UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA EN GEOLOGÍA, MINAS, PETRÓLEOS Y AMBIENTAL ESCUELA DE PETRÓLEOS INFORME DE LABORATORIO N° 5 NOMBRE: Quezada Espinosa David Andrés. FECHA: 2014_06_04 PROFESOR: Dr. Bolívar Enríquez. CURSO: Cuarto 1. Tema: Calor de Neutralización. 2. Objetivos: 2.1. Objetivo General Determinar el calor de neutralización de una reacción Ácido-Base. 2.2. Objetivos Específicos Determinar la ecuación del calor de neutralización y sus unidades. Establecer el tipo de reacción entre un ácido y una base. Elaborar el análisis dimensional para el calor de neutralización. 3. Marco Teórico ¿Qué es el Calor de Neutralización? El calor de neutralización es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base. El calor de neutralización tiene un valor aproximadamente constante, en la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, ya que en esta reacción se obtiene como producto en todos los casos un mol de agua, que es formada por la reacción: 𝐻 + + 𝑂𝐻 + → 𝐻2 𝑂 𝐻3 𝑂+ → 2𝐻2 𝑂 Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotérmicas, si absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los cambios endotérmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos con signo negativo, de acuerdo con la primera ley de la termodinámica. El cambio de entalpía ocurrido en la reacción directa es exactamente opuesto en la reacción inversa. Este efecto térmico es el mismo sin importar si la reacción ocurre en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la constitución, el estado físico de reactivos y productos y de la expresión estequiométrica. Los calores de neutralización pueden determinarse por mediciones calorimétricas directas, a partir de mediciones en serie efectuadas sobre soluciones de concentraciones finitas que Progresivamente se van diluyendo y extrapolando a dilución infinita. ¿Qué reacción se produce al mezclar estas dos soluciones (ácidobase)? Una reacción ácido-base o reacción de neutralización es una reacción química que ocurre entre un ácido y una base produciendo una sal y agua. La palabra "sal" describe cualquier compuesto iónico cuyo catión provenga de una base (Na+ del NaOH) y cuyo anión provenga de un ácido (Cl- del HCl). Las reacciones de neutralización son generalmente exotérmicas, lo que significa que desprenden energía en forma de calor. Se les suele llamar de neutralización porque al reaccionar un ácido con una base, estos neutralizan sus propiedades mutuamente. Reacción Exotérmica. Se denomina reacción exotérmica a cualquier reacción química que desprenda energía, ya sea como luz o como calor,1 o lo que es lo mismo: con una variación negativa de la entalpía; es decir: -ΔH. El prefijo exo significa «hacia fuera». Por lo tanto se entiende que las reacciones exotérmicas liberan energía. Considerando que A, B, C y D representen sustancias genéricas, el esquema general de una reacción exotérmica se puede escribir de la siguiente manera: A + B → C + D + calor Ocurre principalmente en las reacciones de oxidación. Cuando éstas son intensas pueden generar fuego. Si dos átomos de hidrógeno reaccionan entre sí e integran una molécula, el proceso es exotérmico. Ácido Sulfúrico 𝑯𝟐 𝑺𝑶𝟒 𝐻2 𝑆𝑂4 + 2𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎2 (𝑆𝑂4 ) + 2𝐻2 𝑂 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 2𝑁𝑎 + + 2𝑂𝐻 + + 2𝐻 2+ + 𝑆𝑂42+ → 2𝑁𝑎+ + 𝑆𝑂42+ 2𝐻2 𝑂 