CALOR DE REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN LABORATORIO DE QUÍMICA II URREGO, JHON CRISTIAN (1430286).
[email protected] CADENA RIASCOS, ANDREA (1435567).
[email protected] Fecha de realización: 13 de Febrero de 2015. Fecha de entrega: 27 de Febrero de 2015
1. DATOS Y RESULTADOS. CAPACIDAD CALORIFICA ∆
27.41 31.0 31.0 27.41
.
DETERMINACION DEL ∆ Para determinar el cambio de temperatura en las diferentes reacciones, fue necesario realizar las gráficas correspondientes a cada una de las reacciones. Con la ayuda de líneas de tendencia las cuales facilitaron hallar las ecuaciones de las rectas que permiten determinar los valores de T1 (promedio de las ecuaciones de HCl y NaOH) y T2 (valor de la ecuación arrojada de la mezcla); teniendo estos datos y con la ayuda de la ecuación 1 fue posible hallar ∆T en cada una de las reacciones. ∆
El valor de ∆T da a conocer que se llevó a cabo un proceso exotérmico. Reacción
Este procedimiento se llevó a cabo en las diferentes reacciones con sus respectivas graficas mostradas a continuación:
.
Grafica 2. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, H2SO4 y NaOH + H2SO4. Grafica 1. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, HCl y NaOH + HCl. ∆ Con la ayuda de los valores mostrados en la gráfica 1 y utilizando la ecuación 1 podemos calcular ∆T para la reacción NaOH + HCl:
27.92 34.2 34.2 27.92
Proceso exotérmico. Reacción
1
. !"
2
#
#
$
$
2
pH 1-2
Grafica 5. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, H2O destilada y NaOH + H2O.
Grafica 3. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, H2SO4 y NaOH + H2SO4 con una variación de volumen en el NaOH de 50 mL.
∆
27.93 34.5 34.5 27.93
∆
28.41 28.4 28.4 28.41
(. (
En este caso ∆T es muy pequeño pero negativo por lo que significa que se produjo un proceso endotérmico en la reacción.
. &
Reacción
Proceso exotérmico.
0
pH 1-2
pH 11-12
Grafica 6. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, AcOH y NaOH + AcOH.
Grafica 4. Cambios en la temperatura con respecto al tiempo del NaOH, H2SO4 y NaOH + H2SO4 con una variación de volumen en el NaOH de 75 mL.
∆
27.8 35.4 35.4
∆ 27.8
28.03 33.5 33.5 28.03
. )&
&. Proceso exotérmico.
Proceso exotérmico. Reacción pH 9-10 *
pH 10-11
2
*
Teniendo ya la capacidad calorífica del calorímetro, se puede calcular el calor de reacción para cada una de las reacciones propuestas.
Posteriormente, al hallar cada ∆T en las reacciones se procedió a calcular la capacidad calorífica del calorímetro utilizando como base la reacción de 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL de HCl 1.00M.
Calor de reacción para 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
Con la ayuda de la ecuación 2 se procedió a calcular la capacidad calorífica del calorímetro en cada una de las reacciones: +,
-.∆ +
/01
. 2/01 . ∆
∆ = . !" 3 - = !. (( U (! E/3 2/01 = ( K
.!
Reemplazando estos valores en la ecuación 2 se obtiene que:
Donde,
2.00.10 N N . 6.28L + X4.184 Y . 50J . 6.28L L J. L
qr =calor de reacción.
−+, =
Cc=capacidad calorífica del calorímetro a presión constante.
−+, = 1256 N + 1314 N −+, = !. & 3 E Z[ = −!. & 3E
Csln= calor especifico de la solución.
Calor de reacción para 50 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
msln= masa de solución. Para encontrar la capacidad calorífica del calorímetro en las diferentes reacciones fue necesario implementar el ∆H de la reacción entre HCl y NaOH, el cual tiene un valor de ∆H=57.2KJ/mol.
∆ = . &3 - = !. (( U (! E/3 2/01 = & K Reemplazando estos valores en la ecuación 2 se obtiene que:
Capacidad calorífica del calorímetro utilizado para la reacción entre 25 mL de HCl 1.0M y 25 mL de NaoH 1.0M: ∆ = .
