UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE INGENIERIA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS
TERMOQUIMICA II CURSO: QUÍMICA INDUSTRIAL I INTEGRANTES:
PROFESORA
:Nancy Fu Fukuda Ka Kagam
Lma! "# d$ %$&$m'($ d$) *#+" QUIMICA INDUSTRIAL I
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I.
OBJETIVOS:
EXPERIMENTO Nº4 •
Demostrar la existencia del calor de vaporización para el agua, luego hallarlo con los datos obtenidos para compararlos con el valor de tabla.
EXPERIMENTO Nº5 •
Demostrar la existencia del calor de neutralización para la reacción del NaOH con HCl, luego hallarlo con los datos.
EXPERIMENTO Nº6 •
II.
Demostrar que existe el calor de solución para el KCl, luego hallarlo con los datos.
FUNDAMENTO TEORICO:
1. ENTA ENTALP LPIA IA (H): (H): s una propiedad extensiva! su magnitud depende de la cantidad de materia presente. s imposible determinar la entalpia de una sustancia lo que se puede determinar es la variación de entalpia "H. #a entalpia de reacción, "H, es la di$erencia entre las entalpias de los productos % la de los reactantes.
2. CAPACIDAD CAPACIDAD CALORIFI CALORIFICA CA DEL DEL CALORIMET CALORIMETRO RO s la cantidad de calor que se necesita para variar la temperatura del calor&metro en '(C.
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA . CALOR CALOR DE DE REAC REACCI CION ON (!H (!HR): s la cantidad de calor intercambiado entre un sistema % sus alrededores cuando tiene lugar una reacción qu&mica en el seno del sistema, a temperatura constante. )na de las reacciones m*s estudiadas es la reacción de combustión.
4. CALOR CALOR DE DE NEUTRA NEUTRALI" LI"ACI ACION ON (!H (!HN ): s el calor que se obtiene de mezclar una solución diluida de un reactivo + colocada en un calor&metro en el cual se aade una solución concentrada cuando las condiciones de temperatura en el calor&metro son estacionarias.
5. CALOR CALOR LATE LATENTE NTE DE FUSI FUSION ON (L (LF ): s la cantidad de calor que se necesita para $undir 'g. de sustancia solida a una determinada temperatura de $usión. st* dado por
# $ %L&
6. CALOR CALOR DE DE SOLU SOLUCI CION ON:: l calor de solución es la variación de entalpia relacionada con la adición de una determinada cantidad de soluto a una determinada cantidad de solvente a temperatura % presión constante.
'. CALOR CALOR LATEN LATENTE TE DE VAPO VAPORI" RI"ACI ACION: ON: l calor latente de vaporización se emplea cuando el cambio de $ase ocurre durante ebullición % condensación.
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III.
DIARAMA DE FLUJO:
EXPERIMENTO N4 C+#O/ #+0N0 D 1+2O/34+C3ON 5# $ 6 Agua (entre 200 y
78 ml +gua $r&a
BALON DE DESTILACIO N
CALORIMETR O
Tr"#"$ %e &"r'eana &"r'eana
VAORI!ACIO N
0emperatura 50i6 SOLO CUANDO ALLA UN CONTINUO DESRENDIMIENTO DE VAOR S"" $, a %,+eren',a e$ entre 20-2.
aar a te*&eratura +,na (T + )
+pagar el mechero CALCULOS
Calor latente de vaporización Me%,r a *a$a %e /a&"r '"n%en$a%"
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EXPERIMENTO N5: C+#O/ D N)0/+#34+C3ON 5"H N6 .0 * %e NaO 01N (T)
CALORIMETRO (Rea'',n)
Me%,r .0* %e CL 01N (Ta)
Agregar a T-Ta %,+,ere en 01.4C 01.4C
9i
No
A5u$tar a te*&eratura
An"tar (T)
(C6"rr" %e agua " '"n a$ *an"$)
CALCULOS Segu,r a te*&eratura 6a$ta $u a'an'e *89,*" (T+ ) y a5e
0$
Calor de neutralización
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EXPERIMENTO N6: C+#O/ D 9O#)C3ON -6 D )N+ 9+# 3ON3C+
:8 ml de agua destilada
3g %e :CL
CALORIMETRO
Segu,r e 'a*," %e te*&eratura 6a$ta ;ue $ea '"n$tante
0i
CALCULOS
ANOTAR T+
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Deter*,ne e 'a"r %e $"u',n %e a $a ,n,'a
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IV.
