Informe calorimetria - Nota: 67 PDF

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CALORIMETRIA 1) OBJETIVOS.1.1)

OBJETIVO GENERAL.-

Comprobar la ley de conservación de la energía, en sistemas sin reacción química

1.2)

OBJETIVOS ESPECIFICOS.-



Construir un calorímetro



Medir temperaturas



Determinar calores específicos



Determinar temperaturas de equilibrio

2) FUNDAMENTO TEORICO.El capítulo de la química que estudia los cambios energéticos que acompañan a una reacción química se denomina Termoquímica. Las reacciones químicas van acompañadas de transferencia de energía, que puede manifestarse en forma de calor absorbido (reacción endotérmica) ó calor desprendido (reacción exotérmica) Reactivos -----+ Productos +/- Calor Cuando una reacción se lleva a cabo a presión constante, los cambios de calor que ocurren se denominan entalpía (H) La Entalpía de reacción se expresa normalmente en unidades de Calorías/mol ya sea de reactivo ó producto Por convención se establece que la entalpía es de Signo negativo para procesos exotérmicos. La medida del calor intercambiado durante un proceso se realiza mediante un calorímetro que básicamente es un dispositivo aislado con una cámara de reacción rodeada de agua donde se detectan los cambios de temperatura con

ayuda de un termómetro y a través de estas medidas medir la cantidad de calor intercambiado. El calor desarrollado por reacción u otro proceso físico Qp en la camara de reacciónque se halla inicialmente a una temperatura T1, actúa de tal modo que la temperatura final del calorímetro cambia hasta T2. Por el principio de conservación de la energía se puede expresar: Calor cedido por reacción u otro proceso físico = Calor ganado por el calorímetro El calor ganado por el calorímetro es:

Q p=ma c e agua (T 2−T 1 )+ mc c e cal (T 2 −T 1 ) Donde: ma es la masa del agua que rodea al erlenmeyer ce agua es el calor específico del agua mc es la masa de los componentes del calorímetro (vaso de precipitados, termómetro, agitador, etc.) ce cal es el calor específico promedio de los componentes del calorímetro. Si el calor ganado es igual al calor perdido:

Q p =Q g Q p=ma c e agua (T 2−T 1 )+ mc c e cal (T 2 −T 1 ) Q p =( ma c e agua +mc c e cal )(T 2 −T 1 ) Y si definimos la capacidad calorífica del calorímetro como:

C cal=ma c e agua +mc c e cal Podemos escribir la ecuación como:

Q p =C cal (T 2−T 1 )

De tal modo que conociendo la capacidad del calorímetro y las temperaturas inicial y final se puede determinar el calor cedido por la reacción ocurrida en el matraz erlenmeyer. En el proceso de calibración del calorímetro se determina la capacidad calorífica del calorímetro C cal. En este proceso se introduce una masa ma de agua a temperatura de ebullición Tb en el matraz erlenmeyer y se espera hasta que el sistema alcance el equilibrio térmico con temperatura T 2. El calor perdido por el agua caliente en el matraz erlenmeyer será:

Q p =− ma c e agua (T 2 −T b ) Por lo tanto:

Q p =− ma c e agua (T 2 −T b )=C cal (T 2−T 1 ) Y el valor de C cal se puede calcular por:

Ccal=

−ma c e agua (T 2 −T b ) (T 2 −T 1 )

Nótese que la capacidad del calorímetro es función de las masas de los componentes del calorímetro y del agua que rodea al erlenmeyer, por lo tanto ni la masa de agua ni los componentes deben cambiar durante la sesión experimental. 3) PARTE EXPERIMENTAL. 3.1) MATERIAL REACTIVO Y EQUIPOS UTILIZADOS ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

MATERIAL Calorímetro Vaso de precipitados Termómetro Matraz erlenmeyer Hornilla Vaso de precipitado Termómetros Balanza Varilla de vidrio Piseta

CARACTERÍSTICA 600 cm3 125 cm 3 250 ml Eléctrica

CANTIDAD 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1

11 ITEM 1 2

Esferas metálicas REACTIVO Agua destilada Hielo

1 CARACTERÍSTIC

CANTIDAD 50 g 50 g

3.2) PROCEDIMIENTO Y FLUJOGRAMA PROCEDIMIENTO a) Construcción del calorímetro. 

Una calorimetro aislante de aproximadamente 15 cm x 15 cm x 15 cm, con espacio suficiente para que en el interior quepa un vaso de precipitados de 600 cm3.



El matraz erlenmeyer (cámara de reacción) se colocará en el interior del vaso de precipitados rodeado de agua.