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 Ácido Clorhídrico 𝑯𝑪𝒍 𝐻𝐶𝑙 + 𝑁𝑎𝑂𝐻 → 𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝐻2 𝑂 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑁𝑎+ + 𝑂𝐻 − + 𝐶𝑙 − + 𝐻 + → 𝑁𝑎+ + 𝐶𝑙 − + 𝐻2 𝑂 + 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 Ecuación del calor de neutralización y análisis dimensiona U Q W cuando W 0 U a U b U sistema Qn Qn ma CH 2O (T3 T1 ) mbCH 2O (T3 T2 ) Eqt (T3 T1 ) Qn calor de neutralización ma y mb masas del ácido y base T1 , T2 yT3 temperaturas medidas CH 2O calor específico del agua Eqt Equivalente térmico del calorímetro QN J cal H N mol J H N mol QN Nm m2 QN kg 2 s 4. Montaje del equipo. 4.1. Diagrama del experimento 4.2. Materiales. 5 4 3 1 1 2 1 1. Vaso de precipitación (𝐻2 𝑆𝑂4 ) 2. Vaso de precipitación (𝑁𝑎𝑂𝐻) 3. Calorímetro. 4. Termómetro. 5. Embudo. 5. Procedimiento. Medimos 30 g de NaOH para preparar la solución. Disponemos de los 30 g de NaOH en un matraz aforado con 250 mL. Elaboramos la solución de 𝐻2 𝑆𝑂4, para ello se mide 41,67 mL de ácido sulfúrico. Trasvasamos los 41,67 mL de ácido sulfúrico en un matraz con 250 mL de agua. Se enfrían los dos matraces mediante el contacto con agua fría. 6. Datos experimentales ÁCIDO t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 T media T(ºC) 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 BASE t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 T media T(ºC) 27 26 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25.27 Temperatura del H2SO4 (T1) Temperatura de la base NaOH (T2) Temperatura de Neutralización (T3) Equivalente térmico del calorímetro NEUTRALIZACIÓN t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 T media T(ºC) 36 35 35 35 35 35 34 34 34 34 34 34.64 25ºC 25,27ºC 34.64ºC 44.33cal/ºC 7. Cálculos 7.1. Calcular la masa de las soluciones ácidas m ( PM )(V ) m ( M )( PM )(V ) mol gr mH 2 SO 4 (3 )(98, 08 )(0, 040 L) L mol mH 2 SO 4 11, 77 gr M 7.2. Calcular la masa de la solución básica. m ( PM )(V ) m ( M )( PM )(V ) M mol gr )(40 )(0, 040 L) L mol 4,8 gr mNaOH (3 mNaOH 7.3. Masa total y moles totales. mt mH 2 SO4 mNaOH mt 11, 77 gr 4,8 gr mt 16,57 gr 11, 77 gr 0,12mol 98, 08 gr / mol 4,8 gr nNaOH 0,12mol 40 gr / mol nt nH 2 SO4 nNaOH nH 2 SO4 nt (0,12 0,12) mol nt 0, 24mol 7.4. Calcular el calor de neutralización. cal cal cal (34, 64 25) C 4,8 gr1 (34, 64 25, 27)C 44,33 (34, 64 25) C gr C gr C C Qn 585, 78cal Qn 11, 77 gr.1 H Qn 585, 78 H 2440, 75 cal 0, 24mol cal mol 7.5. Realizar el análisis dimensional del calor de neutralización. Qn m1.CH 2O .(T3 T1 ) m1.CH 2O .(T3 T1 ) Eqcal (T3 T1 ) Qn [ M ][ Qn [ M L2 L2 L2 ][ T º ] [ M ][ ][ T º ] [ M ][T º ] T2Tº T2Tº T2Tº L2 ] [ ML2T 2 ] 2 T H Qn nt H [ ML2T 2 ] [ ML2T 2 mol 1] [mol ] 8. Tabla de resultados. Masa del H2SO4 Masa del NaOH Volumen H2SO4 3M Volumen NaOH 3M Temperatura del H2SO4 Temperatura de la base NaOH Temperatura de Neutralización Equivalente térmico del calorímetro Calor de neutralización ácido-base 11.77 g 4.8 g 40 ml 40 ml 25ºC 25,27ºC 34.64ºC 44.33 cal/ºC 2440, 75 cal/mol 9. Conclusiones El calor de neutralización de un sistema ácido-base obedece a la naturaleza del ácido y de la base, como también de la temperatura y de la concentración. La transición de la temperatura de un cuerpo indica la pérdida o ganancia de calor de dicho cuerpo. La neutralización de un ácido con una base es una reacción exotérmica, libera energía. 