−+, =
−+, = 1314 N + 2062 N −+, = . & 3 E Z[ = − . & 3E
3
4560 = 0.025 7 . 1.00 28 97 = (. (! :;< =><
Calor de reacción para 75 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
+, = ∆ = ∆ ?@ . 4560 AB = −57.2 . 0.025 28 = − ) ( E CD0
2/01 = F/01 . GH
I = 50 27 . 1
∆ = &. 3 - = !. (( U (! E/3 2/01 = (( K
J = (K 27
Reemplazando estos valores en la ecuación 2, tenemos que:
Reemplazando estos valores en la ecuación 2 se obtiene que:
N −+, = −H−1430I = - . 3.59L + M4.184 9J. L O . 50J . 3.59L
-=
H $*PQRS IB *.ST A
2.00.10 N N . 6.57L + X4.184 Y . 75J . 6.57L J. L L
−+, =
= !. ((U (! E/3
2.00.10 N N . 7.6L + X4.184 Y . 100J . 7.6L L J. L
−+, = 1520 N + 3180 N
3
−+, = ). &( 3 E Z[ = −). &( 3E
b=^U= -57.200 kJ/mol ]=^U 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
Calor de reacción para 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2O destilada.
4=! cd) = 0.025 27 × 1.00
∆ = −(. ( 3 - = !. (( U (! E/3 2/01 = ( K
Z[ = −!. & 3E ]=^U = −!. & 3E/ 0.025 28
Reemplazando estos valores en la ecuación 2 se obtiene que:
= −102.8 LN/28
]=^U para 50 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
2.00.10 N N −+, = . H−0.01LI + X4.184 Y . 50J . H−0.01LI L J. L
Z[ = − . & 3E
−+, = H−2 NI + H −2.1 NI −+, = −). U (Q 3 E Z[ = ). U (Q 3E
]=^U = − . & 3E/ 0.025 28
= −134.8 LN/28
]=^U para 75 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2SO4 1.00M.
Calor de reacción para 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL AcOH 1.00M.
Z[ = −). &( 3E
∆ = . )& 3 - = !. (( U (! E/3 2/01 = ( K
]=^U = −). &( 3E / 0.025 28
= −188 LN/28
]=^U para 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL H2O destilada.
Reemplazando estos valores en la ecuación 2 se obtiene que:
4=! d = 0.025 27 × 1.00
2.00.10 N N −+, = . 5.47L + X4.184 Y . 50J . 5.47L J. L L
28 = 0.025 28 Ge =! d 7
Z[ = 4.1.10Q* 3E
−+, = 1094N + 1144 N −+, = !. !)3 E Z[ = −!. !) 3E
]=^U = 4.1.10Q* / 0.025 28
= 0.164 LN/28
]=^U 25 mL de NaOH 1.00M y 25 mL AcOH 1.00M.
Entalpías molares
Z[ = −!. !) 3E
25 mL de HCl + 25 mL de NaOH
]=^U = −2.24 aN / 0.025 28
Z[ \ ]= = ]=^U × `=><
= −89.6 LN/28
como las sustancias se encuentran diluidas siendo ácido y base fuerte sus iones se encuentran completamente disociados, debido a esto en la formación de los reactantes los iones siguen disociados por lo cual se tiene en cuenta sólo la formación de enlace del agua por tanto se debe
]=^U = Z[ /`=>< 4560 = 0.025 7 . 1.00
28 = 0.025 28 Ge =! cd) 7
28 = 0.025 28 7
]=^U = −1.430 aN/ 0.025 28
4
encontrar cuántas moles de agua se produce en cada mezcla.
` ijcd)
=
Reacciones +
=
+
(. (! :;< mn ij;= ! :;< ijd= = ! :;< ` :;<
Forma iónica h HfgI
+
Q HfgI
+
h HfgI
+ H
`=>< = (. (!
IQHfgI →
h HfgI
+
Q HfgI
`=! d =
+
`ijd= = (. (!
! :;< ijd= (. ( ( :;< ijd= = :;< # $ ` l;< mn # $
!ijd= + =! cd) → ij! cd) + !=! d
# $ × 0.050 ijd= = (. (! ! :;< # $
! :;< ijd= ` :;< ijd= = :;< # $ (. (! l;< mn #
Q Q! + !Hd=IQ Hj I + !=Hj I + HcdI)Hj I h Q! → !ijHj I + HcdI)Hj I + !=! d
`ijd= = (. (!
