Informe DE Entalpia PDF

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Informe de entalpia de disolucion y neutralizacion...

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¡Error! Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.¡Error! Práctica 4 1 Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.TERMOQUÍMICA

Laboratorio 4: TERMOQUÍMICA 1. Introducción La termoquímica es una rama de la fisicoquímica que estudia los cambios térmicos asociados a las transformaciones químicas y físicas. Hay transformaciones que liberan calor, a estas se las llama exotérmicas y hay transformaciones que necesitan de un suministro de calor para que se puedan producir, se las llama endotérmicas. Estas cantidades de calor se pueden medir mediante un parámetro termodinámico muy conocido, la variación de entalpia cuyo símbolo es ∆H. En el laboratorio puede medirse la entalpía de neutralización entre HCl y NaOH haciéndolos reaccionar en un recipiente aislado térmicamente y midiendo el cambio de temperatura; de la misma manera se puede medir la entalpía de disolución de urea en agua mezclándolos en un recipiente aislado y registrando el cambio de temperatura. 2. Propósito de la práctica Al final de la sesión, el alumno: 2.1 Determina la entalpía de neutralización de hidróxido de sodio con ácido clorhídrico. 2.2 Determina la entalpía de disolución de urea en agua. 3. Hipótesis Las entalpías de neutralización y de disolución se pueden obtener poniendo en contacto los reactivos dentro de un calorímetro y midiendo los cambios de temperatura. 4. Marco teórico/revisión de literatura

4.1. Cambio de entalpía de un proceso - Es la cantidad de calor que gana o pierde un sistema cuando experimenta un cambio químico o físico a presión constante. 4.2. Calorimetría. - Los cambios de entalpía de procesos físicos o químicos pueden determinarse mediante la calorimetría, la cual es una técnica que se basa en la medición del cambio de temperatura cuando un sistema absorbe o libera calor. El procedimiento se realiza en un recipiente aislado térmicamente del exterior, llamado calorímetro. 4.3. Entalpía de neutralización. - El calor de neutralización está definido como el calor producido cuando una mol de ácido es neutralizada por una mol de base. En la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte el calor de neutralización tiene un valor aproximadamente constante debido a que la reacción neta es:

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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+¿ → H 2 O ¿ −¿+ H (ac ) ¿ OH (ac )

ΔH = -13,7 kcal/mol

Suponga la reacción entre NaOH y HCl ambos en solución acuosa: NaOH (ac) + HCl(ac) → NaCl (ac) + H2O(l) Dado que los ácidos y bases fuertes y las sales, están completamente disociados en sus soluciones, se tendrá:

−¿+ H 2 O ¿ +¿+Cl (ac ) ¿ −¿ → Na(ac) ¿ +¿+Cl (ac ) ¿ −¿+ H (ac) ¿ + ¿+OH (ac ) ¿ Na(ac) Cancelando los iones espectadores:

+¿ → H 2 O ¿ −¿+H (ac ) ¿ OH (ac ) En consecuencia, en las neutralizaciones de 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 (Na + y Cl- en el ejemplo) no participan de la reacción y son considerados iones espectadores. Si la reacción química se lleva a cabo en un recipiente aislado del exterior, entonces el sistema no ganará ni perderá calor (qsistema = 0) pero dentro del recipiente si habrá cambios internos (calor de neutralización y calor que gana la mezcla). Entendemos por mezcla a la suma de las disoluciones de ácido y de base. Los cambios térmicos internos se manifestarán como cambios de temperatura. qsistema = qreacción + qmezcla = 0 (sistema aislado) qreacción = -qmezcla qreacción = - mc(Tfinal-Tinicial) donde: Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

¡Error! Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.¡Error! Práctica 4 3 Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.TERMOQUÍMICA m = masa de mezcla = masa de disolución de ácido + masa de disolución de base c = calor específico de la mezcla (se asume que casi toda es agua y c= 1cal/g ºC) qreacción se puede expresar por mol de agua formada y se denomina entalpía de neutralización: ΔHneutralización = qreacción / nagua ΔHneutralización = - mc(Tfinal-Tinicial) / nagua

4.4. Entalpía de disolución. - Cuando un sólido o gas se disuelve en un líquido, o cuando se mezclan dos líquidos, se rompen enlaces entre las 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 cómo puede determinarse el calor neto del proceso de disolución. qsistema = qproceso de disolución + qmezcla = 0 (sistema aislado) qdisolución = -qmezcla qdisolución = - mc(Tfinal-Tinicial) donde: m = masa de mezcla = masa de solvente + masa de soluto c = calor específico de la mezcla (se asume que casi toda es agua y c= 1cal/g ºC) qdisolución se puede expresar por mol de soluto y se denomina entalpía de disolución: ΔHdisolución = qdisolución / nsoluto ΔHdisolución = - mc(Tfinal-Tinicial) / nsoluto

5. Requerimientos para la práctica 5.1. De materiales/reactivos/equipos.  Un laboratorio de química con suministros de energía, agua, desagüe, materiales y equipos de laboratorio.  Instrucciones de trabajo. • Materiales  Vaso de precipitados de 100 o 250 mL  Termómetro de 0 a 100 °C (de preferencia graduado 0,1-0,2 °C)  Probeta de 50 o 100 mL  Varilla de vidrio para agitar Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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•

Reactivos: Disolución de hidróxido de sodio, NaOH 1M Disolución de ácido clorhídrico, HCl 1M Urea, NH2CONH2 Agua destilada • Equipo: Calorímetro de presión constante.    

