“Año de la Diversificación Productiva y del Fortalecimiento de la Educación” UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA AMBIENTAL DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION CÁTEDRA : QUIMICA GENERAL II CATEDRÁTICO : Ing. Juana Mendoza Sánchez INTEGRANTES : BULLON NAVARO;Arturo : CURI GUTIERREZ;Keity : LOLO PACHECO;Diana : MONTERO SANTOS;Luz SEMESTRE : II HUANCAYO-PERU 2016 ABTRACT RESUMEN PRÁCTICA No. 2 “CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR DE NEUTRALIZACION” OBJETIVO GENERAL - Determinar experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro (constante calorimetrica) - Determinar el calor de reacción molar de un par ácido-base fuertes en solución diluidas, a presión constante. INTRODUCCIÓN TEORICA LEY CERO DE LA TERMODINAMICA: la ley del equilibrio térmico, ñey cero de la termodinámica, es otro principio importante. La importancia de esta ley para el concepto de temperatura no se comprendió hasta que otros aspectos de la termodinámica alcanzaron un estado bastante avanzado de desarrollo, de ahí su peculiar nombre ley cero. La ley cero de la termodinámica se resume ha expresar: cuando dos sistemas están en equilibrio térmico con un tercer sistema también lo estarán entre si. Capacidad Calorífica Molar La capacidad calorífica molar de una sustancia a volumen constante, Cv, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a volumen constantes y a una temperatura dada. La capacidad calorífica molar de una sustancia a presión constante, Cp, es la cantidad de calor que se requiere para elevar la temperatura de 1 mol de la sustancia 1ºC a presión constante y a una temperatura dada. Al mezclar dos cantidades de líquidos a distinta temperatura se genera una transferencia de energía en forma de calor desde el más caliente al más frío. Dicho tránsito de energía se mantiene hasta que se igualan las temperaturas, cuando se dice que ha alcanzado el equilibrio térmico. La cantidad de calor Q que se transfiere desde el líquido caliente, o la que absorbe el frío. = capacidad calórica; = cantidad de calor; = variación de temperatura El calor específico es la cantidad de calor cedido o absorbido por un gramo de una sustancia, para variar su temperatura en un grado Celsius. capacidad calórica; donde: = calor específico; = = masa y el calor necesario para producir un cierto aumento de temperatura es Desde el punto de vista termodinámico la capacidad calorífica de los cuerpos se expresa como el cambio de energía térmica como función del cambio en la temperatura. 𝑪=( 𝜹𝑸 ) 𝒅𝑻 = 𝒅𝑺 𝑻( ) 𝒅𝑻 Se designa con el nombre de calor (Q) a la energía en tránsito que fluye desde una parte de un sistema a otra o de un sistema a otro, en virtud únicamente de una diferencia de temperatura. En física encontramos definidos varios tipos de calores para una mejor comprensión y entendimiento de los diferentes procesos y fenómenos que ocurren en las sustancias y los cuerpos, así se puede definir el calor sensible, calor latente y el calor específico Calor sensible es aquel