UNIVESIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA Y METALURGIA Departamento Académico de Ingeniería Química ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
Laboratorio de Química “B”
ASIGNATURA: QU-142 QUÍMICA II PRÁCTICA N° 6 TERMOQUÍMICA (CALORES DE REACCIÓN) PROFESOR DE TEORIA: Ing. VARGAS CAMARENA, Mauro PROFESOR DE PRÁCTICA:Ing. VARGAS CAMARENA, Mauro ALUMNO:
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DIA DE PRÁCTICAS : MartesHORA: 7-10am
MESA: C
FECHA DE EJECUCIÓN: 19 de JunioFECHA DE ENTREGA: 26 de Junio
AYACUCHO – PERÚ PERÚ 2012
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH TERMOQUÍMICA (CALORES DE REACCIÓN)
I.
OBJETIVOS:
Proponer la solución de problemas relacionados con los cambiosenergéticos de las reacciones químicas, con errores mínimos.
Evaluar cualitativamente el calor desprendido o absorbido de una reacciónquímica, haciendo uso de un calorímetro simple y aplicando la Ley de Hess.
Determinación experimental de∆H asociada a la neutralización entre un ácido
fuerte yuna base fuerte. Obtención del calor de disolución de un sólido iónico.
II.
REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA
La Termoquímicase encarga de estudiar las características de una reacción química, con respecto al requerimiento o liberación energética implicada en la realización de los cambios estructurales correspondientes. Si la energía química de los reaccionantes es mayor que la de los productos se produce una liberación de calor durante el desarrollo de la reacción, en caso contrario se necesita una adición de calor. Esto hace que las reacciones se clasifiquen en exotérmicaso endotérmicassegún que liberen o requieran calor. La reacción entre hidróxido de sodio y ácido clorhídrico es altamente exotérmica, mientras que la reacción de formación de óxido de magnesio a partir de oxígeno y magnesio es endotérmica. Ecuaciones Termoquímicas En termoquímica las reacciones químicas se escriben como ecuaciones donde además de las fórmulas de los componentes se especifica la cantidad de calor implicada a la temperatura de la reacción, y el estado físico de los reactivos y productos mediante símbolos "s" para sólidos, "g" paragases, "l" para líquidos y 2
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH "ac" para fases acuosas. El calor de una reacción, QR, usualmente seexpresa para la reacción en sentido derecho y su signo indica si la reacción es exotérmica o endotérmica, de acuerdo a que si: Reacción exotérmica: QR < 0 Reacción endotérmica: QR > 0 Ley de Hess La Ley de Hess expresa que: "El calor de una reacción es independiente del número de etapas que constituyen su mecanismo y, por lo tanto, depende sólo de los productos (estado final) y reaccionantes (estado inicial)" La ley de Hess aplicada a la reacción global resultante de la suma del conjunto de etapas queexplican su mecanismo, permite calcular el calor de reacción estimandola diferencia entre la suma de los calores totales de formación de los productos y la suma de los calores totales de formación de los reaccionantes, es decir:
III.
MATERIALES, EQUIPOS E INSTRUMENTOS DE LABORATORIO Y REACTIVOS QUÍMICOS UTILIZADOS.
1 balanza de precisión 0.01g
4 lunas de reloj medianas
4 fiolas de 100 mL
8 matraces Erlenmeyer
4 probetas de 100 mL 4 pipetas graduadas de 5 o 10 m L 2 espátulas 4 varillas de vidrio 8 vasos de precipitado de 250 m L 4 termómetros (0 – 100 °C)
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH
REACTVOS QUÍMICOS
IV.
Solución acuosa: H 2SO4 concentrado
Indicador fenolftaleína
Sustancias solidas :
Hidróxido de potasio (KOH)
Nitrato amonio
Ácidoclorhídrico concentrado
PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Evaluación cualitativa del calor de disolución
Primeramente en un tubo de ensayo colocamos aproximadamente 5,0 mL de agua destilada.
Luego medimos la temperatura con un termómetro y anotamos como t 1.
Utilizando una pipeta con embolo, añadimos gota a gota aproximadamente 0,5 m L de ácidosulfúrico concentrado al tubo de ensayo, observando el cambio de la temperatura y anotamos como t 2.
Luego en otro tubo de ensayo, vertimos aproximadamente 5,0 m L de agua destilada y medimos la temperatura (t 1) y agregamos una porción de nitrato de amonio sólido.
Luego disolvemos el soluto y medimos la temperatura y anotamos como t 2.
2. Evaluación cuantitativo del calor de reacción 2.2.1. Calor de disolución de KOH solido en agua.
En primer lugar pesamos un matraz Erlenmeyer limpio y seco de 100 mL y anotamos la masa como m m.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH
Luego adicionamos al matraz 50 mL de agua destilada y con el termómetro medimos la temperatura del agua y anotamos como t 2.
Utilizando una luna de reloj pesamos alrededor de 1,0 g de KOH y anotamos la masa exacta.
Agregamos los cristales de KOH al agua contenida en el matraz, agitando y disolviendo el soluto.
