UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES FACULTAD DE INGENIERIA
PRACTICA No 8 INFORME DE LABORATORIO: LABORATORIO: “CALORIMETRIA“ DOCENTE: ING. LEONARDO CORONEL AUXILIAR: UNIV. PAOLA MARTINEZ ESTUDIANTE: UNIV. CARVAJAL FLORES JORGE SEBASTIAN CARRERA: ING. INDUSTRIAL GRUPO: B FECHA: 20/11/14 LA PAZ-BOLIVIA
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INDICE
PORTADA .......................................................................................................................... 1 INDICE .......................................................................................................................... 2 RESUMEN .......................................................................................................................... 3 1. OBJETIVO GENERAL ................................................................................................ 4 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ........................................................................................ 4 3. FUNDAMENTO TEORICO ......................................................................................... 4 4. MATERIALES Y REACTIVOS................................................................................... 6 4.1. MATERIALES ................................................................................................ ....... 6 4.2. REACTIVOS.......................................................................................................... 6 5. PROCEDIMIENTO ...................................................................................................... 7 5.1. CONSTRUCCION DEL CALORIMETRO .......................................................... 7 5.2. CALIBRACIÓN DEL CALORIMETRO .............................................................. 7 5.3. DETERMINACION DEL CALOR DE FUSION DEL HIELO ............................ 7 5.4. DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL .................... 7 5.5. DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DE EQUILIBRIO DE UNA MEZCLA ...................................................................................................... 8 6. DATOS Y OBSERVACIONES .................................................................................... 8 7. CALCULOS Y GRAFICOS ......................................................................................... 9 8. CONCLUSIONES ................................................................................................ ......... 12 9. BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 13
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En la presente práctica se estudió la conservación de la energía en sistemas sin reacción química. Se pudo determinar la capacidad calorífica del calorímetro construido adema de haber calculado el calor de fusión del agua de forma experimental. Se calculó la temperatura de equilibrio de una mezcla de agua caliente con una a temperatura ambiente. También se calculó el calor específico de un metal que en este caso fue la de una esfera metálica
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1. OBJETIVO GENERAL Comprobar la ley de la conservación de la energía, en sistemas sin reacción química. 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Experimentar la transferencia de energía (calor) que se produce entre cuerpos. Construir un calorímetro. Determinar la capacidad calorífica del calorímetro. Calcular teóricamente el calor absorbido o liberado por un sistema determinado. Medir los cambios de temperatura que se producen, cuando efectuamos reacciones químicas. Estudia la relación del trabajo eléctrico con el calor. Determinar la cantidad de calor proporcionada por el trabajo eléctrico. Determinar cuantitativamente la relación entre Joule y calorías 3. FUNDAMENTO TEORICO El capítulo de la química que estudia los cambios energéticos que acompañan a una reacción química se denomina termoquímica. Las reacciones químicas van acompañadas de transferencia de energía, que puede manifestarse en forma de calor absorbido (reacción endotérmica) o calor desprendido (reacción exotérmica).
Cuando una reacción se lleva a presión constante, los cambios de calor que ocurren se denominan entalpia (H). La entalpia de reacción se expresa normalmente en unidades de calorías/mol ya sea de reactivo o producto. Por convención se establece que la entalpia es de signo negativo para procesos exotérmicos. La medida del calor intercambiado durante un proceso se realiza mediante un calorímetro que básicamente es un dispositivo aislado con una cámara de reacción rodeada de agua donde se detectan los cambios de temperatura con ayuda de un termómetro y a través de estas medidas medir la cantidad de calor intercambiado. El calor desarrollado por reacción u otro proceso físico QP en la cámara de reacción que se halla inicialmente a una temperatura T1, actúa de tal modo que la temperatura final del calorímetro cambia hasta T2.por el principio de conservación de la energía se puede expresar:
4
El calor ganado por el calorímetro es:
Donde: ma: es la masa del agua que rodea al Erlenmeyer Ce agua: es el calor específico del agua mc: es la masa de los componentes del calorímetro (vaso de precipitados, termómetro, agitador, etc.) Ce cal: es el calor específico promedio de los componentes del calorímetro. Si el calor ganado es igual al calor perdido:
Y si definimos la capacidad calorífica del calorímetro como:
Podemos escribir la ecuación como:
De tal modo que conociendo la capacidad del calorímetro y las temperaturas inicial y final se puede determinar el calor cedido por la reacción ocurrida en el matraz Erlenmeyer. En el proceso de calibración del calorímetro se determina la capacidad calorífica del calorímetro Ccal. En este proceso se introduce una masa ma de agua a temperatura de ebullición T b en el matraz Erlenmeyer y se espera hasta que el sistema alcance el equilibrio térmico con temperatura T2. El calor perdido por el agua caliente en el matraz Erlenmeyer será:
Por lo tanto:
Y el valor de Ccal se puede calcular por: 5
Nótese que la capacidad del calorímetro es función de las masas de los componentes del calorímetro y del agua que rodea al Erlenmeyer, por lo tanto ni la masa de agua ni los componentes deben cambiar durante la sesión experimental. 4. MATERIALES Y REACTIVOS 4.1. MATERIALES ITEM
MATERIAL
1 2 3
Calorímetro Vaso de precipitados Termómetro Matraz Erlenmeyer Hornilla Vaso de precipitados Termómetro termocupla Balanza Varilla de vidrio Piseta Esfera metálica
4
5 6 7 8 9 10 11
CARACTERÍSTICA
600 cc 125cc 250cc Eléctrica
CANTIDAD
1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1
4.2. REACTIVOS ITEM
REACTIVO
CARACTERÍSTICA
1 2
Agua destilada Hielo
6
CANTIDAD
50g 50g
5. PROCEDIMIENTO 5.1. CONSTRUCCION DEL CALORIMETRO Una caja de material aislante de aproximadamente 15 cm x 15 cm x 15 cm, con espacio suficiente para que en el interior quepa un vaso de precipitados de 600 cm3. El matraz erlenmeyer (cámara de reacción) se colocará en el interior del vaso de precipitados rodeado de agua. El termómetro estará en el agua que rodea a la cámara de reacción juntamente con un agitador para mantener la temperatura del agua uniforme. 5.2. CALIBRACIÓN DEL CALORIMETRO Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la temperatura T1. Caliente 50 cm3 de agua a temperatura de ebullición T b y añada al matraz erlenmeyer. Después que se ha alcanzado el equilibrio térmico, registre la temperatura de equilibrio T2. Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de agua introducida por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío. 5.3. DETERMINACION DEL CALOR DE FUSION DEL HIELO Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la temperatura T1 Añada al matraz erlenmeyer lavado y seco varios cubos de hielo y permita que estos se fundan. En el momento en que el último trozo de hielo haya fundido, registre la temperatura del agua que rodea al matraz T2. Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de hielo por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío. 5.4. DETERMINACION DEL CALOR ESPECIFICO DE UN METAL Caliente la esfera de metal en la hornilla hasta una temperatura alta. Determine la temperatura de la esfera de metal con la termocupla. Mida 300 g de agua en el vaso de precipitados de 600 cm3. Determine la temperatura inicial del agua T1. Introduzca cuidadosamente la esfera en el agua del vaso de precipitados. Espere a que se alcance el equilibrio térmico. 7
Determine la temperatura final T2. 5.5. DETERMINACION DE LA TEMPERATURA DE EQUILIBRIO DE UNA MEZCLA Mida 250g de agua en el vaso de precipitados. Caliente el agua del vaso con la hornilla hasta una temperatura entre 40 y 50ºC. Determine la temperatura del agua. Mida 100g de agua en el vaso de precipitados a temperatura ambiente. Determine la temperatura del agua a temperatura ambiente. Mezcle ambas muestras de agua y determine la temperatura de equilibrio con el termómetro. 6. DATOS Y OBSERVACIONES capacidad calorífica del calorímetro
m matraz m matraz agua m agua
62,4 g 94,12g 50g
T1 T b Teq
17°C 87°C 34°C
calor de fusión del hielo
m matraz m matraz agua
62,4 g 86,88 g
T1 Teq
0°C 19°C
calor especifico de la esfera
m vaso de precipitados m agua m esfera metálica
155,87 g 300 g 184,0 g
T1 T2 Teq
17°C 68°C 25°C
temperatura de equilibrio
m agua 1 m agua 2
100 g 250 g
8
T1 T2
17°C 45°C
7. CALCULOS Y GRAFICOS Calcule la capacidad calorífica del calorímetro
T [°C]
17
27
30
31
32
32
34
34
34
t [s]
0
30
60
90
120
150
180
210
240
40 35 30 a r 25 u t a r e 20 p m e 15 T
T [°C]
10 5 0 0
100
200
tiempo
( )
9
300
Calcule el calor ganado en la fusión del hielo t [s] T [°C]
0
30
60
90
120
150
180
210
240
1
5
9
14
17
18
19
19
19
20 18 16 14
a r u t 12 a r e 10 p m 8 e T
T [°C]
6 4 2 0
0
50
100
150
200
tiempo
10
250
300
Calcule el calor por mol de hielo en el proceso de fusión.
Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
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Calcule el calor especifico del metal
( ) ( )
Calcule la temperatura de equilibrio de la mezcla
( ) ( )
( )
Compare el valor obtenido con el valor experimental
8. CONCLUSIONES
Se comprueba la ley de conservación de calor que indica que el calor perdido por uno de los elementos que participa en el fenómeno, es igual al calor ganado por el otro elemento en el mismo fenómeno. 12
Considero que la práctica fue muy interesante ya que en ella aprendí el empleo del calorímetro y conocí más de cerca la aplicación de los principios de la termodinámica, así como otros elementos interesantes como la transferencia de calor en un sistema aislado y el equilibrio de temperaturas que se da al interior del calorímetro.
9. BIBLIOGRAFIA
Longo, frederick. Brown – lemay – burstein. Sonesa, ander. Coronel – mejía – díaz. Babor jose - ibarz, jose. Fernández, m. R. Y otros. Fontana- norbis. Perry, jhon. Dillard - golberg
Química general Química Principios de química Compendios de química general Química general moderna, (1997) Química general. Química general universitaria. Manual del ingeniero químico.
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