Práctica 3 - Capacidad Calorífica y Entalpía de fusión PDF

Preview

Summary

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLAFACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICASLicenciatura en Biotecnología-LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA-Práctica 3: "CAPACIDAD CALORÍFICA Y ENTALPÍA DEFUSIÓN"Integrantes:Olmos García Alejandra | 201636579Resendiz Reyes Xitlalith | 201759121Lazcano Valente...

Description

BENEMÉRITA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Licenciatura en Biotecnología -LABORATORIO DE FISICOQUÍMICAPráctica 3: "CAPACIDAD CALORÍFICA Y ENTALPÍA DE FUSIÓN"

Integrantes: Olmos García Alejandra | 201636579 Resendiz Reyes Xitlalith | 201759121 Lazcano Valente Karen Aletse | 201827287 Yahuitl Meléndez Jazmín | 201840680 Sección 002 HEROICA DE PUEBLA DE ZARAGOZA, PUEBLA, PUEBLA 25 DE SEPTIEMBRE DE 2019

● Introducción La capacidad calorífica o capacidad térmica de un cuerpo es la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura. Indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. Se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia.Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. Es una propiedad extensiva debido a que su magnitud depende no solo de la sustancia, sino también de la cantidad de materia del cuerpo o sistema.La capacidad calorífica se expresa como "calor" sobre "grados centígrados" por lo tanto sus unidades son J/°C El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850.La entalpía se puede definir como la cantidad de energía de un sistema termodinámico, que éste puede intercambiar con su entorno. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. La mayor utilidad de la entalpía se obtiene para analizar reacciones que incrementan el volumen del sistema cuando la presión se mantiene constante por contacto con el entorno, provocando que se realice un trabajo mecánico sobre el entorno y una pérdida de energía. E inversamente en reacciones que causan una reducción en el volumen debido a que el entorno realiza un trabajo sobre el sistema y se produce un incremento en la energía interna del sistema. La entalpía de fusión del hielo ∆Hf, se define como la cantidad de calor necesaria para pasar la unidad de masa de hielo del estado sólido al líquido a la temperatura de fusión del mismo. Si la presión bajo la cual se produce el cambio de fase se mantiene constante e igual a 1 atmósfera, la temperatura de fusión también se mantiene constante y es igual a 0ºC.

● Objetivo a) Determinar experimentalmente la Capacidad Calorífica calorímetro ( calor) y la entalpía de fusión del hielo, fh H .

● Materiales y reactivos ● ● ● ● ●

1 Calorímetro (termo) 1 Probeta de 100 ml 1 Parrilla 1 Termómetro. 1 Vaso de precipitados de

250ml. ● 1 Balanza granataria. ● Agua destilada. ● Hielo en cubitos.

de

un

● Metodología ETAPA I: DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA 1) Pese el calorímetro vacío (limpio y seco) y anote el dato. 2) Agregue al calorímetro 250 ml de agua destilada y pese. 3) Registre la temperatura del calorímetro cada dos minutos durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico. 4) Agregar 100 ml de agua destilada a 50 ºC al calorímetro y tápelo; pesar inmediatamente. 5) Registre la temperatura del calorímetro cada dos minutos durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico. ETAPA II: DETERMINACIÓN DE LA ENTALPÍA DE FUSIÓN DEL HIELO 1) Verifique la temperatura del calorímetro y anótela. 2) Sin tirar el agua, agregue un cubo de hielo al calorímetro y tápelo. Pese el calorímetro y anótelo. 3) Registre la temperatura del calorímetro cada dos minutos durante 10 minutos ó hasta que se alcance el equilibrio térmico.

● Resultados 1. Anote sus datos experimentales en una tabla. Capacidad calorífica Wca (Peso del calorímetro con agua fría)

Wcv (Peso del calorímetro vacío)

Wfc (Peso del calorímetro con agua fría y caliente)

Tf (Temperatura final del agua en el calorímetro)

Ti (Temperatura inicial (de equilibrio) del agua en el calorímetro)

Tac (Temperatura del agua caliente agregada al calorímetro)

159.6g

67.4g

231.4g

304.2 K

296K

333K

Entalpía de fusión

M

H 2O

C

H 2O

(m asa total agregada)

(Ca pacidad calorífica del agua)

231.4 g

4.184 J g K−1

−1

C cal (Capacidad calorífica del calorímetro)

159.97 cal/K = 669.31 J/K

T i (II ) (Te mperatura inicial (equilibrio II) del agua)

T f (III ) (Te mperatura final (equilibrio III) del agua)

(Masa del hielo en gramos)

(Temperatura del hielo disuelto)