DATOS EXP EXPERIMENTALES:
E*+,-%,/0 4 Determinacióndel calor latente de vaporización L v •
Capacidad calor&$ica del calor&metro 5 numero ;6
•
0emperatura del agua $r&a en el calor&metro 0 i < '=.7>C
•
0emperatura del agua caliente luego del ingreso del vapor 0 $ < < ?;>C
•
1olumen del vapor5obtenido por di$erencia6 1 vap < @.7ml
•
Aasa del vapor m vap < @.7g
E*+,-%,/0 5 Determinación del calor de neutralización •
0emperatura las B soluciones 0 i < B8.B7>C
•
0emperatura de la mezcla 5mas alta6 0 m < B'.7>C
E*+,-%,/0 6A Determinación del calor de solución
de un ácido fuerte
•
0emperatura del agua destilada en el calor&metro 0 i < '=.= >C
•
1olumen del agua destilada en el calor&metro 1 ac< B88ml
•
1olumen del H B9O? 1*cido< @ml
•
0emperatura $inal 0 $ < < B'>C
E*+,-%,/0 6B QUIMICA INDUSTRIAL I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Determinación del calor de solución
de una sal ionica
•
0emperatura del agua destilada en el calor&metro 0 i < '=>C
•
1olumen del agua destilada en el calor&metro 1 ac< :8ml
•
Aasa del KCl m KCl< @g
•
0emperatura $inal 0 $ < < '>C
V.
CALCULOS RESULTADOS
9e sabe que
%
+dem*s
E*+,-%,/0 4 Calor ganado por el agua % el calor&metro
Calor perdido por el vapor
Como
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E*+,-%,/0 5 HCl5aq6 NaOH5aq6
EEF
HBO
NaCl 5aq6
Calor ganado por las soluciones 5consider*ndolas agua por ser mu% diluidas6
Calor ganado por el calor&metro
Calor perdido por el sistema
Como el calor de neutralización se halla para un equivalente gramo Como
ntonces
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2or convención, el calor es liberado, debe ser negativo.
E*+,-%,/0 6A Calor ganado por el agua % el calor&metro
Calor de solución
2or convención, el calor es liberado, debe ser negativo.
E*+,-%,/0 6B Calor perdido por el agua % el calor&metro
Calor de solución
2or convención, el calor es absorvido, es positivo.
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VI.
OBSERVACIONES:
E*+,-%,/0 4 •
•
•
Aientras el agua herv&a, por el tubo de seguridad no se desprend&a vapor % por el otro tubo goteaba agua, se optó por realizar nuevamente el experimento aleGando m*s los tubos del agua en el matraz. n lugar de porcelana se usaron trozos de vidrio, estos provocaron un menor movimiento en el agua mientras herv&a. )na vez introducido el tubo en el calor&metro se observó un r*pido aumento en la temperatura, $ue cuestión de segundos que el agua aumente su temperatura en B8>C.
E*+,-%,/0 5 •
•
#a temperatura del HCl era ma%or de la del NaOH, se en$rió usando un poco de agua. )na vez tapado el calor&metro se observó un aumento en la temperatura % adem*s este se estabilizo r*pidamente.
E*+,-%,/0 6 •
•
•
•
9e tuvo mucho cuidado al usar el *cido, no se pipeteo con la boca . )na vez el *cido ingreso al calor&metro se observó un incremento en la temperatura. +l ingresar ingresar la sal sal al calor&metro calor&metro se observó una disminución disminución de la temperatura. No se desechó la solución del *cido ni la sal directamente al lavadero, $ue llevado a un vaso marcado para este propósito
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VII.
ANALISIS DE DATOS
E*+,-%,/0 4 •
•
•
l problema de los tubos se deb&a a que estos tocaban el agua en el matraz, se elevaron % se volvió a realizar el experimento por seguridad. l vapor de agua tiene una alta energ&a interna, adquirida del mechero, al entrar en contacto con el agua se condensa % libera su$iciente calor como para elevar r*pidamente el agua en el calor&metro, %a condensado sigue liberando calor hasta igualar su temperatura con la del agua % el calor&metro. l valor que obtuvimos del calor latente de vaporización $ue de % teóricamente sabemos que el valor del calor latente de vaporización es de 7?8 calg evidenci*ndose un error del @8.';7I. l error al que llegamos es debido a que en el momento de medir la temperatura $inal, en el instante de sacar el tubo de decantación del calor&metro el sistema vaporEagua l&quida estuvo expuesto por unos segundos con el medio habiendo una pequea pJrdida de calor, haciendo que la temperatura disminu%a.
