Entalpia de Una Reaccion Quimica

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Laboratorio de Fisicoquímica I Facultad de Ingenier Ingeniería ía Química y Textil

CONTENIDO I) OBJETIVOS.

II) FUNDAMENTO TEORICO: 

Calorimetría.



Entalpía.



Enería li!re "e #i!!$.



Entropía.

III) TRATAMIENTO DE DATOS.

IV) CA%CU%OS. V) CONC%USIONES.

VI) RECOMENDACIONES.

VII) ES&UEMAS.

VIII) BIB%IO#RAFIA.

Entalpía de una reacción química

'

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Laboratorio de Fisicoquímica I Facultad de Ingeniería Química y Textil

I) OBJETIVOS: 

(allar el alor "e reai*n +,ímia a pre$i*n on$tante -() entre el mane$io -M)  el /i"o $,l01rio -(2SO3 ' M) ,$an"o el alorímetro "e 4ielo.



Utili5ar ,n m6to"o r/0io -m6to"o "e #i!in$on) para 4allar la "i0erenia "e 7ol1mene$ entre el a,a a 89 C  el 4ielo para po"er 4allar la entalpía "e la reai*n.



Cal,lar la$ "em/$ propie"a"e$ termo"in/mia$ omo la entropía  enería li!re "e #i!!$ a partir "el alor "e reai*n "etermina"o$ e;perimentalmente.

II) FUNDAMENTO TEeti7o "e 4allar la entalpía "e ,na reai*n. A"em/$ p,e"e ,$ar$e e$te 1ltimo onepto para "eterminar el ra"o "e "e$or"en o entropía  la enería li!re "e #i!!$. 

CA%ORIMETRIA: %a calorimetría $e enara "e me"ir el alor en ,na reai*n +,ímia o ,n am!io 0í$io

,$an"o ,n alorímetro. 

ENTA%=IA: %a Entalpía e$ la anti"a" "e enería "e ,n $i$tema termo"in/mio +,e 6$te p,e"e

interam!iar on $, entorno. =or e>emplo en ,na reai*n +,ímia a pre$i*n on$tante el am!io "e entalpía "el $i$tema e$ el alor a!$or!i"o o "e$pren"i"o en la reai*n. En ,n am!io "e 0a$e por e>emplo "e lí+,i"o a a$ el am!io "e entalpía "el $i$tema e$ el alor latente en e$te a$o el "e 7apori5ai*n. En ,n $imple am!io "e temperat,ra el am!io "e entalpía por a"a ra"o "e 7ariai*n orre$pon"e a la apai"a" alorí0ia "el $i$tema a pre$i*n on$tante. Matem/tiamente la entalpía ( e$ i,al a U ? pV "on"e E e$ la enería interna p e$ la pre$i*n  V e$ el 7ol,men. ( $e mi"e en >o,le. H = U + pV


2


C,an"o ,n $i$tema pa$a "e$"e ,na$ on"iione$ iniiale$ 4a$ta otra$ 0inale$ $e mi"e el am!io "e entalpía -@ (). ΔH = ΔE + P ΔV

%a entalpía rei!e "i0erente$ "enominaione$ $e1n el proe$o no$ entraremo$ en la$ $i,iente$:  Entalpía de reacción: E$ el alor a!$or!i"o o "e$pren"i"o ",rante ,na reai*n +,ímia a pre$i*n on$tante. - Entalpía de formación :

E$ el alor nee$ario para 0ormar ,n mol "e ,na $,$tania a pre$i*n on$tante  a partir "e lo$ elemento$ +,e la on$tit,en. 

ENER#IA %IBRE DE #IBBS: En termo"in/mia la energía libre de Gibbs -o entalpía libre) e$ ,n potenial

termo"in/mio e$ "eir ,na 0,ni*n "e e$ta"o e;ten$i7a on ,ni"a"e$ "e enería +,e "a la on"ii*n "e e+,ili!rio  "e e$pontanei"a" para ,na reai*n +,ímia -a pre$i*n  temperat,ra on$tante$). %o$ am!io$ en la enería li!re $e $im!oli5an omo @#  repre$enta la enería +,e +,e"a "i$poni!le para tra!a>o +,ímio 1til: @G  @ H  T @S En "on"e H e$ el onteni"o "e alor T e$ la temperat,ra  S e$ la entropía "el $i$tema. F,e "e$arrolla"a en lo$ ao$ '8 por el 0í$iomatem/tio e$ta"o,ni"en$e Gilliar" #i!!$. 

