PRACTICA 1. Determinación de un calor de neutralización

EXPERIMENTACION EN QUIMICA FISICA
2º Curso – 1er Cuatrimestre
Ingeniería Técnica Industrial - Especialidad en Química Industrial
Escuela Universitaria de Ingeniería Técnica Industrial.
PRACTICA 1. DETERMINACION DE UN CALOR DE NEUTRALIZACION
►OBJETIVO:
Determinar el calor de reacción para la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte
HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq)+ H2O (l)
►FUNDAMENTO TEORICO:
La reacción de neutralización se producirá en un calorímetro, de forma que, si suponemos
despreciables los intercambios energéticos entre el calorímetro y el exterior, las variaciones de
temperatura que se producen dentro del calorímetro se deben al calor intercambiado por la
reacción de neutralización.
qcedido por la reacción = qabsorbido por el sistema (calorímetro + mezcla)
∆Hneutralización = qabsorbido por el sistema (calorímetro + mezcla)
►PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Preparación de disoluciones:
— 1.0 L de disolución 2.0 M de NaOH.
Al preparar la disolución de NaOH 2.0 M se debe tener presente que el NaOH no es un patrón
primario (reacciona con el CO2 de la atmósfera, absorbe agua, ...). Por ello, no es necesario
utilizar un matraz aforado, sino que se disuelve una cantidad próxima a la necesaria
(preferentemente superior a ésta, ya que pesar la cantidad exacta de NaOH no es otra cosa que
una perdida de tiempo) hasta totalizar aproximadamente 1 litro de volumen de disolución. Una vez
preparada, la disolución se guarda en una botella que no sea de vidrio, ya que el NaOH puede
reaccionar con él.
— 100.0 mL de disolución 0.1 M de C6H4COOHCOOK.
La disolución de NaOH se debe valorar con un patrón primario ácido (biftalato potásico,
C6H4COOHCOOK) para conocer exactamente su concentración. La reacción entre NaOH y
C6H4COOHCOOK tiene lugar mol a mol (el uso de los equivalentes hace años que ha sido
firmemente desaconsejado y calificado como ambiguo por la IUPAC) de acuerdo con
OH— + C6H4COOHCOO— → C6H4(COO—)2 + H2O
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Experimentación en Química Física – Práctica 1
— 1.0 L de disolución 1.0 M de HCl.
Para preparar la disolución de HCl se debe recordar que el ácido concentrado comercial se
maneja dentro de la vitrina y tampoco es patrón primario. Para conocer exactamente la
concentración de la disolución de HCl se valora con la disolución de NaOH valorada previamente
y de concentración ya conocida.
Valoración de una disolución:
Para valorar una disolución de concentración desconocida, se llena la bureta con la disolución
patrón y se añade un volumen conocido de la sustancia que se desea valorar en un Erlenmeyer.
Se añaden un par de gotas de fenolftaleína (un indicador que cambiará de color en el intervalo de
viraje de la valoración). Se procede a la valoración vaciando lentamente la bureta hasta que se
observa un cambio de color en el Erlenmeyer y se anota el volumen de disolución patrón
consumida.
Se repite la valoración hasta que se obtengan dos valores para los volúmenes de los puntos de
equivalencia que difieran en menos de un 5% y se calcula con estos un valor medio. Por ello los
volúmenes de las disoluciones de ácido y de base han de medirse con material volumétrico de
precisión: buretas, matraces aforados o pipetas. Las escalas de vasos de precipitados, matraces
Erlenmeyer y la mayoría de las probetas tienen tan sólo un valor indicativo.
Finalizada la valoración y realizados los cálculos pertinentes se obtendrá la concentración
desconocida de la disolución valorada.
Medida del efecto térmico provocado por la neutralización del ácido añadido:
Se coloca en un calorímetro vacío un volumen de disolución de NaOH, VB. El mismo volumen de
base se utilizará en las experiencias restantes y debe elegirse de forma que sea suficiente para
medir la temperatura de la disolución con el calorímetro cerrado. Se mide la temperatura de esta
disolución dentro del calorímetro, T0, una vez estabilizada con una precisión de ±0.1°C.