296 K

294.9 K

31.11 g

21.9 K

M Hielo

2. Utilice la ecuación (8) para calcular la capacidad calorífica del

ΔT

calorímetro

(231.4 g−159.6 g)( 304.2 K −333 K ) (304.2 K−296 K ) Cc=−( ¿−1cal /gK ( 159.6 g−67.4 g ) ) (71.8 g)(−28.8 K ) Cc=− −92.2cal /K (8.2 K ) Cc=159.97 cal / K 3. ¿Qué consideración termodinámica se hace al deducir la ecuación (8)? Significa que la Capacidad Calorífica a volumen constante es la cantidad de calor QV suministrado al sistema en un proceso que transcurre a volumen constante,

(

)

para elevar su temperatura en un grado celsius. Es decir, la energía necesaria para aumentar la temperatura de una determinada sustancia en una unidad de temperatura e indica la mayor o menor dificultad que presenta dicho cuerpo para experimentar cambios de temperatura bajo el suministro de calor. 4. Utilizando la ecuación (11) calcule la entalpía de fusión del hielo. La masa del agua será igual a Wch - Wcv. Δ H ❑fh = -( M H 2 O * C H 2 O + C cal ) ( T f (III ) - T i (II ) ) + M Hielo * M Hielo CH 2O *

ΔT

Δ H ❑fh = −(231.4 g∗4.184 J g K +159.97 cal/ K )(294.9 K−296 K )+31.11 g∗4.184 J g−1 K −1∗21.9 K 31.11 g Δ H ❑fh = −1

−1

−(231.4 g∗4.184 J g−1 K−1 +669.31 J / K)( 294.9 K −296 K)+31.11 g∗4.184 J g−1 K −1∗21.9 K 31.11 g −(1,637.7492 J /K )(−1.1 K )+ 2,859.5968 J Δ H ❑fh = 31.11 g 1,240.96 J +2,850.5968 J Δ H ❑fh = = 132 J/g 31.11g 5. Deduzca las unidades de la Ecalor y de la H fh por separado. La entalpía de fusión o calor de fusión (ΔfusH) es la cantidad de energía necesaria para hacer que un mol de un elemento que se encuentre en su punto de fusión pase del estado sólido al líquido, a presión constante. Cuando para estudiar la energía necesaria para el cambio de sólido a líquido se hace referencia a la unidad de masa el parámetro empleado es el «calor específico de fusión» en cal/g o J/g. Sin

embargo cuando se quiere hacer referencia a la unidad absorbida por mol de sustancia en cambio de estado se emplea la «entalpía de fusión» en kJ/mol. 6. Calcule el porcentaje de error de la H fh con respecto a el valor reportado. 132 J / g−333.55 J / g * 100 = -60.4257 % E= 333.55 J / g 7. Diga cuáles fueron las posibles fuentes de error en el desarrollo de su práctica. ➔ Accidentales: variaciones que aparecen entre observaciones sucesivas. ➔ Errores instrumentales (de aparatos) ◆ el error de calibrado de los instrumentos. ➔ Errores de método de medida ◆ Elección inadecuada del método de medida: la inadecuación del aparato de medida, del observador o del método de medida. 8. ¿En qué unidades se expresan las siguientes magnitudes: calor, capacidad calorífica y entalpía de fusión? Calor: J Capacidad calorífica: cal/g*°C Entalpía de fusión; cal/g 9. Investigue valores de capacidad calorífica para diferentes sustancias. Sustancia

Capacidad Calorífica, c (J/kg K)

Capacidad Calorífica Molar, C (J/mol K)

Aluminio

910

24.6

Berilio

1970

17.7

Etanol

2428

112.0

Hielo

2000

36.5

Hierro

470

26.3

Plomo

130

26.9

Mercurio

138

27.7

Sal (NaCl)

879

51.4

Plata

234

25.3

Agua

4190

75.4

● Conclusión Se llevó a cabo la construcción de un calorímetro con materiales caseros y de costo muy bajo, para llevar a cabo la obtención de la capacidad calorífica del calorímetro, mediante los datos obtenidos experimentalmente usando su debida ecuación. De igual manera fue posible obtener la entalpía de fusión del hielo mediante la Δ H ❑fh = -( M H 2 O * C H 2 O + C cal ) ( T f (III ) - T i (II ) ) + ecuación: M Hielo M Hielo * C H 2 O * Δ T Y, finalmente se llegó a la conclusión que un calorímetro casero tiene un mayor margen de error que uno profesional, debido a que los materiales como el contenedor no se encontraban totalmente sellados, lo cual eleva mucho nuestro porcentaje de error.

● Anexos

Figura 1. Materiales de uso para la práctica armado (Vaso de precipitado con agua, probeta). calorífica.

Figura 2. Interior del calorímetro.

Figura 3. Calorímetro midiendo su capacidad...