Entalpía de descomposicion del peroxido de hidrogeno PDF

Preview

Summary

Universidad Nacional Autónoma de México.Facultad de Estudios Superiores Zaragoza.Carrera: Químico Farmacéutico Biológica.Laboratorio de Ciencia Básica IIExperimento: Determinación de la entalpía de descomposición del H 2 O 2Profesora: Ana Karen Ruíz RodríguezMedina Acosta MoisesGrupo: 1213Introducci...

Description

Universidad Nacional Autónoma de México.

Facultad de Estudios Superiores Zaragoza.

Carrera: Químico Farmacéutico Biológica.

Laboratorio de Ciencia Básica II

Experimento: Determinación de la entalpía de descomposición del H2O2

Profesora: Ana Karen Ruíz Rodríguez

Medina Acosta Moises

Grupo: 1213

1

Introducción: Dentro de las investigaciones científicas, un punto importante es el poder analizar y comprobar experimentalmente el comportamiento de los procesos y de las sustancias, esto incluye el calor que estas desprenden al cabo de dichos procesos. La termoquímica se encarga de analizar y determinar el calor que se encuentra involucrado en cada proceso químico, estos procesos reciben el nombre de reacción termoquímica. La reacción termoquímica a la cual se deberá determinar el calor será la descomposición del peróxido de hidrógeno haciendo uso de la catalasa encontrada en el hígado de pollo. Marco Teórico: 

Calor: También denominado energía térmica. Es energía en tránsito entre dos sistemas (o más) a diferente temperatura, transfiriéndose del sistema con mayor temperatura al de menor temperatura.



Temperatura: Indica el grado de movimiento de las partículas de un cuerpo (energía cinética de las partículas). Macroscópicamente es una propiedad de los sistemas que indica cuando se encuentran en equilibrio térmico. Magnitud que mide el nivel térmico o calor que posee un cuerpo.



Materiales aislantes: Los materiales aislantes son aquellos que presentan una elevada resistencia al paso del calor, reduciendo la transferencia de este calor a su cara opuesta, por lo tanto, se puede decir que protegen del frío y el calor. Aislante térmico.



Calorímetro: Dispositivo que se emplea para medir de forma experimental el calor liberado o requerido en un proceso, utilizando como referencia un medio adecuado.



Calorímetro Adiabático: Tipo de calorímetro que no permite el intercambio de energía en forma de calor entre él y los alrededores. Es un sistema aislado.

2



Partes de un calorímetro: o Formado de diversos materiales o Agitador o Termómetro



Constante del calorímetro fabricado en el experimento previo a este: 

135.55 cal / °C

Calorimetría: Permite cuantificar qué tanto calor (como una forma de



energía) involucrado está presente en una reacción. Determinar esta energía presente en una reacción/proceso es posible bajo dos condiciones termodinámicas, ya sea a presión constante o a volumen constante. 

Fórmulas:  Calor Q=mCp ∆ T  Calor a presión constante Q=∆ H  Calor de descomposición K +(mCp ¿agua ) −Q descomposición =∆ T ¿

Donde; Cp=calor espeficico(a presi ó n constante) m=masa

∆ T =diferencia de temperatura K=constante de calor í metro

Q=calor ∆ H=Entalp í a



Permanganimetría: Una de las técnicas utilizadas en el análisis cuantitativo en química. Es una titulación redox e implica el uso de permanganatos y se usa para medir la cantidad de analito presente en

3

muestras químicas desconocidas. Incluye dos pasos, a saber, la titulación del analito con solución de permanganato de potasio y luego la estandarización de la solución depermanganato de potasio con solución estándar de oxalato de sodio. La titulación implica manipulaciones volumétricas para preparar las soluciones de analito. El KMnO4 no puede utilizarse como patrón primario debido a que el KMnO 4 aún para análisis contiene siempre pequeñas cantidades de MnO2. 

