CALOR DE NEUTRALIZACION

I. OBJETIVOS

Determinar el calor de neutralización:

Para un ácido fuerte y una base fuerte Para un ácido débil y una base fuerte

II. FUNDAMENTO TEORICO

CALOR DE NEUTRLIZACION.- La neutralización de soluciones acuosas diluidas de un ácido por medio de una solución acuosa diluida de una base, es un tipo particular de reacción química; es una reacción de neutralización. La neutralización de una solución acuosa de HCl con una solución de NaOH puede ser representado por la siguiente ecuación:

HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)

El calor de reacción ΔH° 25°C puede calcularse a partir de los respectivos calores de formación ΔH°f

ΔH°f NaOH(ac) -112.263 KcalΔH°f HCl(ac) -40.023 KcalΔH°f NaCl(ac) -97.302KcalΔH°f H2O(l) -68.31 Kcal

Según la ecuación ΔH = Hfinal – Hinicial, el calor estándar de reacción para la ecuación será

ΔHº 25°C = [(-97,302) + (-68,317)] - [(-112,236) + (-40,023)] = -13,680 kcal

El calor de neutralización depende de:

La naturaleza química del ácido y base utilizados Sus concentraciones La temperatura

En el caso de los ácidos y bases fuertes muy diluidas, el calor de neutralización puede considerarse independiente de la naturaleza química de los reactivos a que cuando reaccionan, oxidrilos y protones ya se encuentran solvatados. Así la reacción siempre es la misma:

H3O+ + OH- 2H2O

A 25°C y una atmosfera, el calor de esta reacción es de aproximadamente -13.7Kcal/mol

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. Se indican a continuación, algunos valores de calores de neutralización basados en tal procedimiento:

HCl ( ac) + LiOH (ac) ⎯⎯→ Li Cl (ac) + H2O ΔHº 25°C = -13680 Cal

HNO3 (ac) + KOH (ac) ⎯⎯→ KNO3 (ac) + H2O ΔHº25°C = - 13675 Cal

½ H2SO4 (ac) + KOH (ac) ⎯⎯→ ½ K2SO4 (ac) + H2O ΔHº 25°C = - 13673 Cal

Obsérvese que el calor de neutralización de ácidos fuertes con bases fuertes en solución diluida, es prácticamente constante cuando 1 mol de agua se forma en la reacción. La explicación de este hecho reside en que tanto los ácidos como las bases fuertes y sus sales derivadas están completamente disociados en sus respectivos iones cuando se hallan en solución acuosa suficientemente diluída. Desde este punto de vista, una solución diluída de HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solución acuosa; y similarmente, una solución diluida de NaOH consiste en iones Na+ e OH- en solución acuosa. Después de la neutralización, la solución restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. La reacción (3) puede ser interpretada como iónica de la siguiente manera:

Na+ (ac) + OH-

(ac) + H+ (ac) + Cl- (ac) ⎯⎯→ Na + (ac) + Cl- (ac) + H2O (l)

O sea cancelando los términos comunes:

OH- (ac) + H+ (ac) ⎯⎯→ H2O (l) ΔH 25°C = -13680 Cal

En la neutralización de soluciones diluidas de ácidos débiles y bases débiles, el calor desprendido es menor que 13680 cal. Por ejemplo, en la neutralización del ácido acético (CH3COOH) con NaOH, el calor desarrollado es de sólo 13300 cal por mol de agua formado. La diferencia de calor no desarrollado (13680-13300 = 0,380 cal), puede ser interpretada como el calor requerido para completar la disociación del ácido acético en iones H+ y CH3COO- a medida que la reacción de neutralización tiene lugar; Por cada ión H+ proveniente del CH3COOH que se

neutralice con un ión OH-, más CH3COOH se ionizará en H+ y CH3COO- hasta que la neutralización sea completa; esta ionización del CH3COOH, requiere calor, que se obtiene a expensas del calor que se desarrolla en la unión de los iones H+ y OH-.