ENTRO=IA: En termo"in/mia la entropía -$im!oli5a"a omo S ) e$ la manit," 0í$ia +,e mi"e la parte

"e la enería +,e no p,e"e ,tili5ar$e para pro",ir tra!a>o. En ,n $enti"o m/$ amplio $e interpreta omo la me"i"a "e la ,ni0ormi"a" "e la enería "e ,n $i$tema. E$ ,na 0,ni*n "e e$ta"o "e ar/ter e;ten$i7o  $, 7alor en ,n $i$tema ai$la"o ree en el tran$,r$o "e ,n proe$o +,e $e "6 "e 0orma nat,ral. E$ta i"ea "e "e$or"en termo"in/mio 0,e pla$ma"a me"iante ,na 0,ni*n i"ea"a por Entalpía de una reacción química

H


R,"ol0 Cla,$i,$ a partir "e ,n proe$o ílio re7er$i!le. En to"o proe$o re7er$i!le la interal ,r7ilínea "e:

S*lo "epen"e "e lo$ e$ta"o$ iniial  0inal on in"epen"enia "el amino $e,i"o - δQ e$ la anti"a" "e alor a!$or!i"a en el proe$o en ,e$ti*n  T e$ la temperat,ra a!$ol,ta). =or tanto 4a "e e;i$tir ,na 0,ni*n 0-;) "el e$ta"o "el $i$tema S0 -= V T) "enomina"a entropía ,a 7ariai*n en ,n proe$o re7er$i!le entre lo$ e$ta"o$ '  2 e$:

CA%ORIMETRO DE (IE%O


3


III) TRATAMIENTO DE DATOS: H.') Dato$ e;perimentale$: •

TEM=ERATURA DE TRABAJO  8 9 C

•

=RESION DE TRABAJO  H.H mm(

•

MASA DE% MA#NESIO S<%IDO  8.8 



CON KCIDO SU%FLRICO (2SO3 -a) -'.8 M)



t -$)

V -m%)

8 28 38 8 8 '88

8 8.8' 8.8' 8.8' 8.82'H 8.823

t -$)

V -m%)

'28 '38 '8 '8 288 228 238

8.82 8.8H'' 8.8HH 8.8H 8.8H' 8.838 8.83HH

t -$) 28 38 8 8 88 28 38 8 8 88 28 38 8 8 88 28 38

V -m%) 8.'23 8.'2' 8.'2 8.'2 8.'H8 8.'H2' 8.'HH2 8.'H32 8.'H3H 8.'H3 8.'H 8.'H' 8.'H' 8.'H' 8.'H' 8.'H' 8.'H'

ADICIONANDO MA#NESIO -M): t -$) 28 28 H88 H28 H38 H8 H8 388 328 338 38 38 88 28 38 8 8


V -m%) 8.8HH 8.8 8.88 8.8HH 8.8H 8.83H 8.8H 8.88 8.82 8.8 8.'82 8.'83 8.''8 8.''H' 8.'' 8.''3 8.'28



UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Laboratorio de Fisicoquímica I Facultad de Ingeniería Química y Textil 88

8.'2H3

8

8.'H'

H.2) Dato$ !i!lior/0io$: •

DENSIDAD DE (IE%O A 8 C  8.'3 m%

•

DENSIDAD DE% A#UA A 8 C  8.  m%.

•

& FUSI
SUST!"# $%g&mol' ΔHo( %)cal&mol' H,S-.%ac' $g%s' $gS-.%ac' H,%g'

.8 23.H '28.H 2

2'.8 8 H2.H' 8

ΔSo %*&mol)'

28.'8 H2. '.8 'H8.3

"p %)cal&mol)'

8.2;'8 H-'H.'?'.T) .2? '.HH;'8 H T88T2 HH .2?';'8 T

IV) CP%CU%OS:

4.1) Elaborar un gráfco de nivel del líquido v. Tiem!o y tra"ar una línea recta a trav# de la !orcione inicial y fnal de la curva corre!ondiente a eto !eriodo.





Emplean"o el m6to"o "e /ic0inson $e 4alla el 7ol,men e;perimental para ello $e reali5a lo $i,iente: Tra5ar la r/0ia  reali5ar ,n a>,$te mínimo ,a"r/tio a a"a ,na "e la$ etapa$ "e la reai*n: 

Utili5aremo$ el pa+,ete e$ta"í$tio MINITAB '3 a) para la 5ona ' ————— 20/01/2008 15:39:32 ——————— Welcome to Minitab, press F1 for help.

