1laboratorioQ2otros

TERMOQUIMICA
I.
OBJETIVOS.Aplicar los conceptos fundamentales de la termoquímica a las siguientes
determinaciones experimentales:
Capacidad calorífica de un calorímetro
Calor latente de fusión
Calor latente de vaporización
Calor de neutralización de una reacción ácido – base
Calor de solución
Capacidad Calorífica (C).- Es la propiedad termodinámica que multiplicada por la
variación de temperatura es igual a la cantidad de energía que a tomado o cedido una
sustancia como calor cuando se pone en contacto con otro que tiene una temperatura
diferente.
Así, si la temperatura del cuerpo se eleva de Ti a Tf, al tomar una cantidad de calor Q, la
capacidad calorífica “C” del cuerpo viene dada por:
Q
C
T
De acuerdo a Ec. (2), la capacidad calorífica de una sustancia, es la cantidad de calor
requerida para variar su temperatura en 1ºC. Este concepto es usado en la
determinación de la capacidad calorífica de un calorímetro.
Calor Específico(C).- Es la capacidad de calor, medido en
calorías, que necesita un gramo de una sustancia para
variar 1ºC. El producto del calor específico (c) por la
masa molar (M), nos dará la Capacidad Calorífica Molar
( C ).
CM = C
Calor de Reacción(HR).- Se define como la cantidad de calor que se desprende o
absorbe durante una reacción química, esto se debe a la diferencia entre las entalpías de
los productos y reactantes a presión constante y temperatura definida.
Dentro de los calores de reacción se encuentran los calores de formación, combustión,
fusión, vaporización, sublimación, disolución, neutralización, etc.
Calor de Neutralización (HN).- Es la cantidad de calor desprendido cuando reaccionan
un equivalente de un ácido (una mol de iones H+) con un equivalente de una base (una
mol de iones OH-)
H+(aq) + OH-(aq)  H2O(l) + Q(calor)
Para ácidos y bases fuertes:
H+(aq) + OH-(aq)  H2O(l) HN = -13.7 kcal/mol
Calor de Solución (Hsol).- Es el calor absorbido o liberado cuando un soluto se
disuelve en un solvente. La cantidad de calor neta (efectiva) por mol de soluto depende
sobre todo de la concentración de la solución.
El calor neto observado de la solución preparada, es el resultado de la energía requerida
para romper los enlaces químicos o atracciones intermoleculares (soluto – soluto y
solvente - solvente), y la energía liberada por la formación de otros atracciones
intermoleculares (soluto - solvente). Por ejemplo, si un sólido iónico (MX) se disuelve
en agua, el calor de solución será una manifestación de la energía requerida para romper
la red cristalina o energía reticular, es decir, H>0.
MX(s)