`ijd= =
k `=! cd) = (. (!
# $ × 0.025 ijd= ! :;< # $ = (. ( ! #
$
#
$
= (. (
! :;< mn ijd= (. ( ( :;< mn ijd= = :;< mn ijcd) ` :;< mn ijcd)
:;<
! :;< ijd= × (. (! :;< = :;< # $
! :;< ijd= × (. (! :;< :;< # $
$
En este caso el =! cd) reacciona completamente porque tenemos 0.05 moles de NaOH
! :;< ijd= (. (! :;< ijd= = :;< # $ ` l;< mn # $
`ijd=
:;<
`=! cd) =
Forma iónica
`=! cd) =
× (. (! :;< mn ijd= ! :;< mn ijd= = (. (!
`ijd= = (. ( ( k `=! cd) = (. (!
25 mL de NaOH y 25 mL de =! cd)
I
! :;< mn
50 mL de NaOh y 25 mL de =! cd)
Como la proporción es de 1:1 se tiene que 0.025 moles de NaOH reacciona con 0.025 moles de HCl produciendo 0.025 moles de NaCl y 0.025 moles de
!ijh Hj
:;< mn ijcd) × (. (! :;< mn ijd= ! :;< mn ijd= = (. ( !
` ijcd)
=
:;< mn ijcd) × (. ( ( :;< mn ijd= ! :;< mn ijd= = (. (!
! :;< ijd= (. ( ( :;< mn ij;= = ! :;< ` :;<
= (. (
`=! d =
El reactivo limitante es el NaOH se tiene que por cada 0.025 moles de NaOH reacciona 0.0125 moles de # $ hay resultante de # $ 0.025 - 0.0125 = 0.0125 mol que no reaccionan
! :;< mn
× (. ( ( :;< mn ijd= ! :;< mn ijd= = (. ( (
75 mL de NaOH y 25 mL de =! cd)
! :;< mn ijd= (. (! :;< mn ijd= = :;< mn ijcd) ` :;< mn ijcd)
`ijd= = (. (&
5
k `=! cd) = (. (!
Esto significa que 1 g NaOH esta diluido en 49 mL de agua lo cual significa que su concentración es menor
! :;< ijd= (. (& :;< ijd= = :;< # $ ` l;< mn # $ :;<
`=! cd) =
# $ × 0.075 28 ijd= = (. ( & ! :;< # $
` :;< ijd= ! :;< ijd= = :;< # $ (. (! l;< mn # `ijd= =
! :;< ijd= × (. (! :;< :;< # $
#
$
25 mL de AcOH con 25 mL NaOH
$
= (. (
25 mL de =! d con 25 mL de NaOH
1 28 1 28
Peso atómico NaOH = 22.99 +16.00 +1.008 = 39.998 g
0.025 28 eo Ge 0.025 28 eo Ge
*
para la determinación de la entalpía de la reacción cuando se realiza el proceso de neutralización entre ácidos y bases obtenemos una sal y agua, en el caso de los ácidos y bases fuertes como estos tienen sus iones totalmente disociados en los reactantes como en los productos〖^1〗, ya que los reactantes se encuentran en forma diluida con una concentración molar para este laboratorio de 1.00 M, para la ecuación iónica de los productos solo se tiene en cuenta la energía de formación del agua, entre más moléculas de agua se formen mayor será el valor de la entalpía de reacción, pero esto no sucede cuando se reacciona un ácido o una base débil ya que estas no se disocian completamente por lo cual liberan una menor
. "K :;< mn ijd= K mn ijd=
(. (! :;
Peso de la solución NaOH = 25 g 25 g - 1 g =24 g =! d
+ 25 mL
4tfr5 = 0.025 28 eo
Para la obtención de la capacidad calorífica del calorímetro se procedió a realizar la reacción de neutralización entre dos sustancias HCl (ácido) y NaOH (base), el cual se tiene el valor de la entalpía conocido y el número de moles, con lo cual nos ayuda a determinar cuál es la cantidad de energía que absorbe el calorímetro en una reacción en donde se debe tenerse en cuenta para obtener la capacidad calorífica de las reacciones que se realizará posteriormente,