Regression Analysis: Volumen (mL) versus tiemo (s) The regression equation is Volumen (mL) = .!"# $ .1!% tiempo (s)

&re'ictor onstant

oef .!"#1

* oef .1+1#


T +."+

& .1



UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Laboratorio de Fisicoquímica I Facultad de Ingeniería Química y Textil  = .%!-

/q = !.0

/q(a') = #.!0

Enontramo$ ,n oe0iiente "e !on"a" "e a>,$te "e Q el ,al no$ "ie +,e el  por iento "el 7ol,men "epen"e "el tiempo e$ "eir +,e n,e$tro a>,$te lineal e$ m, !,eno !) Rere$i*n no lineal para la 5ona 2  5ona H: ————— 21/01/2008 21:1!:3" —————————————— Welcome to Minitab, press F1 for help.

#olynomial Regression Analysis: Volumen (mL) versus tiemo The regression equation is Volumen (mL) = / .##- $ .#+- tiempo / .1 tiempo22% $ .1 tiempo223

 = .1-"-!+

/q = .!0

/q(a') = .#0

O!tenemo$ ,n oe0iiente "e !on"a" "e a>,$te "e .Q el ,al e$ m, alto el ,al no "ie +,e n,e$tro a>,$te no lineal e$ m, erano a la reali"a" "e lo$ p,nto$.





Fitted Li!e $ot

2olumen 0m3)   $.$'$ 5 $.$$$4' tiem!o  $.$$$$$1 tiem!o66 + 5 $.$$$$$$ tiem!o66 * $.14

, -,q -,q0ad)

$.$$1'&'( %%.(/ %%./

$.1+ # L m$.1$ " ! e m u $.$&  o V

$.$(

$.$4 +$$

*$$

4$$

$$

($$ '$$ tiempo

&$$

ETP

%$$ 1$$$ 11$$

E"U"#-!

Ki"o $,l01rio  .!"# $ .1!% t Ki"o $,l01rio on y = A 8.8IIF8 + 8.888I3F × t A 8.88888' × t 2 + 8.888888' M

=ara 4allar el 7ol,men $e "e!e enontrar ,n p,nto "on"e la$ pen"iente$ $ean i,ale$:. 

De la $e,n"a $erie:

y

= A 8.8IIF8 + 8.888I3F × t A 8.88888' × t 2 + 8.888888' × t H

De la primera $erie:  .!"#

$ .1!%

t

A4ora $e enontrara el p,nto "on"e la 7eloi"a" iniial e$ i,al a la 0inal en e$e p,nto $e ,mple +,e la primera "eri7a"a "e la e,ai*n "e la 5ona 2  H "e!e $er i,al a la pen"iente "e la e,ai*n "e la primera etapa e$ "eir: ∂ y ∂-A 8.8IIF8 + 8.888I3F × t A 8.88888' × t 2 + 8.888888' × t H ) = = 8.888'J2 ∂t ∂t Entalpía de una reacción química




Re$ol7ien"o e$ta e,ai*n "i0erenial "eri7an"o la 0,ni*n : 8.888I3F A 8.888882 × t + 8.888888H× t 2 = 8.888'J2

A4ora tenemo$ ,na e,ai*n "e $e,n"o ra"o re$o7ien"o o!tenemo$ : t = E'I.FJ

Reempla5an"o: =ara Se intro",>o el M en:

t = E'I.FJ $

t  238 $

V  8.'H2 m% V  8.83HH m%

 

ΔV = 112,, m3

4.+) 7alcular el volumen de 1 g de 8ielo y agua re!ectivamente y con ello el cambio de volumen en la 9ui:n de 1 g de 8ielo.  Por los datos bibliográficos sabemos: •

 4ielo  8.'3m%

•

 a,a  8.m%

 Calclo del !olmen: •

=ara el 4ielo: V (IE%O  '-8.'3m%)  '.8'2m%

•

=ara el a,a: V A#UA  '-8.m%) '.888'm%

- Calclo del cambio de !olmen" ∆V

 '.8'2m%  '.888'm% ∆V

= 11244m3

4.*) 7on lo dato ex!erimentale calcular el calor liberado cuando 1 mol de ;g e diuelve en <+,=4 01.$;) Entalpía de una reacción química