M+(g) + X-(g)
Cuando los iones son hidratados se libera energía, lo que se denomina calor de
hidratación, donde H>0.
M+(s) + X-(g) 
M+(aq) + X-(aq)
Calor Latente de Fusión(LT).- Es la cantidad de calor necesario para fundir un gramo de
sustancia sólida a una temperatura del punto de fusión.
A la presión de 1 atm (760 torr) el agua puede hallarse o bien en estado líquido o bien
cristalizado en forma de hielo. Si al hielo se le agrega energía en forma de calor, dicha
energía se consume, en primer lugar, al elevar la temperatura del mismo hasta 0ºC, si es
que no estaba inicialmente a esa temperatura.
Si la masa de hielo está a 0ºC, la energía calorífica suministrada se sigue consumiendo
en realizar trabajo, hasta la licuación del hielo cristalino. Mientras sigan existiendo
enlaces cristalinos que romper, el calor seguirá gastándose en ese trabajo de licuación y
solamente cuanto todo el hielo ha pasado al estado líquido, la energía calorífica
comienza a elevar la temperatura del líquido.
El calor latente de fusión del hielo es igual a 80 cal/g, lo que significa que han de
gastarse 80 cal de energía para pasar 1 g de hielo a 0ºC a 1g de agua a 0ºC. De esto
resulta que el calor necesario para fundir una masa (m) de hielo a 0ºC estará dado por:
Q = mLf
Calor Latente de Vaporización(LV).- Es el calor necesario que hay que suministrar a 1 g
de agua líquida a la temperatura de ebullición par que pase al estado vapor sin variar la
temperatura.
Mientras dura la ebullición (la temperatura permanece constante) la energía calorífica
que se suministra a un líquido cuando hierve, se gasta en realizar trabajo en contra las
fuerzas de enlaces existentes entre las moléculas en estado líquido.
De este modo, se consigue liberar a las moléculas de las interacciones entre ellas y al
aumentar su energía cinética de translación adquiere su grado de libertad pasando a la
fase vapor.
El calor latente de vaporización LV, del agua es igual a 540 cal/g; lo que significa que
deben gastarse 540 cal de energía para que un gramo de agua se vaporice en su punto de
ebullición. La capacidad calorífica específica (calor específica) del hielo es
aproximadamente 0.5 cal/gºC.
La capacidad calorífica específica (calor específico) del vapor de agua es
aproximadamente 0.482 cal/gºC.
Calorímetro.- Son instrumentos que sirve para la determinación experimental de los
intercambios caloríficos.
El calorímetro es un sistema aislado, de tal manera que no permite intercambio de calor
con el medio ambiente.
Capacidad Calorífica del Calorímetro.- Es la cantidad de calor necesaria para variar la
temperatura del calorímetro en 1ºC.
PARTE EXPERIMENTAL
EXPERIMENTO Nº1
Determinación de la Capacidad Calorífica del
Calorímetro (CC)
PROCEDIMIENTO A:
1)
Ponga
al
calorímetro
la
tapa
adecuada
de
tecnopor, con un agujero para el termómetro.
Muestre al profesor, el armado del calorímetro
para su visto bueno.
2)
Ponga exactamente 50 mL de agua destilada fría al
calorímetro; anote la temperatura (T1).
3)
Caliente
agua
en
un
vaso
de
250
mL.
Mida
aproximadamente 55 mL de agua caliente y, antes
de verter esta agua caliente al calorímetro anote
su temperatura (T2).
4)
Tan pronto como el termómetro está frío y seco,
colóquelo en el calorímetro y rápidamente agregue
el agua caliente a T2.
5)
Agite suavemente con el termómetro y anote la
temperatura de mezcla (Tm).
NOTA:
Para
conocer
el
volumen
exacto
del
agua
caliente a T2, reste al volumen total de agua
del calorímetro, 50 mL. Se considerará la
densidad del agua 1.0 g/cm3; y por lo tanto el
peso del agua en gramos será igual al volumen
en mL.
PROCEDIMIENTO B:
1.
Ponga
a
hervir
en
un
vaso
de
250
mL,
aproximadamente 60 mL de agua hasta ebullición.
2.
Mida con la probeta exactamente 50mL de agua
caliente y vierta este volumen al calorímetro.
3.
Mida
exactamente
50
mL
de
agua
fría
con
la
probeta y anote la temperatura (T1)
4.
Mida la temperatura (T2) del agua caliente del
calorímetro y rápidamente agregue el agua fría,
que está a T1.
5.
Agite suavemente con el termómetro y anote la
temperatura de mezcla (Tm)
6.
Proceder
de
acuerdo
a
la
nota
anterior
para
determinar si hubo o no variación en el volumen
de agua caliente.
CALCULOS: Se tiene que:
Q = n C T
donde : n =
m
M
mCT
M
Luego
:
Q =
Como
:
C = cM
Entonces
:
Q = m.c. T
Aplicando la 1ª Ley de la Termodinámica y haciendo un
balance de calor, tenemos:
Calor perdido = calor ganado
Qp = Qg
CALCULOS PARA EL EXPERIMENTO Nº 1 (PROCEDIMIENTO A)
DATOS:
T1 = 22ºC
VAGUA

