Calorimetria Calor DE Neutralización PDF

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Informe de practica de laboratorio...

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Barranquilla/Atlántico 23/07/2020 Profesor: WILLIAM FERNÁNDEZ CASTRO.

CALORIMETRIA: CALOR DE NUETRALIZACIÓN

Juan Camilo Herrera Blanco1, Betsy Liliana Mesa Fragoso2, Álvaro José López Cueto3, Valentina Isabel Hernández Orozco4, Sebastián Andrés Gaviria Viloria5, José Armando Mora Ursola6.

Resumen En la práctica se realizaron diferentes procedimientos relacionados a la entalpia de reacción y del tal manera buscar la determinación del calor a partir de una base fuerte y el disolvente universal (NaOH(S) y H2O), se buscó la determinación de la entalpía de neutralización a partir de un ácido fuerte y una base fuerte (HCl y NaOH(S)), se determinó nuevamente la entalpía la neutralización pero en este caso se utilizó un ácido débil y una base fuerte (CH3COOH y NaOH(S)) y por último se determinó la entalpía dela reacción utilizando la ley de Hess por medio del NaOH(ac) y el HCl.

Introducción Todas las transformaciones químicas están acompañadas de absorción o liberación de energía que se manifiesta en forma de calor, el cual en sistemas a presión constante es igual al cambio de la entalpia de estos. Las transformaciones químicas siguen el principio de la conservación de energía donde destaca la ley de Lavoisier y Laplace que afirma que el calor necesario para descomponer un compuesto debe ser igual al calor durante su formación; y la Ley de Hess que estipula que el calor total de una reacción a presión constante es el mismo independientemente de los pasos intermedios que realice el sistema. Al tratarse de una reacción de bases fuertes con ácidos fuertes, el calor de reacción es independiente de la naturaleza de dichos componentes, pues la disociación y reacción de estos es completa, por lo que en todos los casos el efecto termodinámico es causado por la unión de los hidrogeniones con hidroxilos para formar agua. En el caso de reacciones con ácidos o bases débiles, el calor de neutralización varía de acuerdo al tipo de compuesto, ya que están involucrados procesos de formación de agua y disociación incompleta del ácido o base débil, por tanto, el efecto térmico es la suma de las entalpias de ionización de los ácidos o bases débiles y la neutralización de estos.

Objetivo 0eterminar de forma experimental y calorimétricamente la cantidad de calor producida durante la neutralización de HCl (ácido fuerte) con NaOH (bases fuertes).

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FUNDAMENTACION TEORICA Casi todas las reacciones químicas vienen acompañadas por un cambio de energía, que en general se manifiesta como absorción o liberación de calor. Por otro lado, la mayoría de las reacciones químicas se llevan a cabo a presión constante, por lo que el calor absorbido o cedido, será la variación de entalpía, ΔH, que acompaña al proceso. ΔH > 0, proceso endotérmico ΔH < 0, proceso exotérmico Si la reacción química se lleva a cabo en un recipiente aislado térmicamente del exterior (adiabático), una reacción exotérmica provoca un aumento de temperatura del sistema, mientras que una endotérmica conduce a una disminución de la temperatura. De esta manera, se puede determinar experimentalmente ΔH de reacción midiendo a presión constante la variación de temperatura que la reacción produce cuando se lleva a cabo en un recipiente adiabático. Este procedimiento se denomina calorimetría y el aparato utilizado para determinar los cambios de temperatura es un calorímetro. 