El termómetro estará en el agua que rodea a la cámara de reacción juntamente con un agitador para mantener la temperatura del agua uniforme.

b) Calibración del calorímetro 

Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la temperatura T1



Caliente 50 cm3 de agua a temperatura de ebullición Tb y añada al matraz erlenmeyer



Después que se ha alcanzado el equilibrio térmico, registre la temperatura de equilibrio T2



Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de agua introducida por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío.

c) Determinación del calor de fusión del hielo



Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la temperatura T1



Añada al matraz erlenmeyer lavado y seco varios cubos de hielo y permita que estos se fundan.



En el momento en que el ultimo trozo de hielo haya fundido, registre la temperatura del agua que rodea al matraz T2.



Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de hielo por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío.

d) Determinación del calor especifico de un metal 

Caliente la esfera de metal en la hornilla hasta una temperatura alta



Determine la temperatura de la esfera de metal con la termocupla



Mida 300 g de agua en el vaso de precipitados de 600 cm3



Determine la temperatura inicial del agua T1



Introduzca cuidadosamente la esfera en el agua del vaso de precipitados



Espere a que se alcance el equilibrio térmico



Determine la temperatura final T2

e) Determinación de la temperatura de equilibrio de una mezcla 

Mida 250 g de agua en el vaso de precipitados



Caliente el agua del vaso con la hornilla hasta una temperatura entre 40 y 50 ºC



Determine la temperatura del agua



Mida 100 g de agua en el vaso de precipitados a temperatura ambiente



Determine la temperatura del agua a temperatura ambiente

Mezcle ambas muestras de agua y determine la temperatura de equilibrio con el termómetro

4) DATOS, CALCULOS Y GRÁFICOS.

Calcule la capacidad calorífica del calorímetro

C=

C=

−ma×Ce ×(T 2−Tb) (T 2−T 1)

cal ×(28−87) g°C (28−15)

−41 g × 1

C= 194.5 (cal/°c) 

Calcule el calor ganado en la fusión del hielo

Qganado= m*Ce hielo*∆T+m*∆Hf+m*CeH2O*∆T Qganado=43*0.45*(0-(-4))+43*79.9+43*1*(28-8) Qganado=3633.5 Cal 

Calcule el calor por mol de hielo en el proceso de fusión.

Qganado= 50/18*194.5*(2.8-(-4)) Qganado=3599.9 Cal



Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico

Dif%= 3633.5 Cal-3599.9 Cal Dif%= 33.6 

Calcule el calor especifico del metal

Q ganado = - Qperdido - mM x Ce M x (Te – T2) = mH2O x Ce H2O x (Te – T1) Ce M = mH2O x C H2O x (Te – T1) mX

(T2–Te)

Ce M = 300g x 1 cal/g°C x (31.85-13.5)°C -507.42[g] (31.85 – 42.7)°C

Ce M(experimetal) = 0.09999cal g°C



Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico Ce (bibliografico) = 0.106 cal g°C

Dif%= 0.106-0.09999 Dif%=0.6 

Calcule la temperatura de equilibrio de la mezcla

Q ganado = - Qperdido mH2O x Ce H2O x (Te – T1) = - mM x Ce M x (Te – T2) 250 100 × ( Teq−14 ) × ( Teq−50 )= 350 350 Teq =39.71 °C



Compare el valor obtenido con el valor experimental

Teq ( experimental) =38.95° C

Dif%= 39.71-38.95 Dif%=0.76*100% Dif%=76% 5) CONCLUSIONES.Con el presente experimento se aprecia las leyes que rigen en la materia; comprobando experimentalmente la conservación de la energía y la introducción a la termodinámica. Se logra apreciar cuantitativamente el calor transferido entre los cuerpos; se aprende a manejar distintos materiales que se utiliza para el experimento como el calorímetro, termómetro digital y otros. A causa de diversos factores que influyeron en el cálculo y manejo de datos se

obtuvo el error cometido en el experimento; consecuencia por factores inevitables; En general se obtuvo un conocimiento más sólido en este tema de importancia para la química en general. Se puede concluir que varios errores porcentuales producto del experimento resultaron grandes, a causa de errores instrumentales: al usar el termómetro la variación de temperatura es cuestión de segundos por lo tanto difícil de tener valores acertados. A pesar de los errores instrumentales, se llego a demostrar y utilizar las ecuación de calorimetría y termodinámica exitosamente, causando un proceso didáctico muy productivo. La diferencia porcentual obtenida en el experimento, es a causa de errores inevitables, como la corriente del aire u otras causas; pero el experimento muestra

una

relación

entre

el

valor

obtenido

prácticamente.

6) BIBLIOGRAFIA.

Química general



Guía de laboratorio

Ing. Eduardo Coronel Química general

experimentalmente

y...