Curso: QUIMICA GENERAL – LABORATORIO LABORATORIO Título:
Alumnos: Arbocco Böttger, Gianlucca Galicia Elorrieta, Frank 20160192 20160204 Facultad de Economía y Planificación Horario: Martes, 8:00 a.m – 10:00 10:00 a.m Profesora: Paola Aurelio Jorge Montalvo Fecha del experimento: 17 de Mayo de 2016 Fecha del informe: 24 de Mayo de 2016
La Molina – Lima Lima – Perú Perú ~1~
Introducción…………………………… .....................3 Propósito de la práctica………….................................4 Hipótesis………………………………........................4 Revisión de la literatura ………………………….......5 Materiales………………………………………… ....8 Procedimientos…………………………………… ....9 Resultados…………………………………………..11 Discusión de resultados …………………………….12 Conclusiones………………………………………..12 Bibliografía………………………………………… 13 Cuestionario para el informe ………………………14
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La termoquímica es una rama de la físico-química que estudia los cambios térmicos asociados a las transformaciones químicas y físicas. Hay transformaciones que liberan calor, a estas se les llama exotérmicas y hay transformaciones que necesitan de un suministro de calor para que se puedan producir, se les llama endotérmicas. Estas cantidades de calor se pueden medir mediante un parámetro termodinámico muy conocido, la variación de la entalpia cuyo símbolo es ∆. En el laboratorio puede medirse la entalpia de neutralización entre el y haciéndolos reaccionar en un recipiente aislado térmicamente y midiendo el cambio de temperatura; de la misma manera se puede medir la entalpia de disolución de urea en agua mezclándolos en un recipiente aislado y registrando el cambio de temperatura.
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Determinar la entalpia de neutralización de hidróxido de sodio con ácido clorhídrico ( ). Determina la entalpia de disolución del Urea en agua .
Las entalpias de neutralización y de disolución se pueden obtener poniendo en contacto los reactivos dentro de un calorímetro y midiendo los cambios de temperatura.
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CAMBIO DE ENTALPIA DE UN PROCESO: Es la cantidad de calor que gana o pierde un sistema cuando experimenta un cambio químico o físico a presión constante CALORIMETRIA: La calorimetría es la parte de la física que se encarga de medir la cantidad de calor generada o perdida en ciertos procesos físicos o químicos. El aparato que se encarga de medir esas cantidades es el calorímetro. El calorímetro consta de un termómetro que está en contacto con el medio que está midiendo, en el cual se encuentran las sustancias que dan y reciben calor. Las paredes del calorímetro deben de estar lo mas aisladas posibles ya que hay que evitar al máximo el intercambio de calor con el exterior, e xterior, de lo contrario, las mediciones serían totalmente erróneas.
ENTALPIA DE NEUTRALIZACIÓN: El calor de neutralización es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base. El calor de neutralización tiene un valor aproximadamente constante, en la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, ya que en esta reacción se obtiene como producto en todos los casos un mol de agua, que es formada por la reacción:
+ − →
+ − → 2 ~5~
En cada una de las reacciones anteriores se obtienen 13,7 kcal. Esta constancia en la entalpía de neutralización, se entiende fácilmente cuando se recuerda que los ácidos y bases fuertes y las sales, están completamente disociados en sus soluciones diluidas; y, en tal consecuencia el efecto químico común a todas estas neutralizaciones, que es sustancialmente el único cambio responsable para el efecto térmico observado, es la unión de los iones hidratados hidrógeno e hidroxilo para formar agua no ionizada. O sea, si la ecuación anterior de neutralización la escribimos en forma iónica, tenemos: + − + − → + − Cancelando los iones comunes en ambos miembros de la igualdad:
− + → 2 En consecuencia, en las neutralizaciones ácido y base fuerte, el efecto térmico observado es responsabilidad exclusiva de la unión de los iones hidrógeno e hidróxido para formar agua. Los otros iones no participan en la reacción y por tano, son considerados iones espectadores. Si la reacción química se lleva a cabo en un recipiente aislado del exterior, entonces el sistema no ganara ni perderá calor pero dentro del recipiente si habrá cambios internos. Entendemos por mezcla la suma de las disoluciones de ácido y de base. Los cambios térmicos internos se manifiestan como cambios de temperatura.