Se mide un volumen de disolución de HCl y se deposita en un vaso de precipitados. Se añade el
ácido al calorímetro de manera rápida y se anota la máxima temperatura alcanzada por el
contenido del vaso tras la adición del ácido, T1.
Se repite toda la operación anterior hasta disponer de unas 6 medidas con distintos volúmenes
totales de disolución de ácido, VA, y un mismo volumen de disolución básica. Para escoger los
volúmenes de mezcla se debe tener presente que el volumen total del calorímetro oscila entre 200
y 250 mL.
►TRATAMIENTO DE DATOS:
Las concentraciones exactas de las disoluciones de ácido ([A]) y base ([B]) se conocen tras las
valoraciones realizadas. De acuerdo con el procedimiento de mezcla llevado a cabo, el ácido
actúa como reactivo limitante. Por tanto, si se consideran despreciables los intercambios
energéticos entre el calorímetro y el exterior, cuando los volúmenes de las disoluciones se
mezclan, el calor liberado por la reacción (moles de reactivo limitante × calor molar de
neutralización, ∆H neut ) es absorbido por el calorímetro y por la suma de productos, disolvente y
base en exceso. El reactivo en exceso y los productos son disoluciones acuosas para las que se
puede considerar válido el calor específico del agua. Además, las variaciones de temperatura del
medio de reacción son pequeñas por lo que este calor específico puede considerarse constante e
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Experimentación en Química Física – Práctica 1
igual a CP(H2O) = 1.000 ± 0.003 cal g—1 °C—1. Asimismo, la densidad del medio puede
considerarse como ρ = 1.000 g mL—1. De esta forma, la fórmula del balance energético indicada
en el fundamento teórico
∆Hneutralización = qabsorbido por el sistema (calorímetro + mezcla)
puede reescribirse como
∆H neut ⋅nA + ∆T⋅[CD⋅m + CC] = 0
donde nA es el número de moles de ácido, CD y m son el calor específico y la masa del medio de
reacción, respectivamente, y CC es la capacidad calorífica del calorímetro.
Desarrollando la expresión se obtiene
∆H neut ·VA·10—3·[A] + CD·∆T·(VA + VB)·ρ + CC·∆T = 0
que puede transformarse en la ecuación de una recta
⎛ 10 −3 [A] ⎞
CC + C D ρVB ⎛ 1
C ρ
⎜
⎟=− D
⎜⎜
−
⎜ ∆T ⎟
∆H neut
∆H neut
⎝ VA
⎝
⎠
⎞
⎟⎟
⎠
Para llevar a cabo este tratamiento de datos propuesto se recomienda ordenar las medidas
realizadas en una tabla similar a la siguiente
T0 /°C
T1 /°C
VA /mL
VB /mL
∆T /°C
x = VA—1 /mL—1
y = 10—3 [A]·∆T —1 /mol mL—1 °C—1
A continuación, se representan gráficamente los valores obtenidos y se obtiene la recta de
regresión (y = a + b·x) por ajuste por mínimos cuadrados. A partir de los valores de a y b se debe
calcular el valor del calor de neutralización molar, ∆H neut , y la capacidad calorífica del
calorímetro, CC.
Finalmente, se debe comparar el resultado experimental con el valor obtenido a partir de tablas de
datos termodinámicos y calcular su porcentaje de error.
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Experimentación en Química Física – Práctica 1
►SIMULADOR DE UN CALORIMETRO:
En la página web de la asignatura
http://webs.uvigo.es/eqf_web
encontrarás un simulador de un calorímetro que debes emplear antes de entrar en el laboratorio.
Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de
entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y
contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental.
►SIMULADOR DE UNA VALORACION ACIDO-BASE:
En la página web de la asignatura
http://webs.uvigo.es/eqf_web
encontrarás un simulador de una valoración ácido-base que reproduce el proceso de laboratorio.
Además encontrarás un conjunto de cuestiones previas que también debes resolver antes de
entrar el laboratorio. El profesor de prácticas comprobará si has empleado el simulador y
contestado las cuestiones antes de comenzar el trabajo experimental.
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