Determinación del equivalente en agua del calorímetro. Calor de neutralización

PRÁCTICA Nº1
DETERMINACIÓN DEL EQUIVALENTE EN AGUA DEL CALORÍMETRO.
−Objetivo : Calibrar el calorímetro con el fin de determinar el equivalente en agua del mismo a partit de un
calor de disolución conocido: en este caso del tiosulfato sódico.
−Fundamento teórico: en experimentos calorimétricos, el calor que se absorbe o libera en los distintos
procesos (Qproceso) se determina en magnitud y signo a partir del aumento de tª sufrida por el calorímetro.
Q = " (mi x ci) x t = (m1 x c1 + m2 x c2 + mn x cn) x t
El equivalente en agua del calorímetro es la cantidad de agua, expresada en gramos, que absorbe el mismo
calor que todos los elementos auxiliares del calorímetro: W'
Q = (m1x c1 + W x c1) x t; W = [(−Q)/(Ce x t)] − m1
Debemos tener en cuenta que si H >0, la reacción es endotérmica ( este caso ), si H<0, sería exotérmica.
−Método : 1º Tras limpiar y secar cuidadosamente todos los componentes de la práctica (vaso Dewar, vasija
de reacción y matraz aforado), vertemos 500 ml de agua destilada en el vaso Dewar, y ponemos en la vasija de
los 17.2 g de tiosulfato sódico pesados con vidrio de reloj en balanza análitica. Este peso es el necesario para
que la concentración de tiosulfato sea 1 mol en 400 moles de agua.
En 400 moles de agua x 18 g/mol hay 1 mol TS x 248.2 g/ mol
En 500g de agua habrá X g TS; X = (500 x 248.2)/(400x18) =17.2g
2º Tapamos el calorímetro con corcho y colocamos el termómetro y el agitador. Movemos el calorímetro para
controlar la tª cada 30 s. Esto se realiza durante unos 4 minutos, hasta que tengamos 3 tª constantes.
3º Vertemos y homogeneizamos el TS, y repetimos las tomas de tª a iguales intervalos de tiempo. Estos 3
pasos de toma de tª, deben repetirse 3 veces, debiendo ser T2<T1, ya que la reacción es endotérmica.
4º Tras ello aplicamos las fórmulas (mirar apartado cálculos) para averiguar el calor de la disolución. Una vez
conocido este, si lo dividimos entre el incremento de tª y le restamos el producto de la masa por la capacidad
específica, lo que nos da la W en cal/K. Como queremos expresar el equivalente en gramos, deberemos
introducir la W', cuyas unidades son gramos:
Cp = Ce x m; W = Ce x W'; W' = W/Ce ( en gramos ). Como Ce es 1 en el agua, W = W' pero esta última
expresada en gramos.
−Resultados:
1ª Toma: T1 = 21.5ºC; T2 = 20.3ºC;
2ª Toma: T1 = 20.7º C; T2 = 19.4 ºC;
3ª Toma: T1 = 20.3ºC; T2 = 19.1ºC;
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−Cálculos:
400 moles agua x 18 g/mol disuelven 1mol de TS x 248.2 g/mol;
500 g agua disolverán X g TS; X = 17.2 g TS
W = (−Qdisolucion / t) − m x c
Si 1 mol de TS en 400 moles de agua dan 11370 cal,
17.2 g / 248.2 g /mol darán 787.93 cal.
Sustituyendo en la ecuación de W; W = 140.6 cal / K. Como lo que queremos averiguar son los gramos
equivalentes ( W' );
W' = 140.6 g de agua.
PRÁCTICA Nº2
DETERMINACIÓN DEL CALOR DE NEUTRALIZACIÓN
−Objetivo : determinar el calor de neutralización producido cuando reaccionan un ácido fuerte ( HCl ) con una
base fuerte (NaOH) y un ácido débil con una base débil.
−Fundamento teórico : queremos saber el calor molar de neutralización, producido en la reacción de
neutralización de un mol de ácido, en solución acuosa, por un mol de base en la misma disolución.
En este 1º caso, trabajamos con ácido y base fuertes, por lo que este calor es independiente de la naturaleza de
dichos componentes:
2HO ! H3O+ + OH−; H298 = −13.70 Kcal / mol.
En el caso del ácido y base débiles, el calor de reacción es ( a presión constante ) algo menor, debido a la
absorción de calor efectuada durante la disociación de los mismos.
−Método:
1º Colocamos en el calorímetro 500 ml de agua y 5 g de NaOH. Lo disolvemos agitando con varilla de vidrio
y dejamos enfriar la disolución.
2º Determinamos la tª de estabilización de la disolución (T1) manteniendo la agiatación.
3º Haciendo uso de la vasija de reacción, añadimos 25 ml de HCl 4 N y repetimos la agitación y lectura de la
tª de estabilización (T2).
4º Tras limpiar el material que hemos usado, calculamos el calor de dilución del ácido en 500 ml de agua,
anotando la tª de estabilización, antes y después de la adición del ácido ( T3 Y T4 ).
−Resultados:
Agua + NaOH
Agua + NaOH + HCl
Agua
Agua + HCl
2
(T1)
22.6 ml
Agua + NH4OH
(T1)
17.5 ml
(T2)
24.9 ml
Agua + NH4OH + HAc
(T2)
20.1 ml
(T3)
20.7 ml
Agua
(T4)
21.1 ml
Agua + HAc
(T3)
17.3 ml
(T4)
17.45 ml
T1 es la tª de dilución de las bases, T2 es la tª tras el calor de reacción, T3 es la tª a la que estaba el agua y T4
la de dilución del ácido.
−Cálculos:
1º Ácido y base fuertes:
Hreacción = − (m x c +W ) (T2 − T1) =
= −(500 x 1 + (−140.6)) (24.9 − 22.6) =
= −1473.4 cal
Hdilución = − ( m + W ) ( T4 − T3 ) =
= −(500 − 140.6) (21.1 − 20.7) = −143.76 cal
Hneutralizacion = Hreaccion − Hdilucion = −1329.64 cal
H(media)neutralizacion = H/n = −1329.64 cal/0.1 moles = −13296.4 cal = 13.3 Kcal/mol. Como vemos no
se desvía mucho de la cantidad correcta ( 13.7 Kcal/mol ).
Error absoluto = Vexacto − Vmedido = 0.4 Kcal/mol.
Error relativo = (Eabsoluto/Valor exacto) x 100 = 2.92 %
2º Ácido y base débiles:
Hreacción = − (m x c +W ) (T2 − T1) =
= −(500 x 1 + (−140.6)) (20.1− 17.5 ) =
= −934.44 cal
Hdilución = − ( m + W ) ( T4 − T3 ) =
= −(500 − 140.6) (17.45 − 17.3) = −53.91 cal
Hneutralizacion = Hreaccion − Hdilucion = −880.53 cal
H(media)neutralizacion = H/n = −880.53 cal/0.1 moles = −8805.53 cal/mol = 8.81 Kcal/mol
En este caso, no conocemos los resultados reales, por tanto no podemos compararlos con dicho valor.
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