informe 2 físico química unmsm termoquimica

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS FACULTAD DE QUÍMICA, INGENIERÍA QUÍMICA E  INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

Laboratorio de fsicoquímica i Practica ! "  #ERMO$U%MICA Profesor:  Alumno: Fecha de la práctica: 19 de abril del 2017 Fecha de entrega del informe: 26 de abril de 2017

TA!A TA !A "# $%&T#&'"%

(esumen))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))* '&T(%$+$$'%&))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))), %-#T'.%/))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))) PA(T# T#%('$A)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))6 "#TA!!#/ #P#('#&TA!#/))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))9 TA!A "# "AT%/)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))10 $A!$+!%/))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))12 $%&$!+/'%&#/)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))1 (#$%#&"A$'%&#/))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))1 ibliograf3a)))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))))16

Resume #l ob4eti5o de la práctica fue determinar el cambio trmico ue acompa8a a las reacciones u3micas as3 como tambin la capacidad calrica del sistema aislado) /e tu5o en cuenta los siguientes parámetros: Presin;76 mm !a termou3mica es una rama de la fisicou3mica el cual determina la cantidad de calor adsorbida o liberada en una transformacin f3sica o u3mica )#sto dependerá de la naturale?a condicin f3sica @ cantidad de reactantes) #n primer lugar se determin la capacidad calor3fica de un calor3metro ue consta en tomar temperaturas de cierta cantidad de agua me?clándose con otro de igual cantidad pero de distinta temperatura @ con ello calculamos una capacidad calor3fica eperimental) !uego se hall el calor de neutrali?acinB en donde reaccionan un ácido fuerte con una base fuerte en este caso ácido clorh3drico e hidrido de sodio respecti5amente para e5aluar su concentracin mediante la 5aloracin de la base con biftalato de potasio @ del ácido con la base luego se e5alu la cantidad de 5olCmenes para la neutrali?acin posteriormente colocamos la base @ el ácido en el termo @ determinamos la temperatura de neutrali?acin) Finalmente determinamos el calor de reaccin del sulfato de cobre @ ?inc metálico)

IN#ROCUCCION #n el presente informe nos a5ocaremos al estudio de una parte de la termou3mica) la cual determina la cantidad de calor absorbida o liberada en una reaccin u3mica) Para un estudio a ni5el industrial es de 5ital importancia el conocimiento del cambio trmico en las reacciones u3micas empleadas en la produccin de productos en especial el de alimentos @a ue estos tienen informacin calor3fica ue es mu@ importante a la hora de etiuetarlos) +no de sus usos tambin puede ser aplicando la energ3a solar estos almacenados pueden ser usados para producir cemento o incluso hidrgeno además la produccin de metales @ sustratos cerámicos se reali?an mediante procesos electrol3ticos @ trmicos eh au3 la importancia de la energ3a solar) Por esta ra?n es de 5ital importancia un correcto estudio de la termou3mica en este caso 5amos a estudiar de forma espec3fica la capacidad calor3fica de un calor3metro @ el calor de neutrali?acin de una reaccin de ácido base)

O&'E#IVOS %bser5ar la transferencia de calor entre dos cuerpos mediante la eperimentacin) +sando el termmetro) "eterminar emp3ricamente la capacidad calor3fica de un sistema aplicando el balance de calor) $uanti?ar el calor de neutrali?acin en el laboratorio) +sando un ácido @ una base @ por supuesto el sistema en s3)

PAR#E #EORICA Definición:

!a termou3mica hace referencia al estudio de las transferencias energticas aplicado a las reacciones u3micas) #sta es una ciencia ue se aplica al estudio de los cambios u3micos) !e@es fundamentales de las reacciones u3micasB conser5acin de la masa @ de la energ3a: #ste estudio energtico de los cambios u3micos es fundamental para tener  una 5isin completa de las reacciones u3micas @a ue estas obedecen a dos le@es fundamentales: !a !e@ de $onser5acin de la #nerg3a ue constitu@e el Primer Principio de la Termodinámica en su formulacin más simple ue es ue Dla energ3a ni se crea ni se destru@e slo se transformaE) Definición de sistema termodinámico y de entorno:

.emos ue han surgido dos conceptos el de sistema @ entorno ue surgen de la necesidad de delimitar el ob4eto de estudio para poder estudiar los cambios de energ3a asociados a una reaccin u3mica) #l /'/T#A es la parte del +ni5erso ue se a3sla del resto para obser5arlo en nuestro caso por e4emplo un recipiente en el ue tiene lugar una reaccin u3mica o un proceso f3sico relacionado con una sustancia como una disolucin una fusin una 5apori?acinB el #&T%(&% es todo lo ue rodea al sistema pudiendo estar  relacionado con el mismo o no estarlo) Tipos de sistemas termodinámicos:

!os sistemas termodinámicos se clasifican en sistemas abiertos cerrados o aislados segCn su capacidad para intercambiar materia @ energ3a con el entorno) As3: Sistema abierto: puede intercambiar con el entorno tanto materia como energ3a generalmente en forma de calor) Por e4emplo la combustin de madera al aire libre o una reaccin u3mica en un 5aso de laboratorio abierto ue permite tanto el paso de calor a tra5s de las paredes del recipiente Gse dice ue el recipiente tiene paredes diatrmicasH como desprendimiento de gases) Sistema cerrado: puede intercambiar energ3a con el entorno pero no materia) Por e4emplo un recipiente cerrado de 5idrio en el ue se lle5a a cabo una reaccin u3mica ue desprende calor) !os gases formados no pueden abandonar dicho recipiente porue está cerrado con un tapn pero el calor s3 ue puede desprenderse porue las paredes de 5idrio son diatrmicas) /i tocamos el recipiente con las manos lo notaremos caliente) Sistema asiado: no es posible el intercambio ni de materia ni de energ3a) Por  e4emplo lo ue se conoce colouialmente como un termo ue tcnicamente es

un 5aso "eIar @ ue se usa para lle5ar infusiones o caf @ ue se mantengan calientes más tiempo es en teor3a un sistema aislado ue no permite ni el paso de materia ni de energ3a) &o obstante los sistemas aislados son tericos en la práctica siempre ha@ cierto intercambio le5e de energ3a @ al final el caf se acaba enfriando)

Tipos de Variables termodinámicas: extensivas e intensivas

!as 5ariables termodinámicas se clasifican en dos tipos atendiendo a su dependencia o independencia con la cantidad total de materia presente en el sistema) As3 tenemos:

#l intercambio de calor entre un sistema @ su entorno se produce como consecuencia de una diferencia de temperatura /iempre se produce un flu4o de calor desde el elemento de ma@or temperatura al de menor temperatura) #n concreto la transferencia de calor J ue eperimenta un sistema formado por  una sustancia pura depende de: !a 5ariacin de temperatura ue eperimenta KT !a masa de la sustancia m !a naturale?a de la sustancia) "e dicha naturale?a dependen dos parámetros ue 5amos a definir a continuacin la capacidad calor3fica espec3fica @ la capacidad calor3fica molar) Capacidad calorífica específica o calor específico de una sustancia:

!a capacidad calor3fica c o calor espec3fico es la energ3a calor3fica necesaria para aumentar 1L$ o 1M Gsi hablamos de incrementos es lo mismoH la temperatura de 1Ng de masa de una sustancia a una presin de 101* hPa #n el /' se epresa en -ONgM @ es una propiedad caracter3stica de las sustancias) #sto significa ue para ue un Ng de agua aumente 1L$ su temperatura a presin normal se han de suministrar ,1Q0 - de energ3a calor3fica) #n general conociendo la masa de sustancia m la 5ariacin de temperatura ue eperimenta KT @ su capacidad calor3fica espec3fica se puede calcular la energ3a calor3fica intercambiada o transferencia de calor J segCn la frmula: Q =m . C . ∆ T  

"onde: m ; masa de la sustancia c ; capacidad calor3fica espec3fica KT ; Tf R Ti Gtemperatura final menos temperatura inicial del sistemaH Calores de reacción:

Para simplificar el estudio di5idimos los calores in5olucrados en las reacciones u3micas GK
por la reaccin de estos compuestos se encuentran prácticamente 100> ioni?ados o disociados en soluciones acuosas l3uidas) E!ta"#a) est%!dar de diso&ci'!: /e denomina entalp3a padrn de disolucin a la 5ariacin de entalp3a GK<0H in5olucrada en la disolucin de 1 mol de determinada sustancia en una cantidad de agua suficiente para ue la solucin obtenida sea diluida)

DE#ALLES E(PERIMEN#ALES ateriales S1 Termo G$alor3metroH S1Termometro elctrico S1 ureta S1 Probetas de 100 @ 20ml S1 .asos precipitado S1 Pipeta (eacti5os Siftalato de potasio S
Primero se pes  gramos de sulfato de sobre @ *)2 gramos de Uinc metálico con la a@uda de una balan?a electrnica luego se coloc 29 m! de agua destilada en el termo @ se le agrego los  gramos de sulfato de cobre @a pesado se agito contantemente durante unos  min aproimadamente) Finalmente se midi al temperatura inicial de la solucin de sulfato de cobre @ se le agrego el Uinc metálico para ue reaccione @ midamos el cambio de temperatura ue ocasionaba la reaccin)

 #A&LA DE DA#OS

Tabla &=1: $ondiciones de laboratorio PresionGmm
TemperaturaG=$H 2

>
Tabla &=2: "atos tericos) $alor especifico del aguaGcalOg=$H 1)0

$alor de neutrali?acinGMcal mol <2%H 1*)*6

Tabla &=*: "atos de las temperaturas iniciales del agua) Temperatura de agua fr3aGTfH 2*)9

Temperatura de agua heladaGTcH 10

Tabla &=,: "atos obtenidos al me?clar el agua fr3a @ helada) TiempoGsegundosH 0  10 1 20 2

TemperaturaG=$H 22)* 19)9 1Q)* 17)9 17)6 17)*

Tabla &= : "atos obtenidos de la correccin de la normalidad del hidrido de sodio G&a%
.olumen gastado de &a%< Gm!H 

'ndicador

.ira4e

&ormalida d

Fenolftale3na

'ncoloroS grosella

0)19

Tabla &=6: "atos obtenidos en la correccin de la normalidad el cido clorh3drico G<$!H) .olumen gastado de <$! Gm!H *

.olumen gastado de &a%< Gm!H 12)

'ndicador

.ira4e

&ormalida d

Fenolftale3na

'ncoloroS grosella

0)Q1

Tabla &=7: "atos iniciales de la temperatura los reacti5os antes de reaccionar) Temperatura &a%< G=$H 2)

Temperatura <$! G=$H 26)2

Tabla &=Q: "atos obtenidos de la reaccin de neutrali?acin TiempoGsegundosH 0  10 1 20 2 *0 *

TemperaturaG=$H 26) 26)Q 27)* 27)7 27)9 2Q)1 2Q), 2Q)Q

Tabla &=9: "atos obtenido de la reaccin de /ulfato de cobre @ Uinc metálico Uinc metálico GgH *)2

/ulfato de cobreGgHOagua destilada Gm!H  O 29

Temperatura inicial de la solucin de sulfato de sobreG=$H 2,)7

Tabla &=10: "atos obtenidos de la reaccin de sulfato de cobre @ Uinc GTiempo @ TemperaturaH) TiempoGsegundosH 0  10 1 20 2 *0 *

TemperaturaG=$H 2) 2)Q 26)* 26) 26)9 27)* 27) 27)Q

CALCULOS 1) $apacidad calor3fica del calor3metro m.Ce ( Te−Th )=C ' ( Tf − Te)

$e: $alor especifico del agua m: asa del agua Te: Temperatura del euilibrio Th: Temperatura del agua helada $V: $apacidad calor3fica del sistema Tf: Temperatura del agua fr3a $: $apacidad calor3fica de todo el sistema

(

0.9985 cal 17.3

−10 )∗150 g

g ° C 

=C ' ( 23.9−17.3 )

' 

C =165.66 ' 

C =C  + mCe C =315.43 cal / ° C 

2) "eterminacin del calor de neutrali?acin entre el hidrido de sodio @ ácido clorh3drico) 2)1 "eterminacin del calor de neutrali?acin entre el hidrido de sodio @ ácido clorh3drico) $orreccin de la normalidad del &a%< @ <$!

