comparaci. a las 050 moles que forma el NaO;9 por lo que tomamos las 0501B moles del ;$SO&
∆ H Neutralizacion =
−( 125 ) ( 1 ) (30.9 −27 ) −(37.06 )( 30.9 −27 ) 0.015
−1
∆ H Neutralizacion =−42135.6 cal.mol H 20
78 ,isoluci. e.tre N;&Cl 3 ;$O
,ebemos calcular el cambio e. la e.talpía para 4allar el calor de disoluci. del N;&Cl e. agua9 para ello debemos te.er e. cue.ta el Cp del 2aso ,e6ar 3 aseme7ar el Cp del N;&Cl al Cp del agua 1K 3a que se forma u.a soluci. mu3 diluida5
∆ H Disolcion=
−( 93.00117 ) ( 1 ) ( 26.2−26.8 )−( 37.06 )( 26.2−26.8 ) 0.0561
−1
∆ H Disolcion=19391.03 cal.mol NH 4 C
El i.creme.to e. la e.talpía es positi2o9 3a que este u. proceso e.dotérmico Necesita calorK
ANALISIS !E LOS RESULTA!OS
-8 'odemos 2er que la .eutraliaci. libera u.a gra. ca.tidad de calor9 1##5G JHmol ;$O9 esto se debe a que es u. /cido fuerte 3 u.a base fuerte quie.es se est/. .eutralia.do9 como es .egati2o9 sabemos que el proceso es e@otérmico 3 por eso el cambio e. la e.talpía es .egati2o5
68 El calor liberado por la reacci. de .eutraliaci. es m/s pequeo que los otros dado que es u. /cido débil quie. se est/ .eutraliaci. co. u.a base fuerte9 por lo que la reacci. .o es ta. abrasi2a e. comparaci. a cua.do est/ prese.te u. /cido fuerte5 El proceso es e@otérmico5
58 El proceso es e@otérmico9 es decir9 libera calor pro2e.ie.te de la .eutraliaci. de los io.es O; de la base co. los ;M del /cido9 el cambio e. la e.talpía es muc4ísimo m/s gra.de e. comparaci. a los otros 3a que la molaridad del NaO; es m/s gra.de 3 te.emos como acido al ;$SO& que es u.o de los /cidos m/s fuertes 3 abrasi2os de todos5 La reacci. e. e@otérmica5
78 E. este proceso9 2emos que el N;&Cl se disuel2e e. agua9 el cambio e. la e.talpia se prese.ta como positi2o 3a que es u.a reacci. e.dotérmica9 es decir9 requiere de calor para lle2arse a cabo5
RESPUESTA A LAS PREGUNTAS !EL MANUAL
;8; Calcular el &orcenta
El calor de reacci. :; $BDC puede calcularse a partir de los respecti2os calores de formaci. :;f9 a saber8$K
NaO4
>79.8--7 ?<@%ol
4NO5
1%& P7Hmol
46SO7
G0G5$% P7Hmol
NaNO5
&#%5G0 P7Hmol
46 O
$B5 P7Hmol
Na6SO7
1%510 P7Hmol
Seg?. la ecuaci.
∆ H = H final− H inicial
,ebemos establecer la reacci. que se pla.tea co. /cido 3 base fuerte5
NaOH + HN O3 !NaNO3 + H 2 O
∆ H = ( (−467.90 ) + (−285.83 ) )−( (−470.114 ) +(− 174 ) ) =−109.616 "j / mol
−109.616
#rror =
#rror =
"j cal =−26181.33 mol mol
$ . O−$ . T % 100 $ .T
18636.9−2 6181.33 26181.33
% 100 =28.8
;87 Si la disolución de una %ol de N47Cl en a,ua se escri0e co%o N H 4 Cl + % H 2 O ! N H 4 Cl% H 2 O
BCu=l es el valor de en esta e&erienciaD
mol N H 4 Cl =3.00117 & %
mol H 2 O =90 & %
1 mol N H 4 Cl 53, 491 &
1 mol H 2 O 18 &
=0,0561 molN H 4 Cl!'
=5 mol H 2 O ! (
' .N H 4 Cl + ( H 2 O! N H 4 Cl. ( H 2 O
( )e H 2 O=
( 5 = =89.126 ' 0,0561
;8 BFu dice la le2 de 4ess so0re la adición de los calores de reacciónD
La le3 de ;ess dice que la 2ariaci. de e.talpia relacio.ada e. u.a reacci. química es igual si la comprobamos e. u.a sola etapa9 como si tie.e lugar e. 2arias5 Es decir que la suma de los :; de cada etapa de la reacci. .os dar/ u. 2alor idé.tico al :; de la reacci. cua.do se 2erifica e. u.a sola etapa5
Se basa e. que el calor i.2olucrado e. u.a reacci. química depe.de ?.icame.te del estado i.icial 3 fi.al del sistema 3 .o de los estados i.termedios que pueda. ocurrir dura.te u.a reacci.