Esto significa que por cada 25 mL de agua hay 0.025 moles de NaOH
24 mL
=
+
2. DISCUSION DE RESULTADOS.
1 28 25 27 × = 0.025 28 eo 100027 1 28
F5q r =
*
*
Como la proporción es de 1:1 todos los productos reaccionan de igual forma como la relación de los reactantes con los productos es de 1:1 entonces se forman 4tf65u 6rr = 0.025 45q r \ 0.025
En este caso como el hidróxido de sodio ya se encuentra diluido, al agregarle agua se disminuye la concentración.
=
→
4sgr5 = 0.025 28 eo
El reactivo limitante es en este caso es el # $ puesto que hay 0.025 moles, por lo cual hay un exceso de NaOH de 0.075 - 0.050 = 0.025 moles NaOH, los productos en el caso anterior es la misma cantidad ` ijcd) = (. (! `=! d = (. ( (
×
+
*
24 J = 24 27 1 J/27 = 49 mL
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ácido débil lo cual significa que sus protones de hidrógeno no están completamente disociados, por tanto se espera una formación de moles de agua menor, en contraste con los ácidos fuertes, en este caso no solo se tiene en cuenta la entalpía de formación del agua sino que además como ocurre la ionización de los solutos débiles, se debe tener en cuenta las entalpías de ionización y del agua.
cantidad de H^(+ ) para los ácidos y 〖(OH)〗^para las bases. en la reacción de 25 mL H_2 〖SO〗_(4 ) + 25 mL 2NaOH tenemos que hay un exceso de ácido sulfúrico por lo cual se producen 0.025 moles de agua esto explica porque el pH de la solución es ácido, en el caso de la reacción de 50 mL de 2NaOH + 25 mL de H_2 〖SO〗_(4 ), el ácido reacciona completamente lo que resulta que se formen más moléculas de agua así aumenta el valor de la entalpía, como tenemos una sal ácido el pH que se obtuvo también fue ácido, para el caso de los 75 mL de NaOH y 25 mL de H_2 〖SO〗_(4 )se esperaría que como en este caso el reactante limitante es el H_2 〖SO〗_(4 )y al igual que en la reacción anterior reacciona completamente produce la misma cantidad de agua teniendo un exceso de NaOH por lo cual se obtuvo en este caso un pH básico, como se tiene la misma cantidad de moléculas de agua formadas debería tenerse que su entalpía sea igual que en los 50 mL de NaOH pero según los datos de laboratorio se obtuvo que en los 75 mL de NaOH incrementó su entalpía a partir de esto podemos concluir que existió un error de laboratorio ya sea que nos hayamos demorado en la toma de los valores de temperatura, sin embargo las líneas de tendencia muestran que la máxima temperatura de la reacción con 50 mL de NaOH es menor que en los 75 mL de NaOH, otra explicación sería que en la reacción con 50 mL de NaOH no se agito bien el calorímetro resultando que algunos iones no reaccionarán.
3. PREGUNTAS. 1. ¿Por qué un intervalo en grados Celsius corresponde a un intervalo en kelvin? La magnitud de un grado Celsius es equivalente a la magnitud de un Kelvin; en otras palabras, una diferencia de temperaturas tiene el mismo valor numérico expresado en grados Celsius que en Kelvin:
Preguntas preliminares 1 ¿Por qué el termómetro debe estar limpio y seco antes de ser sumergido en las soluciones? El termómetro debe estar limpio y seco antes de ser sumergido en las soluciones ya que utilizamos el mismo termómetro para la toma de las temperaturas de las dos sustancias, para mejor exactitud, puesto que si se tomaban termómetros diferentes puede existir una variación en la calibración de cada termómetro, por ende este estaba en contacto con las dos sustancias, sino lavamos el termómetro podría ocurrir que se mezclan las sustancias ocurriendo una reacción que liberaría calor modificando los valores del calor de cada sustancia.
para el caso de la mezcla de 25 mL H_2 O + 25 mL NaOH esto es una disolución ya que el NaOH ya lo teníamos diluido en 1.00 M por lo cual al añadir el agua lo que ocurre es que se disminuye la concentración de NaOH, según los datos obtenidos de las temperaturas no se obtuvo un incremento de la temperatura, los valores obtenidos se puede considerar que son debidos a un cambio en la temperatura ambiente ya que solo se diferencia entre 0.1 °C.
