Inf. 02 Termoquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTÚNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA INGENIERÍA DE MINAS

INFORME DE LABORATORIO Nº 02 “DETERMINACIÓN DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL, CALOR DE NEUTRALIZACIÓN Y CALOR DE SOLUCIÓN” I.

II.

OBJETIVOS 

Determinar el calor específico de un metal.



Determinar el calor de solución de cloruro de calcio.



Determinar el calor de neutralización del ácido clorhídrico clorhídrico e hidróxido.

FUNDAMENTO TEÓRICO Se define capacidad calorífica molar (C) como la cantidad de calor (q), en calorías, necesaria para aumentar un grado centígrado la temperatura de una mol de sustancia. Si la masa considerada es un gramo, la capacidad calorífica se denomina calor específico. Las unidades respectivas usuales son: cal.mol-1, cal.g-1.k-1, la ecuación general se define la capacidad calorífica es:

C = dq / dT La capacidad calorífica y el calor especifico de las sustancias pueden determinarse si el proceso se efectúa a volumen o a presión constante, designándose Cv y Cp respectivamente; sus valores varían en función f unción a la temperatura. Para las medidas experimentales de la capacidad calorífica es necesario recordar que el calor ganado debe ser exactamente igual al calor perdido, por esta razón se debe conocer la capacidad calorífica del recipiente donde se efectúa la medida, puesto que también consume calor.

Se denomina calor de reacción a la cantidad de calor desprendido (en las reacciones exotérmicas). Y absorbido (en las reacciones endotérmicas), durante las reacciones química son general los cambios caloríficos dependen de la naturaleza química de las sustancias que participan en la

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reacción sea como reactivos o productos. Los otros factores que los afectan son la concentración, la temperatura y presión.

Los aparatos que se utilizan para determinar el calor de reacción denominan calorímetros. El calor de una reacción se denomina calorímetros. El calor de una reacción se mide como su cambio de entalpia (∑▲H), ya que se efectúa de preferencia a presión constante y su valor es igual a la diferencia de la suma de las entalpías de formación de los productos. ▲H = ∑▲Hp - ∑▲Hr

Por convención, la entalpía molar de formación de los elementos es igual a cero en condiciones estandár de presión (1 atm ) y temperatura (25 °C). El cambio de entalpia de los “n” moles de una sustancia puede medirse a volumen constante (▲U o ▲E) a presión constante (▲H). ▲U = qv = n Cv▲T ▲H = qP = n Cp▲T En general de acuerdo con la ley de HESS, los cambios de entalpía no depnde del camino seguido por la reacción, sino del estado final y del estado inicial. La variación del calor o cambio de entalpía (▲ H) de una reacción química recibe denominaciones diferentes, según la naturaleza de la reacción: Calor de neutralización, calor de ionización, calor de combustión, calor de formación, calor de hidratación, calor de precipitación, etc. La reacción de neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte se reduce a la reacción siguiente: 2


H3O+(ac) + OH- (ac) → 2 H2O(I)

III.

MATERIALES

Y

REACTIVOS

- Calorímetro adiabático.

- NaOH 1M.

- Termómetro.

- HCl 1M.

- Probeta de 100 ml.

- Hielo

- Vasos de precipitados de 250 ml.

- Agua destilada.

- Espátula.

- Cacl2 Solido

- Balanza.

- Viruta de magnesio.

- Tubos de ensayo. - Mechero de bunsen.

IV.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 4.1.- Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro. a) Colocar en el calorímetro limpio y seco 50mL de agua destilada a la temperatura ambiente r egistrarlo como (T1 ºC) b) Inmediatamente agregar 50mL de agua helada a una temperatura aproximada de 8 ºC, regístralo como (T2 ºC) c) Cerrar herméticamente el calorímetro con el tapo que lleva incorporado un termómetro. d) Agitar el calorímetro hasta que la temperatura de la mezcla permanezca constante y registrar esta temperatura de equilibrio como (T3ºC) e) Teniendo en cuenta que en un sistema adiabático debe cumplirse: Q sist =0 Q sist = q cedido + q ganado =0 q agua amb + q cal + q agua helada = 0 Identificar quienes(es) cede(n) calor y quien(es) la absorberá(n) Donde: q agua = m Ce (Tf –Ti) q cal = C (Tf -Ti) f) Determinar la capacidad calorífica (C) en J/ºC o Cal/ºC.

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4.2.- Determinación del calor especifico de un metal. a. En un calorímetro limpio y seco colocar 100mL de agua, registre esta temperatura como (T1ºC) b. Pesar 15g del metal: virutas de magnesio en un tubo de ensayo. c. Introducir el tubo de ensayo en un vaso grande que contiene 2/3 de su volumen de agua. d. Calentar el agua hasta que hierva usando el mechero, dejar hervir el agua por unos 10 a 15 minutos y registrar la temperatura del agua hirviendo como (T2ºC) e. Luego transferir el metal al calorímetro rápidamente, con ayuda de las pinzas. f.

Cerrar el calorímetro y agitar la mezcla por unos segundos, hasta que la temperatura se vuelva constante, registre esta temperatura como (T3ºC)

g. Con los datos medidos determinar el calor especifico del metal en J/g.ºC o Cal/g.ºC.

4.3.- Determinación del calor de neutralización del HCl y NaOH A. En el calorímetro limpio y seco colocar 50mL de NaOH 1 M. B. Por otro lado medir 50mL HCl 1M en una probeta o vaso. C. Agitar las soluciones hasta que ambas y por separadas adquieran la misma temperatura inicial, registre esta temperatura como (T1ºC) D. Verter rápidamente el ácido sobre la base, tapar el calorímetro y agitar continuamente. E. Anotar la temperatura más alta observada como (T2ºC). F. Considerando que la masa de la solución es 100g (D=1g/mol) y su calor especifico (Ce) es 1Cal/g. grado, calcular el calor de la neutralización en KJ o Kcal y el calor molar de neutralización en KJ/mol de H2O o Kcal/mol de H2O.(ΔH o QN) 4


Q sist = 0 q sol + q cal + qrx =0 qrx = - (q sol + q cal ) ΔH = QN =

qrx  2

4.4.- Determinación del calor de solución del cloruro de calcio. A. En el calorímetro limpio y seco, colocar 100mL de agua a la temperatura ambiente, registre esta temperatura como (T1ºC) B. Pesar 6 g de CaCl2 sólidos y agregarlos rápidamente al calorímetro. C. Cerrar el calorímetro y agitar la mezcla por un minuto, registrar la máxima temperatura alcanzada como (T2ºC). D. Con los datos medidos determine el calor de solución del cloruro de calcio en KJ o Kcal y el calor de solución molar en KJ/mol o Kcal/mol.

V.

CALCULOS Y RESULTADOS DETERMINACION

DE

LA

CAPACIDAD

CALORIFICA

DEL

CALORIMETRO DATOS Agua al ambiente V: 100ml = 100g T1 : 18 C = Tcal

Agua helada V: 100ml = m = 100g T2:80C Tf = T3 = Tmez = 140C Calcular qsist = 0 qsist = qagua amb + qagua hel= 0 Si qagua amb = mxCe(Tf – Ti) =100gx1Cal/g 0Cx(14-18)0C

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=-400Cal Qagua hel = mxCe(Tf - Ti) =100gx 1Cal/g0C (14 – 8)0C =600Cal REEMPLAZANDO -400Cal + 600Cal + qcal =0 Qcal= -200Cal ……………………….. ecua 1 Qcal = Ccal(Tf – Ti) Ccal (14 -18)0C Qcal = -4Cal

REEMPLAZANDO EN 1 -4Ccalor = -200Cal Ccalori = 50Cal/0C

DETERMINACION DEL CALOR ESPECÍFICO DE UN METAL (Cemet) DATOS Agua = 200ml = 200g T1 = 17.50C = Tcal Metal: magnesio mmg= 1.0072g T2=880C Tf =T3=Tmez=180C Se sabe Qsist=0 Qagua+qmetal+qcal=0 ……………….. ecua 1 Qagua=mxCe(Tf -Ti) =200gx1cal/g0C (18-17.5)0C Qcal=Cecal (Tf -Ti) =50cal/0C (18-17.5)0C =25cal Qmet=mxCemat(Tf -TI) =1.0072g x Cemet(18-88)0C

6


Qmet=-70.504 x Cemet

REEMPLAZANDO EN 1 100Ccal + 25cal – 70.504xCemet=0 Cemet=1.77cal/g 0C

PARA COMPROBAR Ley de dulang y petil (solo para metales que tienen mA≥40) Cp=Cemet x mA =6.2cal/at-gx0C mA=6.2/1.77 =3.58g/at-g Mg=mA=24.3g/at-g

DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE HCl Y NaOH NaOH V=100ml=100g [NaOH]=0.1M T1=200C HCl V=100ml=100g {HCl}=0.1M T1=200C Mezclar Tf =T2=Tmez=210C Ccal=50cal/0C

Considerar la solución=agua Ρ=1g/ml Ce=1cal/g0C

Calor de reacción química de neutralización HCl(ac) + NaOH(ac) H+ + OH-

NaCl(ac) + H2O(l) H2O(l)

Qsist=0 Qre + qsol + qcalo =0 Qreac= -(qsol + qcal) …………………… ecua. 1 Qneutra.=qreacc /n H2O ……………………..ecua. 2

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M= 100g + 100g = 200g A)

Qsol = qagua = mxCe(Tf – Ti) = 200gx1cal/g0C (21-20)0C Qcal= 200cal

B)

Qcal=Cecal (TF – Ti) Qcal=50cal/ (21-20) Qcal=50caL

REEMPLAZANDO EN 1 QRX= -(200cal + 50cal) = -250cal Calculo del nH2O NaOH V=100ml = 0.1L

n=MxV

{NaOH} = 0.1M

n= 0.1mol/L x0.1L =0.01mol(NaOH)

NaOH + HCl

NaCl + H2O

1mol NaOH -------------- 1mol H2O 0.01molNaOH ----------- X X=nH2O =0.01mol REEMPLAZANDO EN 2 Qneutro= 250cal/0.01molH2O QH2O = -25Kcal/mol

DETERMINACION DEL CALOR DE SOLUCION DE CLORURUO DE SODIO (CaCl2) Agua V=200ml T1=180C CaCl2 m =6.0416g T2=Tm=T2=210C Qsist=0

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Qsol + qsolv +qcal =0 Qsol= -(qsolv + qcal) …………………..ecua. 1 Qsol = qsolv /nCaCl2………………………ecua.2 Solvente=agua Qsolv=mxCe(Tf - Ti) Qsolv=206.0416gxcal/g0C (21-18)0C Qsolv=618.12cal Qcalor =Ccal(Tf – Ti) =50cal/0C (21-18)0C =150cal REEMPLAZANDO EN 1 Qsolu= -(618.12cal + 150cal) = -768.12cal Calculo de “n” de CaCl2 n=m/M = 6.0416gxmol /111g =0.054mol EN ECUCION 2 Qsolu= -768.12cal /0.054mol Qsol= -14224.4 cal/mol

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VI.

CONCLUCIONES 

Se concluye que a mayor temperatura la solubilidad es directamente proporcional a la temperatura.



También se concluye que la temperatura de equilibrio está comprendido entras las temperaturas de los reactantes.

VII.

RECOMENDACIONES 

se recomienda que antes d usar un reactivo se lea un bien la etiqueta del frasco, el uso equivocado de un reactivo puede causar algún accidente.



Por otra parte se recomienda que nunca se devuelva de nuevo el reactivo sobrante al frasco.



Se recomienda que cuando se calienta una sustancias química en un tubo de prueba, tenga cuidado de no dirigir la boca del tubo a su vecino.



VIII.

Tenga los materiales, equipos y el área de trabajo siempre limpios.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

Gaston Pons Musso – FISICOQUIMICA 2008.



Frederick Lohgo – QUIMICA GENERAL



Harry B. Gray – PRINCIPIOS BASICOS DE LA QUIMICA.



Castellan G. “Fisicoquímica” 2da. Edición. Ed. Fondo Educativo Interamericano, EEUU, 1987, pág: 106, 144. 312-313;324,337

10


IX.

ANEXOS

11


X.

SOLUCIÓN DE PREGUNTAS a. Enumere los objetivos específicos del experimento 1. Entalpia de neutralización. 2. Capacidad calorífica del calorímetro. 3. Calculo del calor específico del magnesio.

b. Defina reacción exotérmica y endotérmica Reaccion exotérmica: son aquellas reacciones en la cual se libera calor.

Reaccion endotérmica: son aquellas reacciones en la cual para realizarse debe absorben calor.

c. ¿Qué es un proceso adiabático? De un ejemplo Es aquel proceso donde el sistema no recibe calor. Ejm. La expansión de los gases producidos en las industrias como las acerías, refinación, etc.

d. Si se tienen dos calorímetros similares y solo se determina la capacidad calorífica de uno de ellos. ¿Se podría decir que la capacidad calorífica es la misma? ¿por qué?. Las capacidades no son las mismas debido a que en su fabricación de estas existen errores particulares para cada material.

e. Si las entalpias de formación de estándar para los iones Zn+2 Y Cu+2 a partir de los metales zinc y cobre son respectivamente: 36,34 y 15,39 Kcal / mol. Calcular la entalpia para la reacción: Zn + Cu+2 a → Zn+2 + Cu Zn → Zn+2 Cu → Cu+2

▲H = -36,34 Kcal/mol ▲H = 15,39 Kcal/mo 12


Zn → Zn+2

▲H = -36,34 Kcal/mol

Cu+2 → Cu


---------------------------------------------------------------Zn + Cu+2 a → Zn+2 + Cu


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Inf. 02 Termoquimica

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