Inf. 02 Termoquimica
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UNIVERSIDAD NACIONAL SANTIAGO ANTNEZ DE MAYOLO FACULTAD DE INGENIERA DE MINAS, GEOLOGA Y METALURGIA
INGENIERA DE MINAS
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INFORME DE LABORATORIO N 02 DETERMINACIN DEL CALOR
ESPECFICO DE UN METAL, CALOR DE NEUTRALIZACIN Y CALOR DE
SOLUCIN
I. OBJETIVOS
Determinar el calor especfico de un metal.
Determinar el calor de solucin de cloruro de calcio.
Determinar el calor de neutralizacin del cido clorhdrico e hidrxido.
II. FUNDAMENTO TERICO
Se define capacidad calorfica molar (C) como la cantidad de calor (q), en
caloras, necesaria para aumentar un grado centgrado la temperatura de
una mol de sustancia. Si la masa considerada es un gramo, la capacidad
calorfica se denomina calor especfico. Las unidades respectivas usuales
son: cal.mol-1, cal.g-1.k-1, la ecuacin general se define la capacidad
calorfica es:
C = dq / dT
La capacidad calorfica y el calor especifico de las sustancias pueden
determinarse si el proceso se efecta a volumen o a presin constante,
designndose Cv y Cp respectivamente; sus valores varan en funcin a
la temperatura.
Para las medidas experimentales de la capacidad calorfica es necesario
recordar que el calor ganado debe ser exactamente igual al calor perdido,
por esta razn se debe conocer la capacidad calorfica del recipiente
donde se efecta la medida, puesto que tambin consume calor.
Se denomina calor de reaccin a la cantidad de calor desprendido (en las
reacciones exotrmicas). Y absorbido (en las reacciones endotrmicas),
durante las reacciones qumica son general los cambios calorficos
dependen de la naturaleza qumica de las sustancias que participan en la
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reaccin sea como reactivos o productos. Los otros factores que los
afectan son la concentracin, la temperatura y presin.
Los aparatos que se utilizan para determinar el calor de reaccin
denominan calormetros. El calor de una reaccin se denomina
calormetros. El calor de una reaccin se mide como su cambio de entalpia
(H), ya que se efecta de preferencia a presin constante y su valor
es igual a la diferencia de la suma de las entalpas de formacin de los
productos.
H = Hp - Hr
Por convencin, la entalpa molar de formacin de los elementos es igual
a cero en condiciones estandr de presin (1 atm ) y temperatura (25 C).
El cambio de entalpia de los n moles de una sustancia puede medirse a
volumen constante (U o E) a presin constante (H).
U = qv = n CvT
H = qP = n CpT
En general de acuerdo con la ley de HESS, los cambios de entalpa no
depnde del camino seguido por la reaccin, sino del estado final y del
estado inicial. La variacin del calor o cambio de entalpa (H) de una
reaccin qumica recibe denominaciones diferentes, segn la naturaleza
de la reaccin:
Calor de neutralizacin, calor de ionizacin, calor de combustin, calor de
formacin, calor de hidratacin, calor de precipitacin, etc.
La reaccin de neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte se
reduce a la reaccin siguiente:
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H3O+(ac) + OH- (ac) 2 H2O(I)
III. MATERIALES Y REACTIVOS
- Calormetro adiabtico. - NaOH 1M.
- Termmetro. - HCl 1M.
- Probeta de 100 ml. - Hielo
- Vasos de precipitados de 250 ml. - Agua destilada.
- Esptula. - Cacl2 Solido
- Balanza. - Viruta de magnesio.
- Tubos de ensayo.
- Mechero de bunsen.
IV. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
4.1.- