UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA Facultad de Ingeniería Ambiental Departamento de Estudios Generales UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL
CALOR DE NEUTRALIZACION SEGUNDO LABORATORIO DE FISICO-QUIMICA INTEGRANTES:
ALTAMIRANO QUINTANILLA QUINTANILL A JOSSEL ALLEN 20164059B TINOCO TOVAR VICTOR ALONSO 20160439E PUENTE BURGA ALEXIS BENJAMIN CHAVEZ TUESTA FABRICIO ELOY
DOCENTE:
BILMA YUPANQUI
INDICE
I.- RESUMEN II.-INTRODUCCION III.-OBJETIVOS: IV.- MARCO TEORICO: V.- RESULTADOS VI.- DISCUSIONES DE RESULTADOS VII.-CONCLUSIONES VIII.- FUENTES DE INFORMACION IX.- ANEXOS
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I.RESUMEN
Dado que las transferencias de calor se miden en un calorímetro a través de variaciones de temperatura. Debemos entonces en primer lugar calibrar el calorímetro, esto es, calcular su capacidad calorífica. Además de aprender a calcular la capacidad calorífica de un calorímetro debemos determinar el calor de neutralización del ácido clorhídrico- hidróxido de sodio teniendo en cuenta conceptos básicos de química 1 y conceptos de calorimetría. En esta práctica de laboratorio analizaremos el comportamiento de diversos sistemas formado por un ácido fuerte y una base fuerte, como por ejemplo el ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido de sodio (NaOH). Cuando hablamos de especies fuertes, nos referimos a aquellas que están completamente disociadas. En la disolución el HCl se encuentra completamente disociado en las especies H+ y Cl-, por lo tanto podemos afirmar que no existe nada de la especie sin disociar (HCl); de igual manera el NaOH también se disocia completamente en Na+ y OH-.
II.INTRODUCCION
Cuando un ácido reacciona con una base, se libera una considerable cantidad de calor. La reacción química entre soluciones acuosas diluidas entre un ácido fuerte y una base fuerte se conoce como reacción de neutralización. La medida de calor de neutralización, se determina a partir de los valores de entalpia de formación de agua a partir de iones hidronio y OH. Por lo que el calor de neutralización se entiende como el calor generado cuando un ácido reacciona con una base para producir agua. Además debemos de tener en cuenta que una solución diluida de ácido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es contante e independiente de la sustancia como de s concentración.
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III.OBJETIVOS
Comprobar que la mezcla de soluciones de un ácido con una base, aumenta la temperatura del sistema.
Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro y comprobar la influencia del recipiente en los intercambios caloríficos entre cuerpos contenidos en él.
Determinar la cantidad de calor que interviene en la neutralización de nuestro experimento de un ácido débil por medio de la neutralización con una base fuerte, empleando en ambos casos un calorímetro adiabático.
Con lo anterior, hacer una comparación respecto a la reacción de un ácido débil con una base fuerte.
Determinar si nuestros resultados experimentales se aproximan a la teoría establecida.
IV. MARCO TEORICO
La energía térmica es una forma de energía que está relacionado con el movimiento de las moléculas y los átomos y se calcula a partir de mediciones de temperatura. Para medir el calor absorbido o liberado por un sistema durante el proceso se usa la variación de entalpia ( ΔH)
ΔH=Hproductos − Si la ΔH>0 la reacción es exotérmica y por lo tanto libera energía y si la ΔH<0 la reacción es endotérmica así que absorbe energía de los alrededores. El calor específico (Ce) de una sustancia es el calor que se requiere para elevar un grado Celsius la temperatura de un gramo de sustancia. La capacidad calorífica (Cc) de una sustancia es la cantidad de calor que se requiere para elevar un grado Celsius de la temperatura de una determinada cantidad de la sustancia. (Chang, 2002)
= Para hallar el cambio de calor Q se usa la siguiente ecuación:
=ΔT Donde ΔT es la variación de la temperatura, Ce: el calor especifico de la sustancia y m: la masa Para determinar los cambios los cambios de calor en reacciones diferentes a la combustión de manera sencilla se usa un calorímetro a presión constante el cual puede construirse con dos vasos desechables de espuma de poli estireno (tecno por). 4
Con este dispositivo puede hallarse el calor de neutralización y calores de dilución y disolución.
=++=0 La neutralización de soluciones acuosas diluidas de un ácido por medio de una solución acuosa diluida de una base, es un tipo particular de reacción química; es una reacción de neutralización. La neutralización de una solución acuosa de HCl con una solución de NaOH puede ser representada por la siguiente ecuación: (muzzo, 2008)
º º º º
-112,236 kcal
-40,023 kcal -97,302 kcal 683,17 kcal
ΔH=Hproductos − ΔHº 25°C = [−97,302 + −68,317] − [−112,236 + −40,023] = −13,680 kcal V.RESULTADOS
EXPERIMENTO N°1 DETERMINACION DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO
CALOR CEDIDO POR EL AGUA: -Q1 (signo indica la perdida de energía)
− =− − Donde: m=masa de agua introducida en el calorímetro. c=calor específico del agua. Ti= temperatura inicial de agua (instantes antes de verterla al calorímetro). Tf= temperatura final del agua = temperatura final del sistema.
CALOR ABSORBIDO POR EL SISTEMA CALORIMETRICO +Q2 (signo indica la ganancia de energía) 5
+ =+ − Donde:
K= equivalente en agua del calorímetro To= temperatura inicial del calorímetro Tf = temperatura final del sistema calorimétrico=temperatura final del agua Se realizó el experimento 2 veces para tener un valor más exacto de K; por lo tanto dividiremos el experimento en dos partes.
Primera parte. TIEMPO (seg.)
TEMPERATURA (°C)
20
68
To del calorímetro = 22.1°C
40
68
60
67.9
Ti del agua antes de verterla al calorímetro= 72°C
80
67.9
100
67.8
120
67.7
140
67.6
Volumen de agua= 100ml. Densidad del agua =
1 ; entonces
Masa del agua = 100gr.
= 67.84°
Reemplazando:
− = + ⟹−( − ) ==+( − ) 67.84−72°=67.84−22.1° −100.1 .° =. °
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Se tomaron los siguientes datos:
TIEMPO (seg.)
TEMPERATURA (°C)
20
68
To del calorímetro = 22.3°C
40
68
60
67.9
Ti del agua antes de verterla al calorímetro= 72°C
80
67.8
100
67.7
120
67.5
140
67.5
Volumen de agua= 100ml. Densidad del agua =
1 ; entonces
Masa del agua = 100gr.
= 67.77°
Reemplazando:
− = + ⟹−( − ) ==+( − ) 67.77−72°=67.77−22.3° −100.1 .° =. °
Entonces el K promedio= 9.095+9.303 = 9.199 °
EXPERIMENTO N°2 DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO CLORHÍDRICOHIDRÓXIDO DE SODIO HALLAMOS LAS MASAS DE LAS SOLUCIONES NAOH Y HCL Sea la siguiente reacción:
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NaOH(ac) + HCl (ac)
NaCl(ac) + H2O(l)
→
Sabemos que:
° = = ° Solución de NaOH: Normalidad = 1N = 1M Volumen = 50 ml
° = 0.05 1 = 0.05 =2 = 0.05 40 Solución de HCl: Normalidad = 1M Volumen = 30 ml
° = 0.03 1 = 0.03 =1.095 = 0.03 36.5 ó = + . + = . Del experimento se obtienen los siguientes datos:
í=21.8° á=22.23° =22.25° ó( ) =27.8°
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Tiempo
Tf
20
25.5
40
26.5
60
27
80
27.2
100
27.2
120
27.8
El calor necesario para elevar la temperatura inicial de la solución (ácido más base) hasta la temperatura final del proceso será:
= − + El calor tomado por el calorímetro viene expresado por la ecuación:
= ( − ) Hallando el calor desprendido en la reacción de neutralización (Q):
= − + + ( − ) = 83.095 1,003 ° 27.8° − 22.23°+22.25° + 27.8°−21.8° 2 = 463.3942 + 9.199 /°6° = .cal = . = −. .
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TEÓRICAMENTE:
NaOH(ac) + HCl (ac)
NaCl(ac) + H2O(l)
→
Se sabe:
° = −112,236 ° = −40,023 ° = −97,302 ° 2 = −68,317 Entonces la entalpía de reacción de neutralización de NAOH y HCL es:
º ó = º − º 25° º ó = [ −97,302+ −68,317] − [ −112,236 + −40,023] º ó = −13360 CALCULANDO EL % DE ERROR:
. − ó = .− = .% ó EXPERIMENTO N°3 DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO ACÉTICOHIDRÓXIDO DE SODIO Hallamos las masas de las soluciones NAOH y CH3COOH Sea la siguiente reacción: NaOH (ac) + CH3COOH (ac)
Sabemos que:
CH3COONa (ac) + H2O(l)
→
° = 10
= °
Solución de NaOH: Normalidad = 1N = 1M Volumen = 50 ml
° = 0.05 1 = 0.05 =2 = 0.05 40
Solución de CH3COOH: Normalidad = 1M Volumen = 30 ml
° = 0.03 1 = 0.03 = 1.8 CHCOOH = 0.03 60 ó = +. + = . Del experimento se obtienen los siguientes datos:
í=22° á =22.5° =22.3° ó( ) =24.5° Tiempo
Tf
20
24.1
40
24.25
60
24.4
80
24.5
100
22.58
El calor necesario para elevar la temperatura inicial de la solución (ácido más base) hasta la temperatura final del proceso será:
= − + El calor tomado por el calorímetro viene expresado por la ecuación:
= ( − ) Hallando el calor desprendido en la reacción de neutralización (Q): 11
= − − + ( − ) = 83.8 1,003 ° 24.5° − 22.5°+22.3° + 24.5°−22° 2 = 176.50794 + 9.199 ° 2.5° = . cal = = . = −. . TEÓRICAMENTE: NaOH (ac) + CH3COOH (ac)
CH3COONa (ac) + H2O(l)
→
Se sabe:
° = −112,236 °3 = −116.545 °3 = −169.8 ° 2 = −68,317 Entonces la entalpía de reacción de neutralización de NAOH y HCL es:
º ó = º − º 25° º ó = [ −169.8 + −68,317] − [ −112,236 + −116.545] º ó = − 12
CALCULANDO EL % DE ERROR:
. − ó = .−= −.% ó VI.DISCUSION DE RESULTADOS
Al momento de comprobar el tipo de solución con unas cuantas gotas de Azul de Bromotimol, todo se turbio de color azul lo cual indicaba que es una solución básica, lo cual es correcto.
Finalmente debe comprobar el carácter ácido o básico de la disolución
resultante. Para ello añada una gota de azul de bromotimol sobre el contenido del calorímetro. El carácter debe coincidir con el de la solución añadida en exceso. Este dato es necesario para calcular el calor de neutralización. Anótelo en la tabla 5.3. Si la solución tiene carácter ácido, los moles neutralizados son los de base que intervinieron en la reacción. Si por el contrario la solución tiene carácter básico, los moles neutralizados serán los correspondientes a los de ácido empleado.
Antes de realizar el experimento, investigar el tema de laboratorio.
Realizar las lecturas del termómetro con gran precisión.
Uso adecuado de los materiales a manejar.
Al verter las soluciones al calorímetro, cerrar el recipiente instantáneamente.
VII.CONCLUSIONES
La reacción de neutralización de un ácido con una base es una reacción exotérmica
Se observa que HCL NAOH (ácido fuerte -base fuerte), tiene mayor calor de –
neutralización que CH3COOH-NAOH (ácido débil- base fuerte); esto se debe a que los ácidos en soluciones diluidas se produce la unión de iones hidratados de hidrogeno e hidroxilo para formar agua desionizada. El fenómeno es diferente para un (ácido débil- base fuerte) ,conforme se van neutralizando los H+ del ácido fuerte con los OH- de la base débil, se ioniza más base débil a expensas del calor deformación del agua este proceso continua hasta completar la neutralización. El calor de neutralización es aproximadamente igual a la entalpía de
neutralización. 13
El calor de neutralización de un sistema ácido débil-base fuerte depende de la naturaleza del ácido y de la base así como de la temperatura y de la concentración.
VIII.- FUENTES DE INFORMACION Chang, R. (2002). Quimica general (Septima ed.). Mexico: McGRAW-HILL. muzzo, G. p. (2008). química fisica (quinta ed.). Lima, Peru .
Calorimetria. (s.f.). http://www.ual.es/~mnavarro/Practica14.pdf. CIencia. (s.f.). http://apuntescientificos.org/acido-base.html. Javeriana, P. U. (2010). Ficha de datos de Seguridad. Javeriana, Pontificia Universidad.
https://www.tplaboratorioquimico.com/laboratorio-quimico/materiales-einstrumentos-de-un-laboratorio-quimico.html.
Laboratorio. (s.f.).
•
Pantasoni, A. (2008). Fichas Técnicas y de Seguridad OXIDIAL. OXIDIAL. Scientific, C. (2011). Hoja de Datos de Seguridad. UCA. (s.f.). http://www2.uca.es/grup-invest/corrosion/integrado/P7.pdf. Winkler. (2007). Ficha de Seguridad Química. México.
IX.- ANEXOS
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Diagrama de flujo.EXPERIMENTO N°1: DETERMINACION DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORIMETRO
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