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FISICOQUÍMICA
TRABAJO DE LABORATORIO Nº 1
TEMA: Termoquímica. Calor de neutralización.
A.- Calibración del calorímetro
OBJETIVO
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro a partir de las medidas
termométricas de un proceso para el que usted conoce la cantidad de calor involucrado.
FUNDAMENTO TEÓRICO
El calorímetro es un dispositivo que permite medir la cantidad de calor "q" absorbido
o desprendido en una transformación física o química.
Aunque pueden ser bastante sofisticados, los calorímetros evitan el intercambio de
calor con el exterior de manera que pueda asegurarse que el calor cedido por alguno de
los componentes del sistema es absorbido por el resto. En general consiste de un termo
(vaso Dewar), un termómetro y un agitador.
Si en un proceso físico o químico que tiene lugar en un calorímetro, se desprende una
cantidad de calor "q", esta elevará la temperatura de: a) la masa del líquido del
calorímetro. b) el recipiente del calorímetro, el agitador y el termómetro. Debido a la
baja conductividad térmica del vidrio, sólo intervienen las partes de aquel en contacto
con el líquido.
El cambio de temperatura del calorímetro, ∆T, es proporcional al calor que se
absorbe o libera en la reacción que en él se produce. Entonces midiendo ∆T se puede
determinar la cantidad de calor involucrado en el proceso. Para eso resulta necesario
calibrar el calorímetro, es decir determinar la capacidad calorífica del mismo.
Dado que el calor total "q" cedido o absorbido por el sistema será:
q= C ∆T
donde:
q: calor intercambiado (J)
C: capacidad calorífica del calorímetro
∆T: incremento de temperatura.
Es importante determinar "C" con la misma cantidad de agua que se utilizará en las
determinaciones posteriores, para que sea constante la capacidad calorífica del
calorímetro.
En este trabajo práctico la capacidad calorífica del calorímetro se determinará a partir
de la mezcla de agua a dos temperaturas distintas.
La capacidad calorífica del calorímetro se calcula de la siguiente manera:
q (agua caliente) = q (agua fría) + q (calorímetro)
donde:
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q (agua caliente): es la cantidad de calor cedida por el agua caliente
q (agua fría): es la cantidad de calor absorbida por el agua fría
q (calorímetro): es la cantidad de calor absorbida por el calorímetro
La ecuación anterior también se puede escribir como se indica a continuación:
∆ í ∆ í ∆
1
donde:
í : es la masa de agua fría utilizada en el experimento
: es la masa de agua caliente agregada
: es la capacidad calorífica específica del agua
: es la capacidad calorífica del calorímetro
∆ : es la diferencia entre la temperatura final del sistema y la temperatura
inicial del agua caliente.
∆ í : es la diferencia entre la temperatura final del sistema y la temperatura
inicial del agua fría.
∆ : es la diferencia entre la temperatura final y la temperatura inicial del sistema.
∆ í = ∆ = ∆Tsistema
MATERIAL NECESARIO
Un vaso Dewar de boca ancha, provisto de un tapón, termómetro al 2/10, agitador,
cronómetro, matraz aforado de l00 mL, agua destilada.
PROCEDIMIENTO
Se coloca en el calorímetro 100 mL de agua destilada, medidos con el matraz
aforado, a temperatura ambiente. Se tapa y agita lenta y regularmente, anotando cada 30
segundos la temperatura. Tomar 6 ó 7 medidas de temperatura.
Se miden otros 100 mL de agua destilada, medidos con el matraz aforado, luego se
colocan en un recipiente adecuado y se calientan hasta aproximadamente 50ºC. Tomar
la temperatura exacta del agua.
Se quita el tapón del calorímetro (ver figura) y se agrega el agua caliente. Esta
operación debe efectuarse entre dos lecturas, y se anota el tiempo al cual se efectuó el
agregado. Se tapa y se continúa la agitación y las lecturas de temperaturas cada 30 s
hasta obtener una variación lineal de la misma en función del tiempo. Tomar por lo
menos, 12 lecturas de temperatura después de producido el régimen térmico.
RESULTADOS
1- Trazar en papel milimetrado un gráfico de temperatura vs. tiempo.