'8




Del ra0io: V = 112,, m3

 Calclando la masa del #ielo fndido : orre$pon"iente a la 7ariai*n "el 7ol,men en el r/0io '  "e 4ielo 

→

→

8.8''m%

112,, m3

; = 414,156 g

 Cálclos del calor liberado: & TOTA% m (IE%O ; %FUSION & TOTA%  414,156g ; .al & TOTA%  7188,96 cal 

Del e;perimento:

 Calclando $as moles de magnesio : Ma$a "e M +,e reaiona  8.8  n  m RECCIONA  M M n  8.8   -23.8H' mol) n  8.8823 mol.  Calclo del calor molar de la reacción: ' mol

→

& MO%AR

8.8823 mol.→ 7188,96 cal : molar = 9,91884 )cal


''


4.4) 7alcular el cambio de ental!ía de reacci:n a la tem!eratura de $> 7 con la ecuacione dada en la introducci:n te:rica. 7om!arar ete valor con el ex!erimental y determine el error. 

Cal,lo "e la entalpía "e reai*n -e;perimental): ∆ ( REACCIONmolar 

&molar

∆ ( REACCION  <9,91884



)cal&mol

Cal,lamo$ el ∆ (0 -Entalpía "e 0ormai*n  te*rio):

 Se1n la reai*n: (2SO3 -a) ? M-$)

→

MSO3 -a) ? (2 -)

 Te*riamente $a!emo$ +,e: ∆ ( 0 

 ( =RODUCTOS  ( REACTANTES..............................-')

∆( 0

 ∆(0 M SO3 ? ∆ (0 (2  ∆ ( 0 (2SO3  ∆(0 M ∆(0

 H2.3 ?8 ? 2'2.8H 8

H( = <44995 )cal & mol

 Se1n la e,ai*n: T 2

∫ [∑ n Cp - prodctos ) − ∑ n Cp -reacti!os)]dT

∆ H 2FH.'I = ∆ H f − 

i

i

%

i

T ' 2FH.'I

∆ H 2FH.'I = −''H.HF +

∫ -J.J2 + E';'8

AI

T + HH − -J.2 + '.HH;'8 A H T A JFE88T

A2

+ 8.2II;'8 A H-'HM.' + '

2ME.'I

Re$ol7ien"o $e o!tiene ∆ H 2FH.'I = −''3.8HJ ValOmol 

Cal,lo "el Q "e error:

Q ERROR  W -∆( TEORICO 

∆( E=ERIMENTA%)


∆( TEORICO W ; '88Q

'2


QERROR W -''3.8H X -<9,91884))  -''3.8H) W; '88Q  E>>-> = 5488274.7 

4.) ?eterminar ∆ ,@ !ara la reacci:n etudiada 0exot#rmica).  De la reai*n -e;perimental): ∆ S REACCION  ∆ ( REACCION  ∆ S REACCION  <

T

9,91884al  2H.' 

∆ S REACCION = <447,5., al

 

 Te*rio: (2SO3 -a) ? M-$) 2ME.'I

∫  

∆S = ∆S + 

2FH.'I

C p

=∑

ni Cpi P'*+,CT*S

38.3M

+

∫

2FH.'I

∆S = ∆S =

3.H)

38.3M 3H.H'

MSO3 -a) ? (2 -)

n Cp   dT T 

2ME.'I

∆S =

→

−

∑n

%

 HH.HEI −   T

+ ( HH.HEI $n T − cal mol &

Cp % 'E(CT()TES

8.8833 '

+

JFE88

T

H

 dT  

− HHM88 T − ) 8YYY

8.8833'T

2

2ME.'I 2FH.'I

(allar el am!io "e enería li!re "e i!a$ "e la reai*n a la$ on"iione$ "e tra!a>o.

 De la e,ai*n -e;perimental):

∆G = ∆ H < T .∆S ∆G  <9,91884 al  -2H.')- <1,.68al) ∆G = 918 al  Te*rio:


'H


∆S

∆S ? +

=

2ME.'I

∆S  ∆S 9 ? n ∫

2FH.'I

@@@@

2ME .'I

∫

2FH .'I

n.Cp T

∂T

 2F.8EI2 JFE88  − 8.88332 + H T  T

∆G = ∆ H <

   ∂T 

T .∆S

∆S  38.' ? 8.8838 -2.H3H) ∆S  38.' almol. @@@@

∆G = ∆ H <

T .∆S

∆G  ''3.8H al. mol X -2H.')-38.')almol. ∆G = '2.'' al. mol.