Reacciones utilizadas en el experimento:

 2KMnO4 + 5Na2C2O4 + 8H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2SO4 + 8H2O + 10CO2  5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5O2 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O  2H2O2 → 2H2O + O2

Justificación: La realización de este experimento se realizó con el fin de poder calcular el calor de descomposición del peróxido de hidrógeno mediante la ejecución de tal proceso. Planteamiento: El motivo central del experimento consistió en poder determinar el calor de descomposición que desprende el peróxido de hidrógeno en disolución dentro de un medio adiabático como el calorímetro. Para esto se deberá tener los conocimientos pertinentes de termoquímica y permanganimetría, así como el total control y consciencia de las sustancias empleadas en los siguientes procesos.

Pregunta de investigación: ¿Cuál será el calor involucrado en la reacción de descomposición del Peróxido de Hidrógeno? Hipótesis:

4

Haciendo uso del catalizador conocido como catalasa contenido en el hígado de pollo, se espera que este permita llevar a cabo la reacción de descomposición del Peróxido de Hidrógeno (dentro de un calorímetro adiabático) y a través de tal proceso e incluyendo los cambios de temperatura generados por éste, se pueda calcular el valor de la entalpía de dicha reacción, teniendo como referencia que el valor teórico correspondiente a ese calor es -22.620 kcal/mol, por tanto, determinar que esta es una reacción exotérmica. Objetivos: 

Principal: i.

Determinar de manera experimental el calor de descomposición del peróxido de hidrógeno.



Secundario(s): i. Llevar a cabo la reacción de descomposición del peróxido de hidrógeno usando catalasa como catalizador, dentro de un calorímetro. ii. Calcular el porcentaje de error del valor experimental con respecto al valor teórico de la determinación. iii. Determinar la concentración de Permanganato de Potasio mediante una valoración con Oxalato de Sodio. iv. Determinar la concentración del Peróxido de Hidrógeno en medio ácido mediante una valoración con Permanganato de Potasio.

Variables: 

Independientes: o Volumen de peróxido de hidrógeno (mL) o Masa de hígado de pollo (g) o Masa de Permanganato de Potasio (g) o Volumen de Ácido Sulfúrico (mL) o Constante de calorímetro (J/°C)



Dependiente(s):

5

o Calor de descomposición del peróxido de hidrógeno (kcal/mol) o Concentración de disolución del Peróxido de Hidrógeno (N)

6

Materiales: 

Calorímetro



Termómetro



Probetas



Matraces Erlenmeyer



Espátula



Balanza analítica



Balanza Granataria



Bureta



Pinzas de doble presión



Soporte universal



Pipetas volumétricas



Pipetas graduadas

Sustancias: 

Peróxido de hidrogeno



Acido sulfúrico



Permanganato de potasio



Agua destilada



Oxalato de sodio

Procedimiento: 1. Valoración del permanganato de potasio como disolución patrón secundario mediante oxalato de sodio: a) Se realizaron los cálculos pertinentes para preparar 100ml de una disolución 0.1N de permanganato de potasio. b) Al momento de diluir el permanganato en agua, se calentó ésta a una temperatura de 80°C por 10 minutos en un vaso de precipitado. c) Se trasvasó a un vaso de precipitado mientras se filtró con pelo de ángel. d) Se tapó el vaso con aluminio. e) Se dejó reposar por 24 horas. f) Se realizaron los cálculos necesarios para preparar 10 ml de una disolución 0.1N de oxalato de sodio g) Se agregaron 1 ml de ácido sulfúrico concentrado a la disolución. h) Se montó el equipo de titulación. i) Se colocó la disolución de permanganato de potasio en la bureta. j) Comenzar a verter el permanganato a la disolución de oxalato hasta que vire a un tono rosado.

7

k) Se registraron resultados. 2. Determinación de la concentración del peróxido de hidrógeno mediante permanganato de potasio: a) Se realizaron los cálculos pertinentes para la titulación de alícuotas de 3 ml y preparación de una disolución con concentración aproximada a 0.1 N de peróxido de hidrógeno con ácido sulfúrico. b) Se montó el equipo de titulación. c) Agregaron 25ml de la disolución de permanganato antes determinada en la bureta. d) Después se colocó la alícuota de 3 ml de peróxido de hidrógeno con ácido sulfúrico dentro del matraz Erlenmeyer e) Se procedió a verter el permanganato de potasio a la disolución hasta que esta vire a un tono rosado. f) Se registraron los resultados y calcular la concentración del peróxido de hidrógeno.