5.2. De buenas prácticas de laboratorio: para asegurar exactitud y precisión de resultados.  Manual de Buenas Prácticas de Laboratorio. 5.3. De gestión ambiental: ecoeficiencia, reciclaje, segregación, disposición.  Manual de gestión de residuos de laboratorio.   

Instrucciones de tratamiento y disposición de residuos sólidos, efluentes y/o emisiones en área de trabajo. Referencia: elementos de la norma ISO 14001. Recipientes para disposición de residuos sólidos. Recipientes para disposición de residuos líquidos.

5.4. De seguridad y salud de las personas. Protectores, incendios, derrames, accidentes, Manual de gestión de seguridad y salud ocupacional.    

Identificación/Investigación de Peligros y Evaluación de Riesgos. Factores de Riesgos: Físicos, Químicos, Biológicos, Psicosociales, Ergonómicos. Referencia: elementos de la norma OHSAS 18001. MSDS (Material Safety Data Sheet) cartillas de seguridad de cada uno de los reactivos usados. Material y equipo de protección personal que la práctica lo exija: guantes para calor; protector de ojos; mandil o guardapolvo. Campana de extracción de gases cuando lo requiera.

6. Metodología y procedimiento experimental. 6.1. Actividad 1. Determinación de la entalpía de neutralización de NaOH con HCl  Medir 50 mL de disolución de HCl 1M en una probeta y verter en el calorímetro. Esperar 3 min y medir su temperatura (T 1). Anotar volumen y temperatura de HCl(ac) en la tabla 1.  

Enjuagar la probeta, medir 50 mL de disolución de NaOH 1M y verter en un vaso de precipitados. Medir la temperatura de la base con el mismo termómetro previamente enjuagado. La temperatura de la base debe ser en lo posible igual a la temperatura del ácido, puede admitirse una diferencia de 0,2 oC como máximo. Anotar volumen y temperatura de NaOH(ac) en la tabla 1.

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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Verter la disolución de NaOH al calorímetro donde está la disolución de HCl. Tapar inmediatamente, agitar la mezcla moviendo el calorímetro con suaves movimientos de vaivén y medir la temperatura de la mezcla de reacción cada 20 segundos hasta alcanzar un máximo (T 2). Anotar dicha temperatura en la tabla 1.

6.2. Actividad 2. Determinación de la entalpía de disolución de urea en agua 

Medir en una probeta 50 mL de agua destilada y agregar al calorímetro. Esperar 3 min y medir su temperatura (T1). Anotar volumen y temperatura en la tabla 2.



Agregar 2,5 gramos de urea al calorímetro (anotar la masa en la tabla 2). Tapar inmediatamente, agitar la mezcla moviendo el calorímetro con suaves movimientos de vaivén y medir la temperatura de la mezcla de reacción cada 20 segundos hasta alcanzar un mínimo (T2). Anotar dicha temperatura en la tabla 2.

Después de los experimentos y/o ensayos 6.3. Actividad 3. Balance de masa de entradas y salidas de materiales. Cualitativo. Identificar y clasificar los residuos generados y disponerlos en los recipientes que corresponden. Elaborar un esquema de elementos de entrada y salida para cada experimento o ensayo realizado usando como modelo el esquema 2.

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7. Resultados Presente los resultados obtenidos en cada una de las actividades indicadas en el numeral 6. TABLA 1: Determinación de la entalpía de neutralización de NaOH con HCl V (mL) HCl 1M T1 (K) V (mL) NaOH 1M T1 (K) Temperatura final máxima registrada, T2 (K) Masa de la mezcla final, m (gramos) (asuma que su densidad es 1 g/mL) Calor específico de la mezcla final, c (cal/goC) (asuma que se comporta como agua pura) Reacción de neutralización

HCl(ac) + NaOH(ac) → NaCl(ac) + H2O(l)

Cálculo de la entalpía de neutralización (cal/mol de agua formada)

TABLA 2: Determinación de la entalpía de disolución de urea en agua V (mL) Agua destilada T1 (K)

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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Masa (g)

Temperatura final mínima registrada, T2 (K) Masa de la mezcla final, m (gramos) (asuma que su densidad es 1 g/mL) Calor específico de la mezcla final, c (cal/goC) (asuma que se comporta como agua pura) Cálculo de la entalpía de disolución (cal/mol de urea)