T2 = 70ºC
FRIA
= 50 ml
m (masa del agua fría) = 50gr
Tm = 42ºC
Volumen
= 54 ml
FORMULAS: (Exacto del Agua Caliente)
i)
Calor perdido por el agua caliente(Qp)


CH


2O
cal
1
g
x



ºC 

Wp = m.c (Tm – T2) =
Considerando densidad del agua igual a la unidad
(D = 1gr/ml)
m(gr) = Volumen (ml)

m = 54gr
(exacto del
agua caliente)

ii)
Wp = (54) (1)(42 – 70) = -1512 cal
Calor ganado por el agua fría: (Qg)
Wg = m.c. (Tm – T1);
m = masa del agua fría
C = 1 cal/gr x ºC
* Considerando:
DH2O = 1gr/ml

m (agua fría) = volumen (agua fría)

m = 50gr.

wp = 50(1)(42 – 22) = 50x(20) = 1000cal
iii) Calor ganado por el Calorímetro (Qc):
Qc = CC (Tm – T1) ;
CC = capacidad calorífica
Del calorímetro

Qc = CC (42 - 22)

- Qp = Qg + Qc (transferencia del calor)
= CC(20)
- (-1522) = 1000 + Cc (20)

Cc = 25.6 (cal/ºC)
CUESTIONARIO
1.
Presente
los
experimental
cálculos
B
de
para
la
el
procedimiento
determinación
capacidad calorífica del calorímetro.
DATOS:
T1 = 20ºC

T2 = 70ºC
VEXACTO
DE AGUA FRIA
VAGUA
FRIA
=
mAGUA
FRIA
= 50 gr
= 48 ml
FORMULAS:

Calor perdido por el agua caliente (Qpc)
50 ml
de
la
Qpc = m.c. (Tm – T2);
Como
m = masa exacta del agua caliente
(D = 1gr/ml)
 m = 48 gr
 Qpc = 48(1)(49 - 70) = -21x48 = 1008 cal

Calor ganado por el agua fría (QG)
QG
= m.c. (Tm – T1);
m = masa del agua fría
C = 1 cal/gr x ºC
QG
= (50)(1)(49 - 20)
= 50 x (29) = 1450 cal

Calor perdido por el calorímetro (QC)
Qc = Cc (Tm – T2)
Cc = capacidad calorífica
del calorímetro
Qc = Cc (49 - 70) = Cc x (-21)

-
QPERDIDO = QGANADO
-
[QPC + Qc] = QG
-
[-1008 + (-21)x Cc] = 1450
1008 + 21 x Cc = 1450
21 x Cc = 442

2.
Cc = 21.05 cal/ºC
Llene los cuadros correspondientes 1 y 2 (en este
caso
el
experiencia.
CUADRO Nº1:
1),
descritos
después
de
cada
T1
T2
T3 (Tm)
22ºC
70ºC
42ºC
25.6 cal/ºC
Procedimiento A
20ºC
70ºC
49ºC
21.05 cal/ºC
Procedimiento A
3.
Capacidad Calorífica del Calorímetro
Qué relación hay entre los calores de formación y
las electromagnetividades de los elementos?

A mayor electronegatividad menor es el calor de
formación.

Electronegatividad es inversamente proporcional al
calor de formación
4.
Se prepara 2 calorímetros similares, y sólo se
determina la capacidad calorífica de uno de ellos
¿Se podría decir que la capacidad calorífica de
este calorímetro es igual al otro? ¿Por qué?