que un cuerpo o sustancia es capaz de absorber o ceder sin que por ello ocurran cambios en su estructura molecular, o sea, en su estado físico. El calor absorbido o cedido depende de la presión que sobre ella se ejerce, tomando como referencia la temperatura de 0o C. A mayor presión, mayor calor sensible y a menor presión, menor calor sensible. Suministrar calor sensible Cuando se calienta una sustancia que tiene una temperatura inferior a su punto de ebullición, absorbe calor y aumenta su temperatura (calor sensible), hasta alcanzar el punto de ebullición correspondiente a la presión a que esté sometida, luego de alcanzado este se detiene el ascenso de la temperatura y cualquier cantidad adicional de calor que se le suministre ya no aumentará la temperatura. A presión constante Qs = ΔH = mCp(t2 − t1) Donde: H es la entalpía del sistema, m es la masa del cuerpo, Cp es el calor específico a presión constante (definido como la cantidad de calor requerida para aumentar en un grado la temperatura de la unidad de masa de un cuerpo a presión constante), t2 es la temperatura final, t1 es la temperatura inicial del cuerpo. A volumen constante Qs = ΔU = mCv(t2 − t1) Donde: Cv es el calor específico a volumen constante, U representa la energía interna del sistema. MATERIAL Y EQUIPO SUSTANCIA “IDENTICO AL MANUAL” (- 2 vasos de Precipitados de 100 ml. ) base (NaOH) ácido (HCL) agua destilada DESARROLLO EXPERIMENTAL “Se trabajo igual al manual”. EXPERIMENTO 1 (DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL NCALORIMETRO) DATOS EXPERIMENTALES Temperaturas registradas cada 10s. para el equilibrio térmico. t (s) T (ºC) 0 44º 10 44.5º 20 44.2º 30 44º 40 43.5º 50 43.5º 60 43º Temperatura constante del Agua Fria: 𝟐𝟓° 𝑪 Temperatura constante del Agua caliente : 𝟕𝟎 °𝑪 Temperatura constante del Calorimetro : 𝟐𝟓°𝑪 = T1 = T1 = T1 Temperatura de Equilibrio térmico (Agua Fria y caliente) = 𝟒𝟑°𝑪 =T2 CALCULOS EXPERIMENTO 1 −𝑸𝑯𝟐𝟎 𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = 𝑸𝑯𝟐𝑶 𝒇𝒓𝒊𝒂 + 𝑸𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 −𝑴𝑯𝟐𝑶 𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 𝑪𝒑𝑯𝟐𝑶 ∆𝑻𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 = −𝑴𝑯𝟐𝑶 𝒇𝒓𝒊𝒂 𝑪𝒑𝑯𝟐𝑶 ∆𝑻𝒇𝒓𝒊𝒂 + 𝑴𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑪𝒑𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 ∆𝑻𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑴𝑯𝟐𝑶 = 𝟒𝟎 𝒈 𝑪𝒐𝑲= −𝑴𝑯𝟐𝑶 𝑪𝒑𝑯𝟐𝑶 ∆𝑻𝒄𝒂𝒍𝒊𝒆𝒏𝒕𝒆 − 𝑴𝑯𝟐𝑶 𝑪𝒑𝑯𝟐𝑶 ∆𝑻𝒇𝒓𝒊𝒂 ∆𝑻𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑪𝒐𝑲= (−𝟒𝟎 𝒈) (𝟒. 𝟏𝟖𝟔 𝑱 𝑱 ) (𝟒𝟑°𝑪 − 𝟕𝟎°𝑪) − (𝟒𝟎𝒈) (𝟒. 𝟏𝟖𝟔 ) (𝟒𝟑°𝑪 − 𝟐𝟓°𝑪) 𝒎𝒐𝒍𝑲 𝒎𝒐𝒍𝑲 (𝟒𝟑°𝑪 − 𝟐𝟓°𝑪) 𝑪 𝒐 𝑲 = 𝟖𝟑. 𝟕𝟐 𝑱 𝒎𝒐𝒍𝑲 EXPERIMENTO 2 (DETERMINACION DEL CALOR DE REACCION DE NEUTRALIZACION) DATOS EXPERIMENTALES Temperatura constante del HCL (ácido clorhídrico) 𝟐𝟓. 𝟓°𝑪 Temperatura constante del NaOH 𝟐𝟓° 𝑪 Temperatura constante del Calorimetro 𝟐𝟓. 𝟓° 𝑪 Temperatura de equilibrio 𝟑𝟎° 𝑪 Temperatura promedio (𝒕𝑯𝑪𝑳 𝒚 𝒕𝑵𝒂𝑶𝑯 ) = 𝟐𝟓. 𝟐𝟓°𝑪 𝒎𝒗𝒂𝒔𝒐 𝒚 𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 = 𝟏𝟑𝟒. 𝟔 𝒈 𝒎𝒗𝒂𝒔𝒐 = 𝟓𝟕. 