3. Determinación del calor de descomposición del peróxido de hidrógeno. 

Se vertieron 200 mL. de la disolución de peróxido de hidrógeno previamente titulada dentro del calorímetro. Tomar la temperatura.



Se vertieron 15 gramos de hígado de pollo dentro del calorímetro, se tapó rápidamente.



Se esperó y tomó la temperatura de equilibrio de la disolución producida dentro del calorímetro.



Se realizaron los cálculos pertinentes para la obtención de la entalpía de descomposición del peróxido de hidrógeno.



Se registraron los resultados.

8

Diagramas de flujo:

9

Resultados: Cuadro 1. Masa, concentración del oxalato de sodio y volumen de permanganato de potasio utilizados en cada determinación de la estandarización del permanganato Determinació n #1

Na2C2O4 0.0677

Concentración Na2C2O4 (N) 0.1010

Volumen KMnO4 gastado (mL) 10.3

#2

0.0674

0.1006

10.4

#3

0.0677

0.1010

10.4

Cuadro 2. Concentraciones del permanganato de sodio obtenidas en cada estandarización, promedio y coeficiente de variación de los resultados. Estandarización #1 #2 #3 ´x cv

Concentración KMnO4 (N) 0.0980 0.0970 0.0970 0.0977 −5 5.9114 × 10 %

Cuadro 3. Volúmenes de permanganato de potasio y peróxido de hidrógeno utilizados en la titulación del peróxido de hidrógeno.

Determinación

KMnO4 gastado (mL)

#1

10.7

#2

10.8

#3

10.6 10

H2O2 (mL) 10

11

Cuadro 4. Concentraciones del peróxido de hidrógeno obtenidas en cada determinación de la titulación, su promedio y coeficiente de variación. Determinación

H2O2 (N)

#1

0.1045

#2

0.1055

#3

0.1036

´x

0.1045

cv

0.9092 %

Cuadro 5. Volúmenes de permanganato de sodio y peróxido de hidrógeno usados en cada determinación y concentración del peróxido de hidrógeno (Titulación de las disoluciones de peróxido de hidrógeno del calorímetro). Disolución Determinación

Volumen KMnO4 gastado (mL)

Volumen H2O2 (mL)

Concentración H2O2 (N)

#1 1

#2

0.45

0.0220

#3 #1 2

#2

0.1

2

4.885 ×10

−3

#3 #1 3

#2

0.025

#3

12

−3

1.22125× 1 0

Cuadro 6. Promedio y coeficiente de variación de los resultados obtenidos en la titulación de disoluciones de peróxido hidrógeno del calorímetro (reacción de descomposición). ´x (N)

Disolución 1

0.0220

2 3

4.885 ×10

cv (%)

−3

0

−3

1.22125× 1 0

Cuadro 7. Masa del peróxido de hidrógeno en una disolución de 200 mL (masa 2), masas del peróxido de hidrogeno que no participaron en la descomposición (masa 1) y su m (gramos de H2O2 que reaccionaron) y número de moles que reaccionaron. Disolución 1

Masa 2: H2O2 (g)

Masa 1: H2O2 (g) 0.0748

m (g) 0.2805

n (mol) −3 8.7656 ×10

2 3

0.3553

0.016609 −3 4.15225 ×10

0.3387 0.35114

0.0106 0.0107

Cuadro 8. Temperatura inicial, temperatura de equilibrio y T en las disoluciones de peróxido de hidrógeno del calorímetro (rx de descomposición). T (°C)

18

Temperatura de equilibrio (°C) 19

2

18

19.5

1.5

3

19

20

1

Disolución

Temperatura inicial (°C)

