Practica_Nro9 - departamento de curso basico

UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉS
FACULTAD DE INGENIERÍA
CURSO BASICO
LABORATORIO QUIMICA GENERAL
QMC 100 - L
SEM I/2010
PRÁCTICA Nº 9
CALORIMETRÍA
9.1 OBJETIVO GENERAL

Comprobar la ley de conservación de la energía, en sistemas sin reacción química
9.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS




Construir un calorímetro
Medir temperaturas
Determinar calores específicos
Determinar temperaturas de equilibrio
9.3 FUNDAMENTO TEÓRICO
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:
Qp  mace agua (T2  T1 )  mcce cal (T2  T1 )
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.
CALORIMETRÍA
Si el calor ganado es igual al calor perdido:
Qp  Qg
Qp  mace agua (T2  T1 )  mcce cal (T2  T1 )
Qp  (mace agua  mcce cal )(T2  T1 )
Y si definimos la capacidad calorífica del calorímetro como:
Ccal  mace agua  mcce cal
Podemos escribir la ecuación como:
Qp  Ccal (T2  T1 )
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
T2.
El calor perdido por el agua caliente en el matraz erlenmeyer será:
Qp  mace agua (T2  Tb )
Por lo tanto:
Qp  mace agua (T2  Tb )  Ccal (T2  T1 )
Y el valor de C cal se puede calcular por:
 ma ce agua (T2  Tb )
Ccal 
(T2  T1 )
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.
9.4 MATERIALES Y REACTIVOS
9.4.1 MATERIALES
ITEM
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
MATERIAL
Calorímetro
Vaso de precipitados
Termómetro
Matraz erlenmeyer
Hornilla
Vaso de precipitado
Termómetros termocupla
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
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
CALORIMETRÍA
11
Esferas metálicas
1
9.4.2 REACTIVOS
ITEM
REACTIVO
1
Agua destilada
2
Hielo
CARACTERÍSTICA
CANTIDAD
50 g
50 g
9.5 PROCEDIMIENTO
a) Construcción del calorímetro.
 Una caja de material 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
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL
CALORIMETRÍA





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
9.6 CALCULOS








Calcule la capacidad calorífica del calorímetro
Calcule el calor ganado en la fusión del hielo
Calcule el calor por mol de hielo en el proceso de fusión.
Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
Calcule el calor especifico del metal
Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
Calcule la temperatura de equilibrio de la mezcla
Compare el valor obtenido con el valor experimental
9.7 BIBLIOGRAFÍA
,
MONTECINOS, EDGAR - MONTECINOS. JOSÉ. Practica de Laboratorio (1989)
MONTECINOS, EDGAR - MONTECINOS. JOSÉ. Química Curso Preuniversitario (1988)
BROWN, LEMAY, BURSTEN, QUÍMICA, LA CIENCIA CENTRAL. Editorial Prentice – Hall, S.A.
1993
WHITTEN KENNET: QUÍMICA GENERAL. Editorial Mc – Graw - Hill 1997
9.8 CUESTIONARIO
1. Enunciar los siguientes términos: Calor, temperatura , trabajo, entalpía, calor específico
2. Investigar las unidades de energía en los diferentes sistemas y los factores de conversión
que los relacionan
3. Calcular la temperatura de equilibrio cuando se mezclan 10 g de agua a 50 ºC con 20 g de
agua a 20 ºC
4. Calcular la temperatura de equilibrio cuando se mezclan 35 g de hielo a -20ºC con 40 g de
agua a 40 ºC
5. Calcular el calor específico de un metal si una masa de 300 g del metal a 250 ºC es
introducida en 400 g de agua a 25ºC y la temperatura final de equilibrio del sistema es de
35ºC.
LABORATORIO DE QUÍMICA GENERAL