= = 0 = ~6~
= ( ) Donde: : = : = 1 °
∆
=
ENTALPIA DE DISOLUCION: Cuando un sólido o gas se disuelve en un líquido, o cuando se mezclan dos líquidos, se rompen enlaces entre moléculas de los materiales alimentados y se forman nuevas uniones entre moléculas vecinas de la mezcla. Este proceso va acompañado por una absorción o liberación neta de energía en forma de calor. En esta sección se muestra como se puede determinar el calor neto del proceso de disolución.
= = = Donde: : = : = 1
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°
Vaso de precipitados de 100 o 250 mL. Termómetro de 0°C a 100°C. Probeta de 50 o 100 mL.
Disolución de hidróxido de sodio, 1M. Disolución de ácido clorhídrico, 1M. Urea, . Agua destilada.
Calorímetro de presión constante.
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1. Medir 50 mL. de disolución de HCl 1M en una probeta y medir su temperatura con un termómetro, luego verter en el calorímetro. 2. Medir 50 mL. De disolución de NaOH 1M en una probeta y medir su temperatura con la ayuda de un termómetro, luego verter en el calorímetro. 3. Inmediatamente después de haber vertido la disolución de hidróxido de sodio en el calorímetro tapar dicho equipo, empezar a agitar con suaves movimientos y revisar la temperatura que marca el termómetro del calorímetro cada 20 segundos, hasta alcanzar un punto de quiebre donde esta no varíe.
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1. Medir 100 mL. de agua destilada en una probeta y medir su temperatura usando un termómetro, luego verter esta en el calorímetro 2. Medir 4 gramos de urea y agregarlos al calorímetro. 3. Inmediatamente cerrar el calorímetro y agitar suavemente, controlando la variación de temperatura en el termómetro cada 20 segundos.
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1 Temperatura fifinal má máxima re registrada,
50 mL. 22°C 50 mL. 22°C
, , , , °
100 g.
1
27°C
1 °
→ Reacción de neutralización Calculo de la entalpia de neutralización
= 10 1000 × 1 ×5° ° = 500 . ∆ ° =
500 . → 10 ⁄ 0.05
Urea Temper eraatura final máxima registrad adaa, , , , °
Calculo de la entalpia de dilución
× 2° 2° ° = 20 2088
= 104 104 ×1
∆° =
208 . ⁄ → 3 . 1 2 4 × 160 ~ 11 ~
100 mL. 21°C 4 g. 19°C 104 g.
1 °
ENTRADA
PROCESO
50 mL. HCl 1 M
SALIDA 0.05 moles Agua
Neutralización 50 mL. NaOH 1M
0.05 moles cloruro de sodio
4 g de Urea Dilución
Urea diluida
100 mL. de agua
Se puede asegurar que los resultados obtenidos en el laboratorio de química durante esta práctica son correctos debido a que se cumplieron las medidas de seguridad adecuadas, se verificaron los cálculos realizados y en todo momento se actuó de acuerdo al plan previamente establecido. No existió ningún contratiempo que hiciera dudar de la eficiencia del trabajo realizado durante esta práctica.