1

13

1

Cuadro 9. Calores de descomposición del peróxido de hidrógeno obtenidos en las diferentes determinaciones y su porcentaje de error con respecto al valor teórico. Disolución 1 2 3 ´x

Calor (kcal/mol) -15.4959 -19.2295 -12.7010 -15.8088

Error (%) 31.4947 14.9889 43.8505 30.1114

Análisis de resultados: Es importante resaltar que este experimento estuvo repleto de errores sistemáticos,

pues,

para

empezar,

las

titulaciones,

disoluciones

y

estandarizaciones de patrón secundario fueron realizadas por diferentes analistas, lo cual incremente de manera bastante considerable el grado de error (cuadros 1 – 6). También es necesario denotar el hecho de que la estandarización del permanganato de potasio con el oxalato de sodio dio resultados fatales, pues las concentraciones que se obtenían a partir de estas eran incoherentes con los teóricos, esto debido a que en vez de utilizar oxalato de sodio se estaba utilizando carbonato de sodio, que en aspecto físico y visual resultan muy similares. Se consideró eliminar dichos resultados por razones obvias. Una vez realizadas las titulaciones de cada una de las sustancias y procedidas las determinaciones del calor de descomposición se contrastó el valor de cada determinación con el valor teórico (cuadros 8 y 9). Dado a la gran cantidad de errores de esta práctica el porcentaje de error fue demasiado elevado, dando como resultado más próximo al valor teórico la segunda determinación con un porcentaje de 14.9889% y una entalpía de -19.2295kcal/mol. Además, cada una de las determinaciones variaba mucho entre ellas, esto significa que no existía una relación de precisión o exactitud de los resultados con el valor teórico.

14

15

Conclusiones: Dado a la discusión de resultados anterior podemos concluir que la hipótesis y los objetivos principales y secundarios se cumplieron parcialmente, pues, aunque se pudo determinar la entalpía de descomposición del peróxido de hidrogeno y comprobar que es una reacción exotérmica, no se pudo determinar de forma precisa o exacta. Asimismo, se pudo aproximar la concentración de peróxido de hidrogeno mediante titulaciones con oxalato de sodio. Por último, dada la naturaleza de la práctica, se omitió el ultimo objetivo secundario para evitar agregar más errores al experimento. Esto deja en claro que se necesita de una habida experiencia, gran organización, tiempo y pocos analistas, porque como Gracián dijo alguna vez: “Lo bueno, si breve, dos veces bueno.” Esto quiere decir que a menor cantidad de analistas menor será el error obtenido. Referencias: 1. Ayres, G. H. Análisis químico cuantitativo. Harla. México 1978. 2. Burmistrova, O. A. Prácticas de química física. Editorial Mir, Moscú 1986. 3. Jones, JB (et, al.). Ingeniería Termodinámica. Prentice Hall. México 1995. 4. Moran, M. J. (et, al.). Fundamentos de termodinámica técnica. Segundo tomo. Reverté, Barcelona 1995. 5. Orozco, D. F. Análisis químico cuantitativo, Porrúa. México, 1978 6. Palmer, W. G. Química física experimental, EUDEBA, Buenos Aires, 1966. 7. Perry Robert H., Manual del Ingeniero Químico, Sexta edición. Mc Grow-Hill, México 8. Palmer, W. G. "Química Física Experimental". EUDEBA, Buenos Aires, 1966 9. Burmistrova, O.A., "Prácticas de Química Física", Editorial MIR, Moscú 10.R. Chang, "Química", McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.

16

11. T. L. Brown, H. E. Le Way y B. E. Bursten. "Química La ciencia central", 5ª. Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992, pp. 1159. 12.Zarco, R. E. "Seguridad en laboratorios", Ed. Trillas, México, 1990, pp. 146. 13."The Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., USA., 1968. 14.J.W. Dawson, "Manual de Laboratorio de Química", Ed. Interamericana, México, 1980. 15. George Hess, "Química General Experimental", Edit. CECSA, España, 1982

17...