E*+,-%,/0 5 •
0anto el *cido como la base son especies iónicas, buscan un estado de menor energ&a, es as& que se $orma la sal % el proceso resulta ser exotJrmico 5se libera energ&a6.
E*+,-%,/0 6 •
•
+l acido al al estar concentra concentrado do es sumamente sumamente peligroso, peligroso, por eso es necesario manipularlo con cuidado. l proceso ruptura de las interacciones solutoEsoluto % solventeEsolvente es endotJrmico, mientras el proceso de $ormación de atracciones solutoE solvente 5solvatación6 es exotJrmico.
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•
•
VIII.
n el caso del *cido, la energ&a de la solvatación es superior a la de la ruptura stoEsto % steEste % eso hace a todo el proceso exotJrmico. n el caso de la sal, la energ&a de la solvatación es in$erior a la de la ruptura stoEsto % steEste % eso hace a todo el proceso endotJrmico. 0anto la 9al como el *cido podr&an daar las tuber&as, adem*s que pueden volver a utilizarse, debido a eso se reciclo usando vasos marcados.
CONCLUSIONES:
E*+,-%,/0 Nº4: •
Haciendo el balance de acuerdo a la le% cero de la termodin*mica llegamos a la conclusión de que para que el sistema agua l&quidaEvapor alcance el equi equili libr brio io hace hace $alt $alta a un calo calor, r, este este vend vendr& r&a a hace hacerr el calo calorr late latent nte e de vaporización, %a que la temperatura no cambia, este calor tuvo que ser usado para que las molJculas del agua l&quida adquieran ma%or energ&a % puedan vencer las $uerzas de atracción, logrando escapar % trans$ormarse en vapor! logrando el equilibrio % comprob*ndose esta le%. QUIMICA INDUSTRIAL I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA E*+,-%,/0 N 5 •
•
•
Cuando se realiza una neutralización, una determinada cantidad de calor va a ser liberado, por eso notamos que la temperatura de equilibrio va tomando valores hasta llegar a un m*ximo para luego regresar a una temperatura $inal, la cual permanece constante con el transcurrir del tiempo.
Cuand Cuando o decimo decimos s que calor calor de neut neutral raliza izaci ción ón de *cido *cidos s 5HCl6 5HCl6 % base bases s 5NaOH6 $uertes en solución diluida es pr*cticamente constante cuando un mol de agua se $orma en la reacción, se debe a que tanto los *cidos como las bases $uertes se disocian completamente completamente en sus respectivos respectivos iones, esto hace que despuJs de la neutralización contenga solo iones 5H % OHE6. Haciendo Haciendo que el calor ganado por las soluciones las consideremos consideremos como si $uera agua.
Concluimos que la reacción de neutralización de un *cido con una base es una reacción exotJrmica, la intensidad depende de las caracter&sticas de los *cidos % de las bases, as& como de sus concentraciones.
E*+,-%,/0 N 6 •
l agua disminu%e su temperatura al momento de agregar la sal, %a que la sal 5KCl6 se disocia en iones K e iones Cl E. stos iones se unen con algunos iones de hidrogeno e hidróxido de los que est* compuesta el agua $ormando compuestos qu&micos, para que exista dicha unión estos debieron haber haber gana ganado do ciert cierta a energ energ&a &a,, que que es la que que el agua agua les propo proporc rcion iona, a, evidenci*ndose la disminución de su temperatura.
