DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION, DILUCION Y NEUTRALIZACIÓN PDF

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DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION, DILUCION Y NEUTRALIZACIÓN...

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DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION, DILUCION Y NEUTRALIZACIÓN

Introducción La mayoría de las reacciones químicas liberan energía en forma de calor, ya que el sistema en el que se encuentran es abierto, lo cual nos indica que existe un intercambio de energía. Se observo los cambios que se presentaba en la temperatura llevando a cabo los diferentes procesos y empleando diferentes soluciones cuando estas se introducían al calorímetro y se agitaban. De igual manera, se calculó la capacidad calorífica del calorímetro para obtener datos precisos. En el presente laboratorio se llevo a cabo la determinación del calor de disolución, dilución y neutralización recordando conceptos aprendidos en la materia de química general y aplicándolos en la química física.

Objetivos   

Determinar el calor de disolución, dilución y neutralización de diferentes soluciones Realizar cálculos para determinar la cantidad de compuestos necesarios para obtener la concentración pedida Observar el cambio de temperatura que existe en las diferentes soluciones cuando son introducidas al calorímetro y agitadas por una determinada cantidad de tiempo, o hasta que esta se encuentre en equilibrio

Fundamento teórico El concepto de Sistema Como definición de sistema se puede decir que es un conjunto de elementos con relaciones de interacción e interdependencia que le confieren entidad propia al formar un todo unificado. Un sistema puede ser cualquier objeto, cualquier cantidad de materia, cualquier región del espacio, etc., seleccionado para estudiarlo y aislarlo (mentalmente) de todo lo demás. Así todo lo que lo rodea es entonces el entorno o el medio donde se encuentra el sistema. El sistema y su entorno forman el universo:

Los sistemas termodinámicos se pueden clasificar como: aislados, cerrados y abiertos 





El sistema aislado es el sistema que no puede intercambiar materia ni energía con su entorno y este es un modelo imaginario cuya frontera o límite del sistema impide cualquier tipo de intercambio El sistema cerrado es el sistema que sólo puede intercambiar energía con su entorno, pero no materia, es decir, aquel cuya frontera admite únicamente el intercambio de energía El sistema abierto es aquel sistema que puede intercambiar materia y energía con su entorno.

Calor 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. Calor de disolución El calor de disolución o entalpia de disolución (a presión constante) ΔHsol es el calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto se disuelve en cierta cantidad de disolvente. La cantidad ΔHsoln representa la diferencia entre la entalpía de la disolución final y la entalpía de los reactivos originales, como lo representa: ΔHsoln = Hsoln - Hcomponentes Calor de dilución El calor de dilución es el cambio de calor asociado al proceso de dilución. Cuando un proceso de disolución es endotérmico (absorbe calor) y a dicha solución se le diluye, posteriormente la misma disolución absorbe más calor de los alrededores. Caso contrario es cuando un proceso de disolución es exotérmico, pues al adicionar disolvente, liberará más calor a los alrededores.

Procedimiento experimental Materiales y reactivos

             

Termómetros Probeta de 250 mL Vasos de precipitación de 250mL Cronometro Reloj de vidrio Agitador Varilla Pipeta de 10mL Espátula Calorímetro Hidróxido de sodio Ácido clorhídrico Cloruro de amonio Nitrato de amonio

Procedimiento 

Calor de neutralización 1. Se hizo calentar 100mL de agua y se midieron 200mL de agua fría en vasos precipitados, y se tomaron sus temperaturas 2. Posteriormente se mezclaron ambos vasos con el agua a sus respectivas temperaturas y se las introdujo al calorímetro junto con el agitador 3. Se agito, se esperó y se tomó la temperatura de la mezcla, este y los anteriores pasos se llevaron a cabo para conocer la capacidad calorífica del calorímetro 4. Se preparo la solución de Hidróxido de sodio a 0.5N y el Ácido clorhídrico a la misma concentración 5. Se tomaron las temperaturas de ambas soluciones y se las registro como T1 y T2 6. Se introdujo ambas soluciones al calorímetro y se tomo la temperatura cada minuto por 5 minutos



Calor de disolución o NH4Cl 1. Se peso en el vidrio de reloj 2gr de cloruro de amonio