Luego medimos la temperatura de la solución. Anotamos el valor máximo de temperatura alcanzado (t2).
Desechamos la solución del matraz, lavemos el matraz y el termómetro.
2.2.2. Calor de reacción (neutralización I) de KOH solido con solucion acuosa de HCl.
Primeramente pesamos un matraz erlenmeyer limpio y seco de 100 m L y anotamos la masa.
Luego vertimos al matraz 50 mL de HCl 0,1 M y con un termómetro medimos la temperatura del agua y anotamos como T1
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH
Utilizando una luna reloj pesamos de 1,0 g de KOH y anotamos la masa exacta.
Agregamos los cristales de KOH al agua contenida en el matraz, agitando y disolviendo el soluto.
Luego medimos la temperatura de la solución. Anotamos el valor máximo de temperatura alcanzado (t2).
Luego adicionamos 1-2 gotas de indicador fenolftaleína a la solución final.
Desechamos la solución del matraz, lavemos el matraz y el termómetro.
2.2.3. Calor de reacción (neutralización II) de soluciones de KOH y HCl.
En primer lugar pesamos un matraz Erlenmeyer limpio y seco de 100 m L y anotamos la masa.
Luego vertimos al matraz 25 mL de HCl 0,1 M y con un termómetro medimos la temperatura del agua y anotamos como T1.
En un vaso de precipitado de 100 m L vertimos 25 m L de KOH 1,0 M y medimos la temperatura del agua anotamos como t1. Precaución asegurando de que ambas soluciones se encuentren aproximadamente a la misma temperatura. 6
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH
Vertimos la solución de KOH 1,0 M contenido en el vaso de precipitado a la solución de HCl 0,5 M.
Agitamos la temperatura y medimos la temperatura de la solución anotamos el valor máximo de temperatura alcanzado (t2)
V.
Adicionamos 1-2 gotas de indicadorfenolftaleína a la solución final.
Desechamos la solución del matraz, lavemos el matraz y el termómetro.
OBSERVACIONES,
DATOS,
RESULTADOS
EXPERIMENTALES
OBTENIDOS, ECUACIONES QUÍMICAS CÁLCULOS Y/O GRÁFICOS (SEGÚN LOS CASOS). 1. Evaluación cualitativa del calor de disolución
Sustancia Temperatura Temperatura
¿Es exotérmica o
Inicial (t1)
final (t2)
Endotérmica la reacción?
H2SO4
18°C
26°C
Exotérmico
NH4NO3
18°C
17°C
Endotérmico
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Observaciones
Libera calor Suministracalor
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH
2. Evaluación cuantitativo del calor de reacción 2.1. Calor de disolución de KOH solido en agua H2O KOH(s) + K+ (ac) + OH-(ac)
∆Hr = x1 KJ/mol
3.2.1. Calor de
3.2.2. Calor de
3.2.2. Calor de
disolución KOH en
neutralización I
neutralización II
agua (∆Hr)
(∆Hr)
(∆Hr)
2°C
6°C
3,5°C
-0,1953 KJ
-0,585 KJ
-0,3418 KJ
-0,4267 KJ
-1,2803 KJ
-0,7432 KJ
Calor total absorbido ( ∆Hr, Kj)
-0,6221 KJ
-1,8663 KJ
-1,0886 KJ
№de moles de KOH usado en
0,017 mol
0,017 mol
1,33 mol
2,77 mol
2,77 mol
1,33 mol
Experimentos
Cambio de temperatura (∆t= t2 – t1)
Calor absorbido por el matraz ∆Hr = -Q = mm x cp.(m) x ∆t (kJ)
Calor
absorbido
por
la
solución∆Hr = -Q = ms x cp.(s) x ∆t (kJ)
lareacción №de moles deagua por de
soluto (KOH o HCl) Cantidad
total
de
calor
transferido por mol de KOH Porcentaje de error (% ᵹ) mm=116, 72 g T1= 18°C 8
PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH T2= 20°C mKOH= 1,0 g
Qr= -(qm + qsln) ∆Hr= - (116,72 g x 0,8368 J/g °C X 2°C + 51 g x 4,184 J/g °C x 2°C) ∆Hr= -622,210 J ∆Hr= -0, 6221 kJ
-q = 116, 76 g x 2°C x 0.8368 J/g °C -q = 195,342 J -qsln = 51g x 4.184 J/g °C x 2°C -qsln = 426,768 J qr= - 622, 11 2.2.
Calor de reacción (neutralización I) de KOH solido con solución acuosa
de HCl. KOH(s)+ H+ (ac) + Cl-(ac) T1= 18°C
K+ (ac) + Cl-(ac) + H2O (l)
∆Hr=x2 KJ/mol
T2= 24°C
mKOH= 1,08 g Observación =Observamos que hay exceso de la masa de KOH y por lo cual observamos una coloración de rosado débil. 2.3.
Calor de reacción (neutralización II) de soluciones de KOH y HCl.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH K+ (ac) + OH-(ac) + H+ (ac) T1= 18°C
K+(ac) + Cl-(ac) + H2O (l)
∆Hr=x3 KJ/mol
T2= 21,5°C
TKOH= 18°C
VI.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La operación del pesado debe ser rápida, dado la que el KOH observe la humedad del aire.