IX. CUESTIONARIO 1. 3C ,7 , 89- 90,/0, , ;9+-<98=/ >, ?0; ,*+,-%,/09%,/0,@ De los c*lculos se obtiene @ calg
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA 2. 3C/07 -9%7 , H2O 7, 9/ +-8 ,/ , ,*+. , /,0-9<98=/@ De la reacción de neutralización HCl 5aq6 NaOH 5aq6HBO 5l6 NaCl 5aq6 calor 5 n6 +plicamos la le% de equivalentes equivalentes para hallar la masa de H BO LqEHC# < LqENaOH < LqEH BO N.1 < 8,Bx8,87
N.1
<
Magua2eq
entonces M agua < 8,'; g
. D, 98,- 9 9 ,898=/ >%89 ,/ 9 /,0-9<98=/ />, 7 7 -,9809/0,7 9/ 7 %,<897 ,/ 89/09,7 ,70,>%0-897. 9egn la ecuación NaOH 5ac6 HCl5ac6
NaOH 5ac6 H BO 5l6
+qu& como como hemos mezclado mezclado iguales volmenes volmenes de *cido % base $uerte $uerte 58,87#6, 58,87#6, % con misma concentración 58,BN6. 9e puede decir que entonces que hemos mezclado 8,8' eqEg de NaOH con 8,8' eqEg de HCl, es decir han sido mezclados en cantidades estequiomJtricas.
4. 3C ,7 9 %9-9 &/9 , 9 78=/ -,709/0, , 89-%,0- ,/ 9 -,988=/ , /,0-9<98=/@ 9egn la ecuación NaOH 5ac6 HCl 5ac6
NaOH 5ac6 H BO 5l6
Lmol 5NaCl6 < Lmol 5agua6 < 8,';'; <8,8' 1ol. 0otal < 7878<'88 ml< 8,' # A< 8,8'8,'< 8,' A
53P- > / 7, 8/7,-9 , 7/ , 9 89+989 89-&89 ,/ 7 887@ l signo no se considera porque representa el incremento o la disminución de la temperatura. 9irve para indicar si en el sistema se libera o absorbe calor.
6. S , E*+,-%,/0 Nº5 , ,/79 7, -,9<9 8/ 78/,7 , 8 ? ?97, ? 38-,, 70, >, 7, ?0,/- 7 %7%7 -,7097@ 3P- >@ n disol disoluc ucion iones es dilui diluidas das,, los *cido *cidos s % bases bases $uerte $uertes s puede pueden n consi consider derars arse e comple completa tamen mente te disoc disocia iados dos en sus sus ione iones, s, % lo mismo mismo se pued puede e decir decir de sus sus correspondientes sales. #a neutralización de un *cido $uerte se reduce al proceso QUIMICA INDUSTRIAL I
UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA H@O 5ac6 OHE
B HBO
"H< E7.@ Pmol
l e$ecto calor&$ico es pues, independiente de la naturaleza del anión del *cido % del catión de la base. n el caso de neutralización 5reacción6 de *cidos % bases dJbiles, ha% e$ectos adicionales que tienen su origen en la disociación, hidratación % asociación de molJculas 5dJbiles6.
'. P-,7,/0, 7 887 ,&,8097 +9-9 ,0,-%/9- 7 89-,7 , 78=/ , 7 7 ,/797 -,9<97. EN EL GCIDO FUERTE (H 2SO4) Calor ganado por el agua % el calor&metro
Calor de solución
2or convención, el calor es liberado, debe ser negativo.
2ero!
A< nvol.
, entonces
n< ';x 8,88@ < 8,87? mol
< EBBB,=:8,87? < E?'B;,;; calmol
EN LA SAL INICA (C) Calor perdido por el agua % el calor&metro
Calor de solución
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA Hallando Lmol < Mpeso molecular < @?,: <8,8? 2or convención, el calor es absorbido, es positivo. < 'B7,@; 8,8? <@'@?,7 calmol
X.
BIBLIORAFIA
Qilbert Milliam Castellan.Risicoqu&mica B( dición AJxico.'=; 2*g '??E'78.
Aargarita Canales, 0zasn* Hern*ndez. Risicoqu&mica. 1olumen 3. )N+A, AJxico '===. 2*g '=:EB88.
Theodore L. Brown,H. Eugene Lea!, "r.,Bruce E. Bursten,"ulia #, $u%mica, La &iencia &entral. 'earson Educación ()ico, *++ pág -/0 -12.
Harr! B. 3ra!,3il4ert '. Haight. 'rincipios Básicos de $u%mica, Editorial #evert( 5.6. Barcelona *++2. pág *02-
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2+#A/S0ermoquimicaSCapitulo 7
QUIMICA INDUSTRIAL I