En todo experimento de calorimetría primero debe calcularse el Cp del aparato que se va a usar; para esto se colocan 100 mL de agua en el frasco de polietileno con su tapa y se mide la temperatura T1, en otro recipiente se agregan 50 mL de agua a la temperatura T2 (donde T2 ≈ T1

+ 10º C) es decir que T2 tendrá una temperatura mayor que T1, luego se mezclan y se mide la temperatura más alta alcanzada después de haber agitado (T3) las cantidades de agua pueden ser variadas de acuerdo al tamaño del frasco, sabiendo que CpH2O = 1 Cal/g °C y que el calor ganado es igual al calor perdido, llegamos a la conclusión siguiente, donde Cpc en la capacidad calórica del calorímetro. 50 (T2 – T3) = (Cpc + 100) (T3 – T1) (1)

Metodología En nuestra experiencia iniciamos identificando los materias y reactivos para realizar nuestro laboratorio. Utilizamos tres vasos de ensayo de 140ml, un termómetro y espátula. Como ácidos utilizamos ácido clorhídrico (HCl), ácido nítrico (HN03), ácido sulfúrico (H2SO4) y ácido fosfórico (H3PO4); como bases utilizamos hidróxido de sodio (NaOH), hidróxido de potasio (KOH), hidróxido de calcio (Ca (OH)2) e hidróxido de aluminio (Al (OH)3). Primero vertimos una cantidad menor a 70 ml de ácido clorhídrico en un vaso de ensayo teniendo en cuenta su concentración, también realizamos el mismo proceso con el hidróxido de sodio otro vaso de ensayo, medimos la temperatura de ambos reactivos y procedimos a mezclarlos en nuestro vaso de ensayo de 140 ml para finalmente medir la temperatura de la solución. Repetimos el mismo procedimiento para dar las soluciones de HNO3 + KOH,

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H2SO4 + Ca (OH)2 y H2PO4 + Al (OH)3. ANALISIS Y DISCUSION El calor de neutralización de un sistema acido-base obedece a la naturaleza del ácido y de la base, como también de la temperatura y de a concentración. también debemos agregar que la neutralización de un ácido con una base es una reacción exotérmica ya que se libera energía. Como la transición de la temperatura de un cuerpo indica la pérdida o ganancia de calor de dicho cuerpo. Además, debemos tener preclusión al momento de masar el ácido y la base. En este caso se recomienda que las soluciones utilizadas sean preparadas instantes antes de ser realizada la practica ya que al ser preparadas mucho tiempo antes de la práctica se pierde la reacción exotérmica al realizar soluciones y estas entran en equilibrio térmico lo cual produce que la temperatura de estas soluciones sea constante y por lo cual los valores de temperatura tomados produzcan un solo dato de temperatura constantes lo cual no se recomienda para la práctica. Realizando con éxito este laboratorio podemos comprobar la primera ley de la termodinámica.

PREGUNTAS GENERALES 1. Que es un calorímetro? El colorímetro es un aparato basado en la ley de absorción de la luz habitualmente conocida como de "Lambert-Beer". En realidad, estos dos autores nunca llegaron a colaborar puesto que un siglo separa el nacimiento de cada uno. Johann Heinrich Lambert (1728-1777) realizó sus principales contribuciones en el campo de la matemática y la física y publicó en 1760 un libro titulado Photometria, en el que señalaba la variación de la intensidad

luminosa al atravesar un rayo de luz un número "m" de capas de cristal podía considerarse como una relación exponencial, con un valor característico ("n") para cada cristal. En 1852, August Beer (1825-1863) señaló que esta ley era aplicable a soluciones con diversa concentración y definió el coeficiente de absorción, con lo que sentó las bases de la fórmula que sigue siendo utilizada actualmente:

ln(I/Io) = -kcd donde

k= coeficiente de absorción molecular, característico de la sustancia absorbente para la luz de una determinada frecuencia. c= concentración molecular de la disolución d= espesor de la capa absorbente o distancia recorrida por el rayo luminoso

Esta propiedad comenzó a ser utilizada con fines analíticos gracias a los trabajos de Bunsen, Roscoe y Bahr, entre otros. El colorímetro más antiguo de la colección de la Universidad de Valencia es semejante al propuesto en 1870 por Jules Duboscq (1817-1886), un fabricante de instrumentos ópticos de París. Es un buen ejemplo de lo que Gaston Bacherlard denominaba “theorèmes réifiés” para hacer referencia a los instrumentos científicos. Dado que su forma y sus características muestran claramente las bases teóricas de su funcionamiento, este tipo de instrumentos resulta particularmente adecuados para ser empleados en la enseñanza, por ejemplo,