;89 A&licando la le2 de 4ess 2 al,unos de los calores de neutralización Hallados8 Calcular la ental&ia de disociación de las 0ases o acido d0iles que e%&leo en las reacciones lo %is%o que &ara el 4SO7>8 Escri0ir las reacciones
NaOH + HCOOH ! NaCOOH + H 2 O
2 NaOH + H 2 * O4 ! N a2 * O 4 + 2 H 2 O
;M M O; Q ;$O :; disociaci. del ;$O < 1&105$B cal5 "ol1 ;M M ;SO& M $O; QSO&$ M $;$0 :; disociaci. del ;$S0& < 11$%%5G cal5 "ol1 $11$%%5Gcal5 "ol1K < 1 cal5 "ol 1
8- BFu es una &roceso adia0=tico iso0=rico isotr%ico isocóricoD
Proceso isobárico8
Es aquel proceso termodi./mico que ocurre a presi. co.sta.te5
Proceso adiabático8
Es aquel e. el cual el sistema ge.eralme.te9 u. fluido que realia u. traba7oK .o i.tercambia calor co. su e.tor.o5
Proceso isotérmico8
)ie.e lugar la m/@ima tra.sfere.cia de calor9 causa.do que la temperatura perma.eca co.sta.te5
Proceso isocórico8
)ambié. llamado proceso isométrico o iso2olumétrico9 es u. proceso termodi./mico e. el cual el 2olume. perma.ece co.sta.te> :F < 05 Esto implica que el proceso .o realia traba7o presi.2olume.5 ,o.de ' es la presi. el traba7o es positi2o9 3a que es e7ercido por el sistemaK5 (3)
86 En los tr%inos anteriores BCó%o clasi/icar'a los &rocesos de esta &r=cticaD
,ado que e. la pr/ctica se usa u. calorímetro aislado Faso ,e6arK para que .o se i.tercambie calor co. el e.tor.o 3 poder medir los calores de .eutraliaci. 3 soluci. adecuadame.te9 estamos 4abla.do de u. proceso adiab/tico5 dem/s9 el sistema ta.to arriba como aba7o est/ abierto a la atmosfera9 por lo que la presi. .o 2aría9 esto quiere decir que 4icimos el
[email protected] a presi. co.sta.te9 o sea9 isob/rico5
87 BCu=l es la di/erencia entre calor de solución 2 calor de disoluciónD
Calor de solución Es el calor i.2olucrado cua.do a u. soluto se le adicio.a u. sol2e.te5 Este calor depe.de de la ca.tidad9 de la .aturalea de los solutos 3 sol2e.te5 Es el calor ge.erado o absorbido cua.do cierta ca.tidad de soluto se disuel2e e. cierta ca.tidad de sol2e.te9 la ca.tidad represe.ta la difere.cia e.tre la e.talpia de la disoluci. fi.al 3 la ca.tidad de los reacti2os origi.ales5 &K
•
Calor de disolución El calor de disoluci. o e.talpia de disoluci. a presi. co.sta.teK :; soln es el calor ge.erado o absorbido cua.do cierta ca.tidad de soluto se disuel2e e. cierta ca.tidad de disol2e.te5 Co. el fi. de dismi.uir la co.ce.traci. de soluto9 es com?. que se libere o se absorba calor adicio.al5&K
8 BCó%o deter%inar'a en el la0oratorio la densidad de las %ezclas resultantes de las reacciones de neutralización 2 soluciónD
m )e.emos que la frmula de la de.sidad es ) = +
podemos emplear u. pic.metro9
que es u. i.strume.to de laboratorio que tie.e u. 2olume. defi.ido9 lle.a el pic.metro 4asta su aforo 3 3a te.dríamos el 2olume. de la mecla9 a4ora9 co.ocie.do la masa del
pic.metro9 podemos restarle esta masa a la masa del pic.metro M mecla9 co. lo que obte.dríamos la masa por u.idad de 2olume. de la mecla9 co. eso podemos calcular la de.sidad5
$I$LIOGRA3A
15 IN)!O,(CCIN fico$5pdf RI.ter.et5 Rcitado el $0 de agosto de $01#5 ,ispo.ible e.8 4ttp8HH6665geocities56sHtodolostraba7ossalloHfico$5pdf $5 )ablasdepropiedadestermodi.amicasT1$1$5pdf RI.ter.et5 Rcitado el $0 de agosto de $01#5 ,ispo.ible e.8 4ttp8HHdepa5fquim5u.am5m@Ham3dHarc4i2eroH)ablasdepropiedadestermodi.amicasT1$1$5pdf 5 física8 'roceso isocrico9 isob/rico9 adiab/tico RI.ter.et5 Rcitado el $1 de agosto de $01#5 ,ispo.ible e.8 4ttp8HHemmafisica5blogspot5com5coH$011H0Hprocesoisocoricoisobarico adiabatico54tml &5 Uo.a =uímica8 Calor de disoluci. RI.ter.et5 Rcitado el $ de agosto de $01#5 ,ispo.ible e.8 4ttp8HHo.aquimica5blogspot5com5coH$010H0#Hcalordedisolucio.3dedilucio.54tml