V) CONC%USIONES: 

El error o!teni"o en el /l,lo "e la entalpía "e reai*n e$ "e!i"o a +,e to"o el alor li!era"o en la reai*n "el mane$io no e$ emplea"o en la 0,$i*n "el 4ielo a +,e parte "el alor li!era"o $ale "el $i$tema o al am!iente en e$te a$o en el la!oratorio.



E$ po$i!le $a!er $i ,na reai*n e$ e;ot6rmia o en"ot6rmia por me"io "e la r/0ia 7ol,men 7$. tiempo on $*lo $a!er la 7ariai*n "e lo$ pen"iente$. Con re$peto la parte iniial.



%a pre$i*n no in0l,e $ini0iati7amente $o!re ∆( "e reai*n "e!i"o a +,e lo$ am!io$ "e pre$i*n -7ariaione$ "e pre$i*n) $on "e 7alor m, pe+,eo pero la temperat,ra $i in0l,e "r/$tiamente $o!re la

∆(

"e reai*n  $e p,e"e 4aer lo$ pre7io$ /l,lo$ para $,

"eterminai*n. H reacción = ( %T'


'3

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Con la entropía po$iti7a  la enería "e #i!!$ neati7a $e loro "emo$trar +,e la reai*n entre

el

/i"o $,l01rio  el mane$io e$ ,na reai*n e$pont/nea  on la entalpía

neati7a no$ "ie +,e e$ "e tipo e;ot6rmio -li!era alor). 

=o"emo$ 7eri0iar +,e para 7alore$ "e ∆ H neati7o$  ∆S po$iti7o$ ∆G Siempre $er/ neati7o in"epen"ientemente "e la temperat,ra.



El 4ielo $e 0,n"e "e!i"o a +,e en el !,l!o en "on"e o,rre la reai*n entre el /i"o $,l01rio  el mane$io $e pro",e alor "e!i"o a +,e e$ ,na reai*n e;ot6rmia - li!era alor )  e$te 4e4o e$ el re$pon$a!le "e +,e el 4ielo $e 0,n"a.



El alor pro",i"o en la reai*n 7a "i$min,en"o 4a$ta 4aer$e ero e$to $e "em,e$tra por+,e el 7ol,men "e 4ielo 7a "i$min,en"o 4a$ta "on"e a no p,e"a ma$ 0,n"ir$e por el 4e4o "e +,e a no 4a enería -alor) para $e,ir "erriti6n"olo. $a entropía de la solción fe positi!a esto compreba .e en n proceso irre!ersible la entropía de n sistema aislado debe amentar .



En la e;perienia ,no "e lo$ po$i!le$ errore$ e;perimentale$ $e "e!e a +,e no to"o el alor pro",i"o en la reai*n on el mane$io  el ai"o $,l01rio $e emple* en 0,n"ir el 4ielo a +,e no era ,n $i$tema totalmente ai$la"o p,e$to +,e parte "e alor $e "i$ipa al me"io am!iente.



%a reai*n o,rre en 0orma e$pont/nea  por tal ra5*n no 4emo$ re+,eri"o "e nin1n atali5a"or a"em/$ al iniio "e la reai*n el alor "e 0ormai*n e$ alto  7a "i$min,en"o 4a$ta 4aer$e ero "e$p,6$ "e termina"a la reai*n.

VI) RECOMENDACIONES:


'


VII) ES&UEMAS:

Repre$entai*n "e la !alan5a analítia para l,eo pe$ar M -8.8. a 8.'2.).

%lenan"o el 7a$o "e polietileno on 4ielo.


'


Calorímetro "e 4ielo on 7a$o "e polietileno "e 2 ml. De apai"a".

VIII) BIB%IO#RAFIA: %EVINE IRA.

Fí$io X &,ímio. Vol,men '. =/.: 2 H   ''H ''3

J4on =err

Man,al "e Ineniería &,ímia. =/. H38 H H' H23

Páginas de internet :  AttpB&&Cebboo0nistgoD&cAemistr& 

ZZZ.e.,4ile.l[roromanpa\2 ENTRO=IA .(TM



e$.Zi]ipe"ia.orZi]iEntropía\-termo"in/mia)


'

Entalpia de Una Reaccion Quimica

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