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en el estudio de las leyes de la colorimetría . 2. Un estudiante tiene Hierro caliente y lo agrega que contiene agua fría Explica que sucede en termino de flujo de calor. Si arrojamos una barra de hierro caliente dentro del agua fría la temperatura del hierro descenderá asi mismo la temperatura de l agua aumentara pero este aumento será igual al descenso de temperatura alcanzando asi el equilibrio térmico.

3. Porque el agua es mejor refrigerante que el etanol? El agua es mejor refrigerante que el etanol por que el agua posee un valor mas alto de calor especifico esto quiere decir que su transferencia es mayor comparado con el etanol

4. Explica este grafico de temperatura vs tiempo en realización al calor específico de una sustancia ¿Para que se debe realizar esto?

Como se nos muestra en la tabla el etanol alcanza una temperatura mayor teniendo como referente al tiempo datos a tener en cuento puesto que al hacer el experimento no queremos que la sustancia cambie rápidamente de estado. También puede que como el agua requiere mucha energía para calentase pues el agua tiene un calor especifico muy alto pero puede almacenar mucha energía sin elevar mucho su temperatura 5. Una muestra de 30,0 g de agua se calentó desde una temperatura inicial de 18,0? ¿C a una temperatura final de 57,5? C. ¿Cuántas calorías ha absorbido el agua? Q= (0.03Kg) (4186 J/Kg C) (18 ºC -57.5 ºC) Q= 2202.94 J

6. Una muestra de 80,0 g de esferas se calentaron en agua a 99,5 ° C. ¿Las esferas se añadieron a 50,0 g de agua que estaba a una temperatura de 20,0°C, resultando en un aumento de la temperatura para el agua a 33,0? C. Calor (cedido)+Calor (ganado)= 0 Calor (cedido)= -Calor (ganado) FORMULA (CALOR IGUAL A MASA POR CALOR ESPECIFICO POR DELTA DE TE) Q= M.Cp (^T) Donde (^T) es igual a (T2)-(T1)

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Esfera DE Material desconocido tiene una masa

obtuvo los experimentales:

M=80g temperatura inicial (T1) temperatura final (T2)

-Temperatura inicial de 60 mL de agua fría en un calorímetro Tf= 24.5 °C we

T1=99.5ºC T2=33ºC

- Temperatura inicial de 60 mL de agua caliente Tc= 58,5 °C

Recipiente de agua M=50g T1=20ºC T2=33ºC Calor especifico del agua (1cal/gºC) Qesferas= -Qagua

siguientes

datos

- Máxima temperatura del agua después de agregar agua caliente al agua fría en el calorímetro t= 41,0 °C Con estos datos encuentre la capacidad calorífica del calorímetro. Capacidad calórica del calorímetro es 12.02 cal/g ºC

(80g)(Cp)(33-99.5)ºC = -50g (1cal/gºC) (33-20) ºC -5320g ºC (Cp)= -650cal CP= -650cal/ -5320g ºC = 0.122cal /g ºC A) 32.80ª C B) 314.88 cal/gºC C) 0.122cal /g ºC D) Vidrio

Conclusión El calor de neutralización de un sistema ácido-base obedece a la naturaleza del ácido y de la base, como también de la temperatura y de la concentración. La transición de la temperatura de un cuerpo indica la pérdida o ganancia de calor de dicho cuerpo. La neutralización de un ácido con una base es una reacción exotérmica, libera energía.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.

7. Un estudiante necesita calcular la capacidad calorífica de un calorímetro y

1. https://quimicayalgomas.com/quimic a-general/propiedades-coligativasquimica/propiedades-coligativas/

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