𝟕𝟏 𝒈 𝒎𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 = 𝟕𝟔.𝟖𝟗 𝒈 = T2 = T1 CALCULOS 1. ¿Capacidad calorífica del Calorimetro? 𝑪 𝒐 𝑲 = 𝟖𝟑. 𝟕𝟐 𝑱 𝒎𝒐𝒍𝑲 Los cálculos se encuentran en el area de “datos experimentales” 2. Numero de moles de agua que se formaron en la reacción de neutralización Reacción de Neutralizacion SAL + AGUA + (𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑂 Acido fuerte 𝑁𝑎𝐶𝑙 Base Fuerte + 𝑯𝑪𝑳(𝒂𝒄) 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒂𝒄) Al formar la molécula del agua, nos y recibe el nombre de CALOR DE NEUTRALIZACION. + − 𝑯 + 𝑵𝒂`+ + 𝑶𝑯− proporciona energía, se puede medir (𝒂𝒄) + 𝑪𝒍(𝒂𝒄) (𝒂𝒄) (𝒂𝒄) 𝐻2 𝑂 𝑽𝑯𝑪𝒍 = 𝑽𝑵𝒂𝑶𝑯 = 𝟒𝟎 𝒎𝒍 = 𝟎. 𝟎𝟒𝑳 𝑴= 𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + (0.04 mol) 𝒏𝒔𝒐𝒍𝒖𝒕𝒐 𝑽𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒏 = 𝑴𝑽 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒂𝒄) 𝑵𝒂𝑪𝒍(𝒂𝒄) 𝑪 = 𝑐𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑪𝑯𝑪𝒍 = 𝑪𝑵𝒂𝒐𝑯 = 𝟏 𝑴𝒐𝒍𝒂𝒓 𝒏=( + (0.04 mol) 𝟏𝒎𝒐𝒍 ) (𝟎. 𝟎𝟒𝑳) = 𝟎. 𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍 𝑳 𝑯𝟐 𝑶(𝟏) (solución) Realizando estequiometria. 1 mol HCl 1 mol H20 0.04 mol HCl 3. = (𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝟐 𝑶)(𝟎.𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍) 𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝑪𝒍 = 𝟎. 𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝟐 𝑶 ¿ Numero total de moles de agua que se producen en la reacción. nota : este dato servirá para consultar el valor de Cp de la solución en la grafica correspondiente. 𝒏𝑯𝟐𝑶 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝑴𝑯𝟐𝑶 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 𝑷𝑴𝑯𝟐𝑶 𝒏𝑯𝟐𝑶 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟕𝟒.𝟓𝟓 𝒈 𝟏𝟖 𝒈 𝒎𝒐𝒍 = 4.1416 mol totales. 4. Calor de neutralización el calor de neutralización es el calor liberado por cada mol de agua producida SOLUCION = 𝑵𝒂𝒄𝒍 + 𝑯𝟐𝑶 𝒎𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 = 𝒎𝑵𝒂𝑪𝑳 + 𝒎𝑯𝟐𝑶 = 𝟕𝟔. 𝟖𝟗 𝒈 𝒎𝑯𝟐𝑶 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = (𝟎. 𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍) (𝟏𝟖 𝒈 ) = 𝟎. 𝟕𝟐 𝒈 𝒎𝒐𝒍 𝒎𝑯𝟐𝑶 = 𝒎𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 − 𝒎𝑵𝒂𝑪𝒍 𝟕𝟔. 𝟖𝟗 𝒈 − (𝟎. 𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍) (𝟓𝟖. 𝟓 𝒈 ) = 𝟕𝟒. 𝟓𝟓 𝒈 𝒎𝒐𝒍 𝒎𝑯𝟐𝑶 𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = 𝟕𝟒. 𝟓𝟓 𝒈 𝟕𝟒. 𝟓𝟓 𝒈 = (𝟎. 𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍) (𝟏𝟖 𝒈 ) 𝒎𝒐𝒍 𝒎𝑯𝟐𝑶𝒓𝒆𝒂𝒄𝒕𝒊𝒗𝒐𝒔 = 𝟕𝟒. 𝟓𝟓𝒈 − 𝟎. 𝟕𝟐 𝒈 = 𝟕𝟑. 𝟖𝟑 𝒈 Balance térmico −𝑸𝒄𝒆𝒅𝒆 = 𝑸 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆 −𝑸𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 = 𝑸𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 + 𝑸𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 ? = 𝒎𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 𝑪𝒑𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 ∆𝑻𝒔𝒐𝒍𝒖𝒄𝒊𝒐𝒏 + 𝑴𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑪𝒑𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 ∆𝑻𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓𝒊𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 ? = (𝟕𝟔. 