2- El valor de ∆T puede obtenerse haciendo la diferencia entre la última lectura antes de
agregar el agua caliente y la lectura máxima obtenida posteriormente. Sin embargo ya
que el calorímetro no es perfectamente adiabático conviene calcular ∆T por un
método gráfico. Se usa un método que corrija errores por transferencia de calor.
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Se grafican las lecturas del termómetro vs el tiempo. Podemos suponer que el
coeficiente de transmisión de calor del sistema es constante y por lo tanto que la
temperatura variará linealmente con el tiempo en los períodos en que no se produce
agregado de agua a distinta temperatura, esto permite prolongar las partes rectas de la
curva y evaluar ∆T para el tiempo: t=(t1' + t2')/2. El ∆T se determina en el tiempo t y
entre la prolongación de las rectas
4- Reemplazando los valores de temperatura correspondientes en (1) calcular la
capacidad calorífica del calorímetro.
B.- Determinación del calor de neutralización de ácidos fuertes y débiles.
OBJETIVO
Determinación del calor de neutralización de ácidos fuertes y débiles con hidróxido
de sodio.
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
La neutralización de un ácido fuerte por una base fuerte, puede representarse por la
siguiente ecuación:
2 ! "
Esta reacción es virtualmente instantánea y por lo tanto el calor desprendido se puede
determinar calorimétricamente sin dificultad.
El calor de neutralización de ácidos fuertes con bases fuertes en solución diluida es
constante por mol de agua formada en la reacción. La explicación reside en que tanto
los ácidos como las bases fuertes están completamente ionizados.
En la neutralización de ácidos débiles y bases débiles en soluciones diluidas es
menor; la diferencia puede ser interpretada como el calor requerido para completar la
disociación del ácido o la base a medida que la neutralización tiene lugar.
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MATERIAL NECESARIO
Un vaso Dewar de boca ancha, provisto de un tapón, termómetro al 2/10, agitador,
cronómetro, matraz aforado de l00 mL, agua destilada, NaOH 0,5 M, HCl 0,5 M,
HNO3 0,5 M, CH3COOH 0,5 M y fenolftaleína.
PROCEDIMIENTO
Se debe medir la temperatura de una de las dos soluciones (ácida o básica) antes de
efectuar el agregado al calorímetro.
En un calorímetro de constante conocida, se coloca 100mL de una solución de ácido
fuerte o débil 0,5 M medidos con matraz aforado (la concentración debe ser conocida
exactamente).
Se tapa y se agita lentamente y de forma regular, anotando las temperaturas cada 30
segundos hasta que se establezca el régimen térmico. Tomar 5 ó 6 lecturas de
temperatura.
Se miden con matraz aforado 100 mL de NaOH 0,5 M. agregando un exceso a fin de
asegurar la neutralización total. Se quita el tapón del calorímetro y se vierte en el mismo
entre dos lecturas el NaOH.
Se tapa y se sigue agitando y tomando la temperatura cada 30 segundos. Tomar por
lo menos, 12 lecturas de temperatura después de producido el régimen térmico
(variación lineal de la misma en el tiempo). Para asegurarse que efectivamente todo el
ácido ha sido neutralizado, se agregan unas gotas de fenolftaleína al líquido
calorimétrico.
La reacción alcalina indicará que el ácido ha sido neutralizado totalmente. Si no ha
sido así el experimento se ha realizado correctamente cuando unas pocas gotas de
solución alcalina son suficientes para cambiar la coloración del indicador en la solución
resultante.
RESULTADOS
Representar gráficamente en papel milimetrado la temperatura en función del tiempo.
Del gráfico se obtiene el incremento de temperatura ∆T.
Se calcula el calor desprendido en esta operación, mediante la expresión:
#$ % &∆
m: masa de solución de NaOH + masa de solución del ácido. Por ser una solución
diluida considere su densidad igual a la del agua.
cagua: capacidad calorífica específica del agua.
q1: es calor de neutralización del ácido por el NaOH sumado al calor de dilución del
ácido y del NaOH.
El calor de neutralización del ácido se obtendrá restando a q1 los calores de dilución
del ácido y de la base utilizados.
Los calores de dilución serán calculados a partir de datos de tabla y teniendo en
cuenta que al mezclar volúmenes iguales de ambas soluciones se produce una dilución
mutua 1:2 por lo que la solución del ácido y de la base en la solución final serán 0,25 M.
El calor de neutralización se expresa en calorías por mol de ácido que han
reaccionado.
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