No,
porque,
cada
calorímetro
tiene
su
propia
capacidad calorífica y su propia estructura.
Entre dos calorímetros iguales, uno que tiene mayor
capacidad calorífica que el otro ¿Cuál es mejor?
El
mejor
calorímetro
calorífica.
será
el
de
menor
capacidad
A mayor capacidad calorífica será mayor
el calor requerido para cambiar la temperatura del
calorímetro.
tiene
que
A introducir agua caliente a un termo se
dar
una
calorímetro y el agua.
temperatura
media
entre
el
Qgcaliente = -Qpagua
A mayor calor que necesite el calorímetro será mayor
el calor perdido del agua.
Si nosotros queremos que
se conserve la temperatura del agua entonces el calor
necesario para llegar a una temperatura media dentro
del calorímetro debe ser mínima.
Un calorímetro ideal
será aquel que tenga una capacidad calorimétrica 0.
¿Por qué son plateadas las paredes internas de un
termo?
El calor se disipa en forma de radiación y las paredes
plateadas
reflejan
estas
radiaciones
de
calor
de
manera que la sustancia contenida en el calorímetro
siempre tenga la misma temperatura ya que el calor que
sale de esta se refleja en las paredes y vuelve a
calentarlo.
Si es correcto porque al ser mal conductor entonces no
podría transmitir el calor que está dentro del vaso de
precipitado
hacia
temperatura.
helados
es
fuera
que
esta
a
una
menor
Por ejemplo: La caja donde guardan los
una
caja
de
poroflex,
este
es
un
mal
conductor del calor, y por lo tanto, no permite el
paso de calor de una
menor
temperatura.
OBSERVACIONES
temperatura más alta a otra de
-
Al
medir
la
temperatura
del
calorímetro
es
necesario sumergir todo el termómetro de manera que
este
mida
la
temperatura
del
agua
y
no
la
del
vapor.
-
El cierto margen de error se debe a factores dados
en condiciones reales como por ejemplo el tomar la
medida de los volúmenes, siempre quedan residuos en
las
pipetas,
y
el
volumen
va
disminuyendo
sin
contar la evaporación.
CONCLUSIONES
-
Los cálculos realizados para hallar la capacidad
calorífica del calorímetro nos dan por resultado
una cierta diferencia entre ambos; ya que este se
realizó
en
medio
no
ideales
dichas
en
las
observaciones.
EXPERIMENTO Nº3
Calor Latente de Fusión (Lf)
Antes de iniciar la determinación del calor latente de
fusión del hielo, determine la capacidad calorífica del
calorímetro, de acuerdo al Experimento Nº1, y use el
valor en sus cálculos correspondientes.
1.
Asegúrese que el hielo en trozos esté a 0ºC, para
ello, ponga sobre un papel el filtro previamente
doblado unos trozos de hielo; si estos empapan el
papel,
es
señal
temperatura de 0ºC.
de
fusión,
lo
que
asegura
la
2.
Coloque en el calorímetro 50 mL de agua tibia (40 a
50ºC).
La capacidad de agua debe medirse con mucha
precisión en una probeta.
NOTA:
Desde
el
principio
experimento,
es
constantemente,
hasta
necesario
puesto
el
final
agitar
que
la
del
suave
y
temperatura
debe ser la misma, en todo el calorímetro.
Hay
que
agitar
sin
mucha
violencia
para
evitar que cantidades indebidas de energía
mecánica se convierte en calor.
3.
Observe y anote la temperatura del calorímetro (Ti)
4.
Añada
al
calorímetro
(aproximadamente
de
unos
30
a
trozos
40
g
de
de
hielo
hielo
es
recomendable)
5.
Tape el calorímetro y, si es posible deje dentro del
calorímetro el termómetro
6.
Mueva suavemente con el termómetro hasta que todo el
hielo haya fundido.
7.
Lea
muy
cuidadosamente
la
temperatura
final
de
equilibrio y anote como Tf.
8.
Mida el volumen total contenido en el calorímetro,
al
deducir
de
dicho
valor
los
50
mL
de
agua
iniciales que se pusieron, se obtendrá la masa de
hielo fundido.
9.
Se recomienda realizar mínimamente dos ensayos de
esta experiencia.
10. Determine el calor latente de fusión.
CALCULOS PARA EL EXPERIMENTO Nº 3
Calor Latente De Fusion
Capacidad calorífica del calorímetro: Cc (cal/ºc)
Masa inicial de agua en el calorímetro: mi
Masa total de agua en el calorímetro: mf
Masa de hielo fundido : mh = mf - mi
Temperatura inicial del agua en el calorímetro:Ti (ºC)
Temperatura final del sistema: Tf (ºC)
Calor de fusión del hielo:
Q1 = mh . Lf
Calor para pasar de 0ºC a Tf
Q2 = mhc(Tf - 0)
Como c: 1 cal/gºC, entonces: Q2 = mhTf
Calor ganado por el hielo:
Qg =
Q1 + Q2
Qg = mhLf + mhTf
La
cantidad
de
calor
perdido
por
el
agua
en
el
conservación
de
calorímetro y por el calorímetro será: Qp
Qp = (m1 + Cc) (Ti - Tf)
Considerando
el
principio
de
la
energía:
Qg = Qp
mhLf + mhTf = (mi + CC) (Ti + Tf)
de donde : Lf 
(mi  C C )(Ti  T f )  m h T f
mh
Calculando el Calor Latente de Fusión
Sabemos que la capacidad calorífica = 25.6
De la ecuación:
Lf 
(mi  C C )(Ti  T f )  m h T f
mh
Ensayo Nº1
TAGUA
CALIENTE
= 49ºC = T1
mi = 50g
mh = 30g
mh = 30g
TMEZCLA = 13ºC