𝟖𝟗 𝒈) (𝟒. 𝟏𝟖𝟔 𝑱 𝑱 ) (𝟑𝟎° 𝑪 − 𝟐𝟓. 𝟐𝟓°𝑪) + (𝟓𝟕. 𝟕𝟏 𝒈 𝒈) (𝟖𝟑. 𝟕𝟐 ) (𝟑𝟎° 𝑪 − 𝟐𝟓. 𝟐𝟓°𝑪) 𝒎𝒐𝒍𝑲 𝒎𝒐𝒍𝑲 −𝑸𝒄𝒆𝒅𝒆 = 𝑸 𝒂𝒃𝒔𝒐𝒓𝒃𝒆 𝑸𝒄𝒆𝒅𝒆 = −24478.3780 𝑱 = −24.4783 KJ está cantidad de calor liberado corresponde a 0.04 moles de agua, para calcular el calor de neutralización debemos de averiguar el calor liberado por un mol de agua producido, luego: 𝑸𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 = (−𝟐𝟒.𝟒𝟕𝟖𝟑 𝐊𝐉) 𝟎.𝟎𝟒 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝟐 𝑶 = −𝟔𝟏𝟏. 𝟗𝟓𝟕𝟓 kJ/mol Lo que significa que por cada mol de agua producida en la neutralización se liberan 611.9575 kJ/mol 5. Entalpia molar de neutralización. ∆𝑯𝒏 = ∆𝑯𝒏 = −𝑸𝒏𝒆𝒖𝒕𝒓𝒂𝒍𝒊𝒛𝒂𝒄𝒊𝒐𝒏 𝒏𝑯𝟐𝑶 𝒇𝒐𝒓𝒎𝒂 −𝟐𝟒𝟒𝟕𝟖. 𝟑𝟕𝟖𝟎 𝑱 𝑱 = −𝟔𝟏𝟏𝟗𝟓𝟗. 𝟒𝟓 𝟎. 𝟎𝟒 𝐦𝐨𝐥 𝒎𝒐𝒍 CUESTIONARIO 1. ¿Qué interpretación física tiene el valor de C del calorímetro? es la energía necesaria para aumentar una unidad de temperatura, de una determinada sustancia, en este caso son 2 experimentos uno para obtener el valor del sistema (calorímetro) con agua destilada. Y el otro para obtener el calor de neutralización.(acido fuerte y base fuerte) 2. Calcule C para 2 calorimetros cuyas masas son de 100 g pero uno ha sido construido de aluminio y otro en vidrio Pyrex. Consulte sus valores de Cp en la tabla No. 2 Cp del aluminio = 0.92 (J/g ºC) 3. Complete la ecuación de la reacción de neutralización HCL (ac) + NaOH (ac) _____________ + _______________ 𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) 4. + 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒂𝒄) 𝑵𝒂𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐 𝑶(𝟏) Tome los datos de la tabla No. 3 y calcule el valor teorico esperado para ∆𝑯 ∆𝑯𝒏 𝑻𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐, 𝒆𝒔 𝒃𝒂𝒔𝒂𝒅𝒂 𝒆𝒏 𝒍𝒂 𝒍𝒆𝒚 𝒅𝒆 𝑯𝒆𝒔𝒔 ∆𝑯°𝒗 = ∑ 𝒏∆𝑯𝒇𝒑𝒓𝒐𝒅𝒖𝒄𝒕𝒐 − ∑ 𝒏∆𝑯°𝒇𝒓𝒆𝒂𝒄𝒕𝒊𝒗𝒐 𝑯𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒂𝒄) 𝑵𝒂𝑪𝒍(𝒂𝒄) + 𝑯𝟐 𝑶(𝟏) 𝒌𝑱 𝒌𝑱 ) + (𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝟐𝑶)(−𝟐𝟖𝟓. 𝟗𝟖 )] 𝒎𝒐𝒍 𝒎𝒐𝒍 𝒌𝑱 𝒌𝑱 − [(𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑯𝑪𝒍) (−𝟏𝟔𝟕. 𝟓𝟐 ) + (𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑵𝒂𝑶𝑯)(−𝟒𝟔𝟗. 𝟕𝟗 )] 𝒎𝒐𝒍 𝒎𝒐𝒍 [(𝟏 𝒎𝒐𝒍 𝑵𝒂𝒄𝒍) (−𝟒𝟎𝟕. 𝟐𝟗 ∆𝑯𝒏 𝑻𝒆𝒐𝒓𝒊𝒄𝒐 = −𝟓𝟓. 𝟗𝟔 5. 𝒌𝑱 𝒎𝒐𝒍 Que diferencia existe en términos de porcentaje , entre el valor obtenido experimental del calor de neutralización con respecto al valor teorico −𝟓𝟓. 𝟗𝟔 = 𝟏𝟎𝟎% −𝟔𝟏𝟏. 𝟗𝟓 = 𝒙 𝟏𝟎𝟗𝟑. 𝟓𝟒% 6. Que es un proceso endotérmico Reacción o proceso químico que absorve calor. Cuando la variación de entalpía es positiva, se ha producido un aumento del contenido energético. 7. Cite cinco ejemplos de aplicación industrial en los que se manifieste el proceso de transferencia de calor. CONCLUSIONES BIBLIOGRAFÍA Articulo de investigación en la web. UNAM http://www.geociencias.unam.mx/~angfsoto/fisicamoderna/presentaciones/Estado_solido.pdf Fundamentos de Fisicoquimica Samuel H. Murron Editorial Limusa México, 1989 pag. 157 UNAM- Proyecto INFOCAB SB 202507 Responsable académica: I. Q. Raquel Enríquez García Pag. 3-7