¿ Eq− g =¿ Eq− g  N =

 N =

 

Masa ( biftalato )

( Peso− eq ) bift ∗V  ( NaOH ) 0.29

g −3

204.22 g∗5∗10

 L

 N  ( NaOH  )=0.195

.1: .olumen de &a%< gastado en 5alori?ar  .2: .olumen de <$! gastado en 5alori?ar  &1: &ormalidad &a%< &2: &ormalidad de <$!  N 1∗V  1 ( NaOH ) = N 2∗V  2 ( NaOH )

∗

0.195 12.5 mL

= N  2∗3 mL

 N  2 ( HCL)= 0.81

T2: Temperatura de euilibrio T1: Promedio de las temperaturas del ácido @ la base) n: &umero de moles del ácido o base ue inter5iene en la reaccin) n = N ∗V   N  ( NaOH  )=0.195∗241.8 x 10

−3

 N  ( NaOH  )=0.047

$alculo del 5olumen necesario para la neutrali?acin G&a%< @ <$!H .a: .olumen necesario de &a%< para la neutrali?acin) .b: .olumen necesario de <$! para la neutrali?acin)

Va + Vb=300 mL

∗Va=0.81∗Vb

0.195

"el sistema de ecuaciones: Va=241.8 mL ≅ 240 mL Vb=58.2 mL ≅ 60 mL

2)2 $alor de neutrali?acin Q =C ( T 2 −T 1)/ n

Q =315.43

 cal∗( 28.8 −25.85 ) ° C  ° C ∗0.047

Q =19.73 cal

*)0 $alor de reaccin de sulfato de cobre con ?inc metálico) Q =Ct ( T  4 − T 3 ) / M  Ct =C + Cm

T,: Temperatura del sistema final T*: Temperatura de la solucin de sulfato de cobre $t: $apacidad calor3fica inclu@endo el metal : W&umero de moles de sulfato de cobre o ?inc metálico $m: $apacidad calor3fica del Uinc @ $obre metálico 6calOmol

Ct =315.43

 cal 6 cal + ° C ∗0.05 mol °C  mol

Ct =315.73 cal / ° C 

(

Q =(

315.73

)

 cal ∗( 24.7−27.8 ) ° C )/ 0.02 °C 

Q =−48.93 cal

 Análisis de resultados: Porcenta4e de error:

|

 E!!o! =

|

Valo! teo!ico −Valo! ex"e!imental ∗100 Valo! teo!ico

X$álculo del porcenta4e de error en el calor de neutrali?acin del <$! @ &a%<) .alor terico: 1*)*6 NcalOmol

|

 E!!o! =

13.36

|∗

− 12.24

13.36

100

 E!!o! =8.38

CONCLUSIONES "e las eperiencias traba4adas se puede determinar el calor de reaccin @ neutrali?acin pero los resultaos no son eactos @a ue ha@ un gran margen de error al calcular) #so se debe a ue no se traba4ado con los instrumentos adecuados para la eperiencia @a ue el termo tenia agu4eros por los ue se escapaba el car @ además del termmetro digital ue se apagaba @ prend3a cada rato) !a 5ariacin de temperatura de las reacciones determina el calor liberado o absorbido durante la reaccin @ con este dato se puede comprar con diferentes tipos de reacciones de cuanto fue la energ3a necesaria para formar o separar  compuestos u3micos)

RECOMENDACIONES

/e recomienda traba4ar con mucho cuidado @ tapar rápidamente los huecos del termo Gcalor3metroH @a ue si no se hace correctamente el > de error del sistema será grande @a ue por auellos huecos se escapa el calor o absorbe calor ue per4udica a la eperiencia) /e recomienda pesar bien los reacti5os @ tarar la balan?a @a ue si se traba4a esteuiometricamente se debe ser lo más eactos posibles en las pesadas @ las medidas de los l3uidos con los ue traba4amos)

&ib)io*ra+ía P)Y) AtNins Ju3mica F3sica QZ #d) arcelona #d) %mega 2006) [)Y) $astellan Fisicou3mica *Z #d) 'beroamericana 2000) /) <) aron Fundamentos de fisicou3mica eico #d) !imusa 2001