Para nuestra experiencia podemos utilizar esta fórmula para nuestros cálculos

ΔHneutralización = qabsorbido por el sistema (calorímetro + mezcla)

Puede reescribirse como

ΔH neutralizacion*nA + ΔT⋅[CD⋅m + CC] = 0

Donde nA es el número de moles de ácido, CD y m son el calor específico y la masa

del medio de reacción, respectivamente, y CC es la capacidad calorífica del

calorímetro.

TIPOS DE REACCIONE SEGÚN LA ENTALPIA

a) Reacción endotérmica.- Son aquellas reacciones que absorben calor, lo que significa que la energía de las moléculas de las sustancias resultantes o productos (EP) es mayor que la energía de las moléculas de sustancias reaccionantes (ER)

b) Reacción exotérmica: Son aquellas reacciones donde se libera calor, esto significa que la energía de las moléculas de las sustancias resultantes o productos (EP) es menor que la energía de las moléculas de las sustancias reaccionantes (ER)

III. MATERIALES

Termo Termómetro Cronometro Vaso precipitado

IV. PROCEDIEMIENTO

Disponer del equipo mostrado en la figura. Que es utilizado para medir el calor de neutralización

Disponer en el equipo de 150 mL Na (OH) (1N) dejar que alcance el equilibrio térmico por 3 minutos. Medir y registrar la temperatura. Luego mezclar con ácido de cierto volumen que se tiene que hallar. Agitar suavemente el contenido con el termómetro y medir y anotar.

Lo mismo pasos se hace con:

Na(OH) y CH3COOH Na(OH) y HCl Na(OH) y H2SO4

V. CALCULOS Y RESULTADOS

Hidróxido de sodio y ácido acético

Na Va = Nb Vb

[NaOH] = 1N V = 200mL

[CH3COOH] = 2N V = 100mL

C = 4.1814 J/g°C

Hallando la masa de NaOH

m (NaOH )=1 mol /L ×0.2 L ×40 g /mo l

m (NaOH )=8 g

Hallando la masa de CH ₃ COOH

m (CH ₃COOH )=2mol/ L ×0.1 L× 60 g /mol

m (CH ₃COOH )=12 g

Hallando el calor de neutralización:

∆ ° T inicial=23.2

∆ ° T final=25.3

∆ T=2.1

Q=∆ H=mC ∆ T

∆ H=4.1814Jouleg° C

× (12+8 ) g×2.1 °C

∆ H=175.62 Joule

Hidróxido de sodio y ácido clorhídrico

Na Va = Nb Vb

[NaOH] = 1N V = 100mL

[HCl] = 2M V = 50mL

Hallando la masa de NaOH

m (NaOH )=1 mol /L ×0.1 L ×40 g /mo l

m (NaOH )=4 g

Hallando la masa de HCl

m ( HCl )=1molL

× 0.050 L ×36.5 g/mo l

m ( HCl )=1.825 g

Hallando el calor de neutralización:

∆ ° T inicial=22.5

∆ ° T final=28.6

∆ T=6.1

Q=∆ H=mC ∆ T

∆ H=4.1814jouleg°C

× (4+1.825 ) g × 6.1° C

∆ H=148.58 Joule

10 20 30 40 50 60 70 80 9020

25

30

TIEMPO

TEM

PERA

TURA

Hidróxido de sodio y ácido sulfúrico

Na Va = Nb Vb

[NaOH] = 1N V = 148.5mL

[H2SO4] = 2N V = 75mL

Hallando la masa de NaOH

m (NaOH )=1 mol /L ×0.1485 L × 40 g /mol

m (NaOH )=5.94 g

Hallando la masa de H 2SO4

m ( H ₂ SO ₄ )=2 mol / L× 0.075 L× 98 g /mol

m ( H ₂ SO ₄ )=14.7 g

Hallando el calor de neutralización:

∆ ° T inicial=21.8

∆ ° T final=24.5

∆ T=2.7

Q=∆ H=mC ∆ T

∆ H =4.1814jouleg °C

× (20.64 ) g ×2.7 °C

∆ H=233.02 Joule

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 11023.5

24.5

25.5

26.5

27.5

28.5

29.5

tiempo

tem

pera

tura

VI. CONCLUSIONES

El calor de neutralización de un sistema acido débil-base fuerte depende de la naturaleza del ácido y de la base así como de la temperatura y concentración

La reacción de neutralización de un ácido en una base es reacción exotérmica.

VII. BIBLIOGRAFIA

Atkins, P.W. "Fisicoquímica" Primera edición, Editorial Fondo Educativo Interamericano, México 1985, páginas consultadas 193-196.

Levine, Ira, Fisicoquímica, IV Edición en español (traducida de la IV edición en inglés) Mc-Graw Hill: México 1996

VIII. ANEXOS

Ejercicio: 1

Un calorímetro de latón de 125 gramos que contiene un bloque de hielo de 250 gramos está a -15_C. calcular la cantidad de vapor de agua a 100°C que se necesita añadir para que todo el sistema llegue a la temperatura a 15° C.

Datos:

CP latón= 0.09 Cal/ (gr K). CP hielo = 0.5 cal/ (gr K).

∆Hf = 80 Cal/gr. ∆Hv = 540 Cal/gr. CP agua = 1 cal/ (gr K).

Para que todo el sistema pase de -15 C a 0°C se necesitan:

125 *0,09 *15 + 250 *0,5*15 = 2043,75 calorías

Para que el hielo se funda hacen falta:

250 *80 = 20000 calorías

Y para que le sistema pase a 15°C grados:

125* 0,09* 15 + 250 *1 *15 = 3918,75 calorías

Luego en total: 25962.5 calorías.

Por cada gramo de vapor de agua que pasa de 100°C a 15°C se libera:

540 + 1* 85 = 625 calorías

Luego hacen falta 25962.5/625 = 41.54 gramos de vapor de agua a 100°C.

Ejercicio 2

La combustión de 1.010 gr de sacarosa, C12 H22 O11, en una bomba calorimétrica hace que la temperatura se eleve de 24.92 °C a 28.33 °C. La capacidad calorífica del calorímetro es de 4,90 kJ/K. (a) ¿Cuál es el calor de combustión de la sacarosa, expresado en kJ/mol? (b) Verificar el dato publicitario de los productores del azúcar que indica: una cucharadita de azúcar (aproximadamente 4.8 g) solo contiene 19 calorías. Una caloría en nutrición son realmente 1000 calorías.

C12H22O11 (g) + 12 O2 (g) 12 CO2 (g) + 11 H2O (g)

Calorímetro = C (T2 - T1) = 4,9 kJ/K *3,41 K = 16; 709 kJ

Qreaccion = -Calorímetro = -16,709 kJ

Q negativo luego la reacción es exotérmica

Qcucharada = 16,709 kJ ((4,8 g)/1 g)*4,18 cal/J = 18; 990 kcal.

Ejercicio 3

El calor de neutralización entre un ácido fuerte y una base fuerte

H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

Es -56,23 kJ por mol de H+. Cuando en un calorímetro 0,0250 moles de H+ neutralizan 0,0250 moles de OH, la temperatura aumenta desde 25,000°C a 25,528°C. ¿Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro?

Al ser:

Q= c ∆ Tn∗moles

Dónde:

q = calor de neutralización por mol = 56,23 *103 JT = Elevación de temperatura = 25,528 – 25,000 = 0,528c = capacidad calorífica

El número de moles de H+ u OH es 0,025. Sustituyendo y operando:

C=q∗n ° moles∆ T

= 56,23∗103∗0,0250;528

=2,66∗103 J /°C