2. Se determino usar 75mL de agua para tener una concentración de 0,5M 3. Se tomo la temperatura del agua y se la introdujo al calorímetro 4. Se introdujo el agua con el agitador al calorímetro, se agito y se tomo la temperatura hasta que esta fuera constante 5. Se introdujeron los dos gramos de NH4Cl al calorímetro y se agito constantemente durante 5 minutos, tomando la temperatura cada minuto hasta que se mantuviera constante

o NH3NO3 1. Se peso en el vidrio de reloj 2gr de nitrato de amonio

2. Se determino usar 75mL de agua para tener una concentración de 0,5M 3. Se tomo la temperatura del agua y se la introdujo al calorímetro 4. Se introdujo el agua con el agitador al calorímetro, se agito y se tomó la temperatura hasta que esta fuera constante 5. Se introdujeron los dos gramos de NH3NO3 al calorímetro y se agito constantemente durante 5 minutos, tomando la temperatura cada minuto hasta que se mantuviera constante



Calor de dilución 1. Se determino usar 17,89 mL NH3 y 100mL de agua 2. Bajo campana el grupo procedió a extraer 17,89 mL de la solución ya preparada con ayuda de la pera succionadora y la pipeta de 10mL

3. Se tomo la temperatura del agua y de la solución, las cuales se registraron

posteriormente

4. Se introdujo el agua y la sustancia al calorímetro con el agitador 5. Se agito y se tomó la temperatura de la mezcla hasta que esta permanezca constante

Datos y resultados 

Calor de neutralización Determinación capacidad calorifica

Temperatura H2O [°C] 21°C (Agua Fría) 61°C (Agua caliente) 34°C (Equilibrio)

Volumen del agua 200 mL 100 mL 300 mL

m c Cpc (Tⅇ−Tc )=mf C pf ( Tⅇ−T f ) + k ( Tⅇ−T F ) 4,179

(

)

J J ( 100 g )( 34 ° C−61° C ) = K +4,181 ( 200 g ) ( 34 °C−2 1° C ) g°C g°C

−11283, 3 J =( K +836,20

J )(13° C) °C

−11283,3 J =13 ° C ( K ) +10870.6 J K=−1 704.15 K=−407 , 28

(

J 1,987 cal ° C 8,314 J

)

cal °C

Determinación calor de neutralización Datos: Temperatura del NaOH: 29°C Volumen del NaOH: 150 ml Temperatura del HC: 26°C Volumen del HCl: 150 ml Temperatura de equilibrio entre NaOH y HCl: 27,5°C

Tiempo(mi n)

27.2

Temperatura °C

27 26.8 26.6 26.4

T°C

26.2 26 25.8 25.6 25.4 0.5

1

1.5

2

2.5

3

t(min)

3.5

4

4.5

5

5.5

q neutralizacion=−qcalorimetro q neutralizacion=−(masa∗Cp)∆ T q neutralizacion=−(−1,672

KJ )(26,2 °C−27,5 ° C) mol

1 ( 0,075 )

q neutralizacion=−2,174 KJ q neutralizacion=−28,981

KJ mol

El valor encontrado varia en pequeña magnitud con el valor encontrado en las tablas, esto puede deberse a las condiciones climáticas, a la concentración de las sustancias empleadas y al manejo de los diferentes instrumentos empleados 

Calor de disolución o Cloruro de Amonio Temperatura inicial:22°C NH4Cl+H2O 2 gr NH 4 Cl ×

NH4+Cl+ H2O

1000 mL NH 4 Cl 1 L NH 4 Cl 1mol NH 4 Cl × × =75 mL H 2 O 53.5 gr NH 4 Cl 0.5 mol NH 4 Cl 1 L NH 4 Cl Tiempo(min ) Temperatura °C