Lf 
= Tf
(50  25.6)(49  13)  30 x13
30
Lf = 77.72
cal
g
Ensayo Nº2
m1 = 50g
mh = 30g
T1 = 41ºC
Tf = 8ºC

Lf 
(50  25.6)(41  8)  30 x8
30
Lf = 75.13
Ensayo Nº3
m1 = 50g
mh = 30g
T1 = 45ºC
cal
g
cal
g
Tf = 12ºC

Lf 
(50  25.6)(45  12)  30 x12
30
Lf = 71.16
cal
g
Escogido el más acertado, se obtiene que Lf= 77.72
Error Absoluto
Lfexperimental = Lf= 77.72
LfTeórico
= 80
cal
g

cal
g
EAB =
77.72
x 100
80
EAB = 97.15%
Error Relativo
ER =
80  77.72
x 100 = 2.85%
80
cal
g
CUESTIONARIO
1.
¿Cuál es el calor latente de Fusión que obtuvo
experimentalmente?
cal
g
Lf= 77.72
2.
¿Por qué el hielo debe estar a la temperatura 0ºC
de
equilibrio
antes
de
ser
añadido
al
calorímetro?
Para que el hielo se pueda fundir se tiene que
encontrar
a
0ºC
así,
el
calor
absorbido
será
usado totalmente para el cambio de fase.
3.
¿Existe
alguna
diferencia
si
el
agua
se
pasa
antes o después de calentarla? ¿Por qué?
Si existe diferencia porque las moléculas de agua
al ser calentada absorben esa energía, pudiendo
de
esta
manera
cambiar
de
estado,
es
decir
evaporarse, entonces disminuiría la masa del agua
que había inicialmente.
4.
Si
el
hielo
ecuaciones
de
estuviese
balance
a
–5ºC,
térmico
escriba
necesarias
encontrar el calor latente de fusión.
Qg =
calor ganado por el hielo
Tf = Temperatura final del sistema
Qg = Q1 + Q2 + Q3
las
para
Qg = mhLf + mhTf + mh
OBSERVACIONES
1.
La cantidad de hielo que se debe echar en el
calorímetro
no
debe
ser
tanta,
pues
podría
ocurrir que todo el calor que observa no sea
suficiente para
derretir completamente el hielo
y
calcular
no
se
podría
el
calor
latente
de
fusión.
2.
Para realizar este experimento era necesario que
el hielo se encuentren a 0ºC para que el calor
absorbido sea utilizado únicamente en el
cambio
de estado.
3.
Era necesario agitar suave y constantemente, pues
la temperatura debe ser la misma,
calorímetro.
Si
agitamos
cantidades
indebidas
convierten
en
de
calor
con
energía
lo
que
en todo el
violencia
mecánica
se
aumentaría
la
temperatura del sistema.
CONCLUSIONES
-
El
calor
latente
de
fusión
obtenido
en
el
experimento es muy próximo al calor latente real,
este pequeño margen de error es debido a que el
corcho
que
tapaba
la
boca
del
calorímetro
no
cubría totalmente, dejando ingresar pequeñísimas
masas de aire, lo cual interfería en el
de temperatura.
cambio
EXPERIMENTO Nº 4
Calor Latente de Vaporización (LV)
1.
Añada al calorímetro exactamente 50 mL de agua
2.
Deje
que
transcurra
unos
segundos