Realizando las operaciones de manera correcta, y guiándonos de la teoría, la cual debe de ser dominada en su totalidad, podemos obtener los datos acerca de la entalpia de neutralización y de dilución de manera correcta y de esta manera obtener datos con un alto grado de veracidad. ~ 12 ~
http://www.uned.es/094258/contenido/tecnicas/calorimet ria/calorimetria.htm Fogler, H. S, Elements of Chemical Reaction, Prentice-Hall International Editions, 1992 Maron, S.H. & Prutton, C.F Fundamentos de Fisicoquímica. Editorial limusa. 1973
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1. ¿Cómo 1. ¿Cómo confirmaría usted que logro cumplir el propósito de la práctica? Podría confirmar que se logró el propósito al haber obtenido datos dentro de parámetros reales y que pudimos obtener diferentes datos para una reacción exotérmica y para una reacción endotérmica. 2. ¿Cómo 2. ¿Cómo demuestra usted que el trabajo realizado por usted es confiable? Esto queda demostrado al tener en cuenta que se trabajo en todo momento orientados por la profesora encargada y bajo las instrucciones de la guía de practicas, además teniendo como previo conocimiento la manera en la que se debía de manipular el equipo utilizado. 3. ¿Cómo 3. ¿Cómo demuestra usted usted que trabajo de manera segura? En primer lugar, se respetó en todo momento el manual de buenas prácticas de laboratorio, no hubo ningún momento en el que se estuviera jugando en el área de trabajo; por otro lado, al momento de manipular los reactivos se consideraron las medidas de seguridad pertinentes, tanto el uso de guantes, la protección del rostro y piel (al estar trabajando con ácido clorhídrico esto es muy importante). 4. ¿Cómo 4. ¿Cómo demuestra que cuido cuido el ambiente en el laboratorio? laboratorio? En todo momento se siguió las instrucciones de la profesora acerca del manejo de los residuos generados en los procesos realizados en la práctica. ~ 14 ~
5. ¿Qué 5. ¿Qué operaciones y que procesos unitarios ha llevado a cabo en esta práctica? Dentro de las operaciones unitarias, podríamos considerar la dilución de la urea en agua y la agitación que se realizó para mezclar los reactivos. Dentro de los procesos unitarios consideramos la neutralización del hidróxido de sodio con el ácido clorhídrico. 6. Usted ha comprobado que la neutralización es una reacción exotérmica, lo que significa que al ocurrir la reacción se pierde energía ¿Por qué si se pierde energía, hay elevación de temperatura de la masa dentro del calorímetro? Lo que sucede es que la energía liberada es absorbida por la masa dentro del calorímetro, lo que genera un aumento de su temperatura. 7. ¿Se 7. ¿Se hubiera logrado el objetivo de haberse trabajado con un recipiente que no se encuentre aislado a islado térmicamente? No, debido a que de no haber estado aislado térmicamente, el sistema hubiera sufrido un intercambio de calor con el medio ambiente, lo cual hubiera generado que los procesos de cálculo utilizados hayan sido incorrectos, puesto que al trabajar con un ambiente aislado se asume que la temperatura del sistema es igual a 0. 8. ¿Se 8. ¿Se podría medir el calor de combustión con un calorímetro como el que se utilizó en el laboratorio? No sería recomendable, debido a que el calorímetro utilizado era muy básico, no contaba con un sistema de ignición lo que generaría que al buscar encender el compuesto haya una pérdida de energía, y el experimento no sea concluyente. ~ 15 ~
9. Describa brevemente el procedimiento de la practica 7 La practica 7 consta de dos partes, en la primera, la determinación de la entalpia de neutralización del hidróxido de sodio con el ácido clorhídrico, para realizar este experimento se tuvo que medir la temperatura de una muestra de 50 mL. de NaOH 1M y de 50 mL. de HCl 1M y posteriormente mezclarlos en un calorímetro y medir la variación de la temperatura, para luego con la fórmulas de:
= = 0 ∆ =
Poder hallar la variación de la entalpia. En el segundo caso, la determinación de la entalpia de una disolución de urea en agua destilada, se tuvo que pesar 4 g de urea y mezclarlos con 100 mL. de agua, a la que previamente se le tomo la temperatura, en un calorímetro con el fin de observar las variaciones de la temperatura de este. Una vez hecho esto, se procedió a resolver las siguientes ecuaciones: ecua ciones:
= ∆ = Con el fin de hallar la entalpia de una disolución.
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10. Un calorímetro contiene 100 mL. de HCl 0.5M a 20°C y se le agregan 100 mL. de NaOH 0.5M a la misma temperatura. Se agita el sistema y luego se observa que el sistema alcanza la temperatura máxima de 24°C . Calcule la entalpia de neutralización por mol de agua formada
= = 0 = = 200 × 1 ×4° ° = 800 → 1 1000 10 .. × 0.5 0.5 × → 0.0 0.055 1000 1
∆ ∆
=
800 = 0.05 2
∆ = 16 ⁄
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1. Un calorímetro contiene 100 mL. de agua destilada a 20°C. Se le agrega 10 g de urea y se agita el sistema observándose que al cabo de un tiempo alcanza una temperatura minima de 15°C. Calcule el calor de la solución por mol de soluto.
= = = 1 110 × 1 × 5° ° 5500 .. = 55 ∆ = ∆
550 = 10 × 1 60
∆ = 3.3 ⁄
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