2 ¿Podría usted determinar si una reacción es exotérmica o endotérmica con solo conocer el valor de ΔH? Explique. Si se puede conocer si es una reacción exotérmica o endotérmica debido a que el valor de ΔH cuando es negativo significa que el valor del valor de la temperatura después de la reacción es mayor que el valor de cada sustancia antes de mezclarse
En la reacción de 25 mL de AcOH + 25 mL de NaOH resultó menor que las reacciones con los otros ácidos esto se debe a que el ácido acético es un
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por lo cual nos dice que se está formando una sustancia y libera energía, si ΔH nos resulta con un valor positivo significa que la temperatura cuando las dos sustancias se mezclan es menor que la temperatura de cada sustancia por separado lo cual significa que el sistema adquiere energía del exterior para romper los enlaces. Aunque se debe tener en cuenta que para algunas sustancias que para mantener su estabilidad pueden adquirir energía en la formación de productos como liberar energía cuando estos rompen sus enlaces. 3. Compare las entalpías molares de neutralización para los ácidos clorhídrico, sulfúrico y acético. ¿Tiene que ver el tipo de ácido utilizado con el calor molar de neutralización?
formación el calor que desprende el sistema es inmediato, más exactamente en los ácidos fuertes el cual en el tiempo en el que se agrega el ácido en cuestión de segundos determinamos a través del termómetro el incremento de la temperatura, donde llegaba a un punto máximo y empezaba a descender, por lo cual si nos demoramos en mezclar 4 min las sustancias en todo este lapso de tiempo el sistema estará liberando energía porque el ácido se va añadiendo lentamente a su vez el sistema va descendiendo su temperatura por la formación de los productos que ya se reaccionaron esto significa una modificación en los cálculos de la entalpía de reacción. d. La solución reaccionante no fue agitada antes de tomar las lecturas de temperaturas.
Para cada reacción química se tiene que el sistema absorbe o libera energía, cuando hay un rompimiento de enlaces las moléculas adquieren energía de sus alrededores para emplearla en el rompimiento de sus enlaces, que pueden ser iónicos, covalentes, fuerzas de dispersión, así una molécula puede requerir de mucha energía para romper dichos enlaces, de igual manera cuando hay una formación de sustancias los átomos liberan energía para que su energía potencial sea menor. Para el cálculo de las entalpías de cada reacción se obtuvo que para el ácido sulfúrico fue mayor esto se debe a que el ácido sulfúrico es un ácido fuerte además contiene 2 iones H^+ lo cual le permite formas más moléculas de agua, en el caso del ácido acético tiene más hidrógeno pero como es un ácido débil sus hidrógenos no están completamente disociados, con lo cual se tiene que si influye el tipo de ácido que se utilice.
Cuando mezclamos las sustancias, los iones van formando nuevas moléculas con otros iones que se encuentran a su alrededor, sino agitamos puede ocasionar que haya iones sin reaccionar por lo cual la formación de los productos no sería completa, así, esto afectaría en los cálculos de las entalpías de reacción y en sí de todo el proceso puesto que el calor liberado sería menor.
4. BIBLIOGRAFÍA. 1. http://www.uia.mx/campus/publicaciones/qu imanal/pdf/5reaccionesneutralizacion.pdf 2. http://www.geocities.ws/todolostrabajossallo /fico2.pdf
3. Guía de laboratorio. Prácticas de laboratorio de química, universidad del valle facultad de ciencias departamento de química.2014
3.5 ¿Explique en qué forma afectan el valor de ΔH los siguientes errores experimentales: Cuando se transfiere el termómetro, sin lavar de la solución del ácido a la base el recipiente del calorímetro estaba húmedo cuando se transfirió el ácido si el recipiente estaba húmedo lo que afecta es que esto significa que c. El tiempo que se tardó en mezclar el ácido y la base fue en su totalidad 4 min en la reacción de
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