para
estabilizar la temperatura y anote su valor como
Ti.
3.
Añada agua tibia hasta la mitad del balón de
destilación, añadiendo unos trocitos de porcelana
porosa para evitar una ebullición tumultuosa.
4.
Solamente, cuando por “s” observe un visible y
continuo desprendimiento de vapor, se termina el
montaje
del
equipo,
introduciendo
el
tubo
de
desprendimiento en el calorímetro.
5.
A la vez que se agita suavemente (con el mismo
termómetro) el agua en el calorímetro, se lee la
temperatura y cuando haya subido unos 20 ó 25ºC
con
referencia
a
desprendimiento
Ti,
de
se
vapor
retira
y
el
se
tubo
anota
de
la
temperatura como Tf.
6.
En ese momento se debe apagar el mechero, para
evitar sorpresivos y enojosos succionamientos por
falta de presión.
El matraz se enfriará por sí
sólo.
7.
Mida
cuidadosamente
contiene
el
el
calorímetro,
volumen
de
deduciendo
agua
que
de
este
volumen los 50 mL qie se agregaron al inicio, se
obtendrá la masa de vapor.
8.
Determine el calor latente de vaporización.
CALCULOS PARA EL EXPERIMENTO Nº 4 Calor Latente De Vaporización (LV)
Capacidad calorífica del calorímetro = Cc (Cal/ºC)
Masa inicial de agua en el calorímetro = mi
Masa total de agua en el calorímetro = mf
Masa de vapor condensado = mV = mf – mi
Temperatura inicial del agua en el calorímetro:Ti (ºC)
Temperatura final del sistema: Tf(ºC)
Temperatura de ebullición del agua: Te(ºC)
De
acuerdo
al
principio
de
la
conservación
de
la
energía (1ª Ley de la Termodinámica): “Calor cedido
por el sistema caliente es igual al calor ganado por
el sistema frío”
Qp = Qg
Qg = (mi + Cc) (Tf - Ti)
Qp = mV (Tf - Te) + mVLV
LV 
CC = 22.6
mi = 50g
mf = 54g
mV = 24g
(mi  C c )(T f  Ti )  mV (T f  Te )
mV
Ti = 23ºC
Tf = 42ºC
Te = 100ºC
LV 
(50  25.6)(19)  4(58)
 417.1
4
Error
relativo = 122.9
OBSERVACIONES
1.
Se
observa
que
tumultuosa
se
recipiente
con
par
puso
evitar
vidrio
agua,
el
en
cual
una
el
ebullición
interior
amortiguaría
del
el
desprendimiento de burbujas.
2.
En el momento de la ebullición el techo en forma
de L condujo el vapor, y colocamos el calorímetro
con agua para
3.
calcular el volumen de vapor.
Observamos que en el primer intento medimos mas
la temperatura, debido a que el termómetro no
llegaba al agua dentro del calorímetro sino sólo
se consideraba la temperatura del vapor.
4.
El vidrio que echamos no amortiguo del todo ya
que por otro ducto se salía el agua en el momento
que pusimos la boca del tubo en el corcho que
tapaba el calorímetro