1 2 3 4 5 ´x

21,5 21 20,5 20 19,5 20,5

22 21.5 21 20.5

T°C

20 19.5 19 18.5 0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

t(min)

q disolucion=−(−1,672

KJ )(20,5 °C−22 ° C ) mol

q disolucion=−2,508 KJ 0,5

mol ( 0,25 l) =0,125 mol N H 4 Cl l

q neutralizacion=−2,508 KJ

( 0,1251 mol )

q neutralizacion=−20,064

KJ mol

o Nitrato de Amonio Temperatura inicial:22°C

Tiempo(min Temperatura °C ) 1 22 2 21,5 3 21 4 20 5 20

4.5

5

5.5

22.5 22 21.5 21

T°C

20.5 20 19.5 19 0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

t(min)

q disolucion=−(−1,672

KJ )(20,9 °C −22 ° C ) mol

q disolucion=−1,839 KJ 0,5

mol ( 0,25 l) =0,125 mol N H 4 N O3 l

q disolucion=−1,839 KJ

( 0,1251 mol )

q disolucion=−14,714 

KJ mol

Calor de dilución mol 17 gr NH 3 100 17 =17.89 mL 1 ×0.1 L× = =17 gr NH 3 × L 10 0.95 1 mol NH 3 Volumen NH 3 =17,89 mL Volumen H2O=100mL Temperatura inicial Agua=21°C Temperatura inicial NH 3 =23.5°C Tiempo(mi n)

Temperatura °C

5.5

1 2 3 4 5 ´x

24 24,5 25 25 25,5 24,80

26 25.5 25

T°C 24.5 24 23.5 23 0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

t(min)

q dilucion=−(−1,672

KJ )(24,80 ° C−23,5° C) mol

q dilucion=2,174 KJ 1

mol ( 0,10 l) =0,10 mol N H 3 l

q dilucion=2,174 KJ

( 0,101mol)

q dilucion=21,736

KJ mol

Discusión El grupo se percató que es importante tener en cuenta todos los conocimientos básicos aprendidos en materias pasadas, ya que nos ayudan a comprender y resolver de una mejor manera los procedimientos ejercidos en laboratorio, logrando obtener una mayor precisión en los resultados

También nos percatamos que en la vida cotidiana la mayoría de los sistemas son abiertos, ya que existe intercambio de energía y masa; y que no es tan común observar un sistema perfectamente aislado

Conclusiones   

Se observo en los diferentes procesos el cambio de temperatura que existía al combinar dos compuestos Se obtuvo la capacidad calorífica del calorímetro utilizando el agua a diferentes temperaturas Se determinaron las cantidades necesarias a través de cálculos para llevar a cabo los procedimientos de una manera optima

Cuestionario 1. Es necesario tomar en cuenta la capacidad calorífica del calorímetro y sus accesorios? Un calorímetro es una herramienta para medir el calor de un proceso físico o químico. El proceso se lleva a cabo en el interior del calorímetro, que está aislado, por lo que no hay calor entra o se escapa. La temperatura dentro del calorímetro se toma antes de que el proceso comienza y de nuevo al final del proceso. Esta diferencia de temperatura es la liberación de calor. Antes de comenzar un ensayo colorimétrico es necesario determinar la capacidad calorífica del calorímetro. capacidad de calor es cómo debe ser aplicada al calorímetro para elevar su temperatura en un grado Celsius mucho calor. 2. Que tipo de errores se introducen en cada procedimiento? Los errores que se pueden cometer en estos procedimientos puede ser debido a los instrumentos empleados en la práctica, como el calorímetro o el termómetro. Otro error que puede aparecer en este procedimiento es que el observador cometa algún error de medición, también puede deberse al clima en el cual nos encontramos, a la humedad y la altura 3. Que importancia tiene el calor de disolución y de dilución de una sustancia? En los estudios termodinámicos de interacciones en solución tiene una gran importancia la determinación calorimétrica directa de los calores de solución de un soluto en un solvente dado. A partir de los datos experimentales del calor de solución pueden calcularse otras propiedades termodinámicas de Interés tales como: calores integrales de solución, calores diferenciales de solución, entalpia molar de exceso, calor de mezcla a dilución infinita, entalpias molares pardales relativas, entalpia molar relativa, entalpia molar aparente y entalpia molar aparente relativa. Cada

una de estas propiedades tiene una significación termodinámica precisa; sin embargo como en las ecuaciones que las definen están implicados estados de referencia distintos esto, dificulta algunas veces una clara comprensión del significado de estas propiedades y de las relaciones existentes entre ellas.

Bibliografía http://www.cie.unam.mx/~ojs/pub/Termodinamica/node9.html http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo/fico2 http://zona-quimica.blogspot.com/2010/06/calor-de-disolucion-y-de-dilucion.html https://revistas.unal.edu.co/index.php/rcolquim/article/viewFile/10826/11313...