Asegurase de que ambas soluciones se encuentren aproximadamente a la misma temperatura.
El cambio de temperatura cuando se mezcla el ácido y la base es grande.
El cambio de temperatura después de la reacción permanece constante osea en equilibrio.
VII.
El calor de neutralización entre una base fuerte y un ácido fuerte siempre serala misma, ya que se consumen al 100%.
CUESTIONARIO 1. En un experimento se mezcla 30,0 g de agua a 280 K con 50,0 g de agua a 330 K. calcular la temperatura final de la mezcla asumiendo que no hay perdida de calor en los alrededores.
mH2O=30,0 g
mH2O=50,0 g
mH2O=80,0 g
t1= 280K
t2= 330K
t3=?
Q= Cem∆t 280 K
T3
330 K
6, 85°C
T
56,85
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH ∑Q ganado= -∑Q perdido
Cp.m∆t= Cp.m∆t
=
30T3-205, 5°C = (80T3-45848°C) -250, 5°C + 4548°C = 50T 3 4342, 5°C =50T3 T3=86, 85°C Perdida de calor al calentar 30TF-205°C= -80TF+4548°C 110TF=4548°C + 205,5°C
TF=
TF=43,2 °C 2. El proceso de Ostwald para la producción comercial de ácidonítrico a partir de amoniaco y oxígeno, consta de los siguientes pasos. 4NH3 (g) + 5O2 (g) →
4NO (g) + 6H2O (g)
2NO (g) + O2 (g)
2NO2 (g)
→
3NO2 (g) + H2O (l) →
2HNO3 (ac) + NO (g)
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH a) Utiliza los valores de ∆H°f de la tabla de magnitudes termodinámicas de sustancias a 25°C para calcular el valor de ∆H° para cada una de las reacciones anteriores. 4NH3 (g) + 5O2 (g)
→
4NO (g) + 6H2O (g)
∆H°r= [4∆H°f (NO;g)+6∆H°f (H2O;g)]-[ 4∆H°f (NH3;g)+5∆H°f (O2;g)] ∆H°r= [4(90,37)+6 (-241,82)]-[4(-46,19)+0] ∆H°r= [ 361,48-1450,92)]+ 184,76 ∆H°r= [-1089,44 + 184,76] ∆H°r= - 904,68 KJ/mol
2NO (g) + O2 (g) →
2NO2 (g)
∆H°r= [2∆H°f (NO2; g)]-[2∆H°f (NO;g)+∆H°f (O2;g)] ∆H°r= [2(33,84)]-[2(90,37)+0] ∆H°r= [67,68]-180,74 ∆H°r= 67,68-180,74 ∆H°r= - 113,06 KJ/mol
3NO2 (g) + H2O (l)
→
2HNO3 (g) + NO (g)
∆H°r= [2∆H°f (HNO3; g)+∆H°f (NO;g)]-[3∆H°f (NO2;g)+∆H°f (H2O;l)] ∆H°r= [2(-206,6)+90,37]-[3(33,84)-285,83] ∆H°r= [-413,2+90,37]-[101,52-285,83] ∆H°r= -322,83+184,31
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH ∆H°r= -138,52KJ/mol
b) Escribe la ecuación de global para la producción de ácido nítrico por el proceso de Ostwald combinado las ecuaciones anteriores. (también se produce agua). ¿Es exotérmica o endotérmica la reacción global?
3. Calcular de ∆H° para la reacción: 2K (S) + 2H2O (l)→ 2KOH (ac) + H2 (g). Un pedazo de potasio de 5,0 g se deja caer en 1,00 kg de agua a 24,0 °C. ¿Cuál es la temperatura final del agua después de que ocurre la reacción anterior? Asume que todo el calor se emplea para aumentar la temperatura del agua. 2K(S) + 2H2O (l)→2KOH (ac) + H2 (g).
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH ∆H°r= [2∆H°f (KOH; ac) +∆H°f (H2; g)]-[2∆H°f (K; s) +2∆H°f (H2O; l)] ∆H°r= [2(-482,4)+0]-[0+2(-285,83)] ∆H°r= [-964,8]-[-571,66] ∆H°r= -964,8+571,66 ∆H°r= -393,14 KJ/mol
mK=5g msoln=1005 g T1=24°C Qr= mg CPs x ∆t +393,14KJ= 1005 g x 4,184 J/g°C
= ∆t
∆t= 93,50 °C ∆t=t2-t1 = t2=∆T+ t1
t2=93.50°C + 24°C t2=117,50°C VIII.
BIBLIOGRAFIA 1. Chang, Raymond. (1998). Química. México: McGraw-Hill. Sexta Edición. 2. BROWN, T. L., H.E. Y BURSTEN, B.E. (1993) .Química la ciencia central.
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PRÁCTICA DE LABORATORIO N°6-QU-142-UNSCH 3. Instituto de ciencias y humanidades; Química, análisis de principios y aplicaciones; 3era ed. Tomo I, lumbreras editores; lima-Perú, 2008. ADUNI.
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