10. Recomendaciones. Que se tenga precaución al momento de masar el ácido y la base. Que se realice las mediciones de temperatura en el respectivo tiempo y asi evitar grandes errores. Que el equipo de medición esté en las aptas condiciones para evitar dificultades en la práctica. 11. Bibliografía BOLIVAR E, “Guía de laboratorio Fisicoquímica”. Universidad Central del Ecuador, Facultad de Ingeniería en Geología, Minas, Petróleos y Ambiental, Quito – Ecuador. CALOR DE NEUTRALIZACIÓN, http://pendientedemigracion.ucm.es/info/QCAFCAII/DopplerLissajous/Pagina-web/Practicas/Practicas-fqi/teoria8.html 12. Anexos. CUESTIONARIO 1. ¿Qué es un calorímetro? Es un instrumento que se utiliza para calcular las cantidades de calor entregadas o recibidas por los cuerpos. Sirve para establecer el calor específico de un cuerpo. 2. ¿Qué es el calor de neutralización? Es el calor generado cuando un ácido reacciona con una base para producir agua, el proceso de neutralización comprende únicamente la combinación del ion hidrógeno e hidroxilo para formar agua no ionizada. 3. ¿Qué es el calor de reacción? Es la cantidad de energía calorífica que el sistema cede o absorbe para que la temperatura continúe constante durante todo el proceso de la reacción química. 4. ¿De qué se trata la entalpía de las reacciones? Es la energía intercambiada en forma de calor con el entorno cuando se produce una reacción a presión constante. Se mide en o en de la reacción tal como está escrita su ecuación química, o respecto a alguno de los compuestos que intervienen en la reacción. 5. ¿Qué reacción se produce cuando se añade una solución ácida fuerte y una solución básica? Se provoca una reacción ácido-base o reacción de neutralización. 6. ¿Deducir la ecuación del calor de neutralización? U Q W cuando W 0 U a U b U sistema Qn Qn ma CH 2O (T3 T1 ) mbCH 2O (T3 T2 ) Eqt (T3 T1 ) Qn calor de neutralización ma y mb masas del ácido y base T1 , T2 yT3 temperaturas medidas CH 2O calor específico del agua Eqt Equivalente térmico del calorímetro 7. Análisis dimensional del Qn QN J QN Nm m2 QN kg 2 s L2 QN M 2 T QN ML2T 2 8. Características de las soluciones ácidas. Tiene un pH de 0 a 6.5 Se disocian como H+ Son corrosivos Tienen sabor agrio Conducen la corriente eléctrica Reaccionan con las bases formando sustancias diferentes. 9. Características de las soluciones básicas pH de 7.5 a 14 Se disocia como OH Son corrosivos Tienen sabor amargo Conducen la corriente eléctrica Dejan el papel tornasol azul 10. Ejemplos de ácidos y bases (por lo menos 5 de cada uno). Ácidos: Ácido Nítrico (HNO3,) Ácido Clorhídrico (HCL), Ácido Fosfórico (H3PO3), Ácido Cítrico (C6H8O7), Ácido Sulfúrico (H2SO4), Ácido Bórico (H3BO3), Ácido Acetil Salicílico (C8H6O4), Ácido Acético (C2H4O2), Ácido Láctico (C3H6O3). Bases: Hidróxido de Sodio (NaOH), Hidróxido de Potasio (KOH), Hidróxido de Aluminio (Al(OH)3), Amoniaco (NH3), Hidróxido de Amonio (NH4OH), Hidróxido de Calcio (Ca(OH)2), Hidróxido de Litio (LiOH), Hidruro de Sodio (HNa), Hidróxido de Cromo (Cr(OH)3) 11. ¿Qué es el calor de disolución? Es el calor absorbido o liberado, cuando la presión es constante, al diluir un mol de soluto en n moles de disolvente. 12. ¿Qué es el calor molar de neutralización? Es el calor que resulta de la reacción de neutralización de un mol de ácido por un mol de una base, estando estas en solución acuosa.