8. Discusión de resultados. Realizar una discusión crítica comparativa entre los resultados obtenidos (datos prácticos) y los obtenidos en fuentes bibliográficas (datos teóricos), también debe considerar las observaciones en el laboratorio identificando infraestructura calidad de materiales, equipos y cualquier deficiencia que restringe el desarrollo de los experimentos. 9. Conclusiones ¿El laboratorio permite el logro de la competencia mencionada en el numeral 2 de la Práctica 7? Las conclusiones corresponden a la síntesis de todas las actividades desarrolladas en la práctica de laboratorio con la finalidad de obtener los datos para realizar la evaluación final: ¿qué obtuve?; ¿qué logré?; ¿cuáles son esos resultados?, todas estas preguntas están vinculadas con el numeral 2, donde las buenas prácticas de laboratorio permiten el logro de las competencias esperadas. Las conclusiones pueden o no confirmar la hipótesis planteada en el marco teórico. 10. Bibliografía/referencias bibliográficas: Manual de Buenas Prácticas de Laboratorio. 2007. Servicio de Prevención de Riesgos Laborales. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Ministerio de Educación y Ciencia. Sevilla, España. http://www.icv.csic.es/prevencion/Documentos/manuales/bpl_csic.pdf Buenas Prácticas de Laboratorio. http://aulavirtual.usal.es/aulavirtual/demos/microbiologia/unidades/documen/uni_02/44/GLP.ht m Link del vídeo: https://youtu.be/KZmWiw47cE0 https://www.youtube.com/watch?v=NpyvoHMG7Ig software: https://www.beyondlabz.com/ Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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BALOTARIO DE PREGUNTAS PARA EVALUACION DE ENTRADA 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

¿Cuál es el propósito de la práctica? ¿Cuál es la hipótesis de la práctica? Defina qué es entalpía Defina qué es calorimetría ¿Qué es entalpía de neutralización? ¿Qué es entalpía de disolución? Describa brevemente el procedimiento de la práctica 7 Un calorímetro contiene 100 mL de HCl 0,5M a 20 oC y se le agrega 100 mL de NaOH 0,5M a la misma temperatura. Se agita el sistema y luego se observa que el sistema alcanza una temperatura máxima de 24 oC. Calcule la entalpía de neutralización por mol de agua formada. Asuma que la mezcla resultante tiene densidad y calor específico igual a los del agua (d=1 g/mL y c=1cal/g oC) 9. Un calorímetro contiene 100 mL de agua destilada a 20 oC. Se le agrega 10 g de urea y se agita el sistema observándose que al cabo de un tiempo alcanza una temperatura mínima de 15 oC. Calcule el calor de solución por mol de soluto. Urea, NH2CONH2 (masa molar = 60g)

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

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CUESTIONARIO PARA EL INFORME 1. 2. 3. 4. 5. 6.

7. 8. 9.

10.

¿Cómo confirmaría usted que logró cumplir el propósito de la práctica? ¿Cómo demuestra que el trabajo realizado por usted es confiable? ¿Cómo demuestra usted trabajó de manera segura? ¿Cómo demuestra que cuidó el ambiente en el laboratorio? ¿Qué operaciones unitarias y qué procesos unitarios ha llevado a cabo en esta práctica? Usted ha comprobado que la neutralización es una reacción exotérmica, lo que significa que al ocurrir la reacción se pierde energía, ¿por qué sí se pierde energía, hay elevación de la temperatura de la masa contenida en el calorímetro? ¿Se hubiese logrado el propósito si se hubiese trabajado con un recipiente que no estuviese aislado térmicamente? Argumente. ¿Se podría medir el calor de combustión en un calorímetro como el que ha usado en el laboratorio? Sustente su respuesta. Un calorímetro contiene 100 mL de HCl 0,5M a 20 oC y se le agrega 100 mL de NaOH 0,5M a la misma temperatura. Se agita el sistema y luego se observa que el sistema alcanza una temperatura máxima de 24 oC. Calcule la entalpía de neutralización por mol de agua formada. Asuma que la mezcla resultante tiene densidad y calor específico igual a los del agua (d=1 g/mL y c=1cal/g oC) Un calorímetro contiene 100 mL de agua destilada a 20 oC. Se le agrega 10 g de urea y se agita el sistema observándose que al cabo de un tiempo alcanza una temperatura mínima de 15 oC. Calcule el calor de solución por mol de soluto. Urea, NH2CONH2 (masa molar = 60g)

11. El calor de neutralización entre el ácido fuerte y una base fuerte

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A.

¡Error! Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.¡Error! Práctica 4 10 Utilice la pestaña Inicio para aplicar Título 1 al texto que desea que aparezca aquí.TERMOQUÍMICA Es -56,23 kJ por mol de H+. Cuando en un calorímetro 0,0250 moles de H+ neutralizan 0,0250 moles de OH-, la temperatura aumenta desde 25,000°C a 25,528°C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro?

12. Calcule el valor de la entalpía de neutralización expresado en KJ/mol si el incremento de temperatura que se produce es de 12 0C. Datos: Calor específico(mezcla) Calor específico(agua) = 4,18 J/g·0C; densidades de las disoluciones del ácido y de la base = 1,0 g/mL. Considere despreciable la capacidad calorífica del calorímetro.

V.B. Profesor……

Palma, Juan Carlos; Caro Sánchez, Víctor; Villegas Silva, Elvito; Jorge Montalvo, Paola y Suárez Ramos, Diego A....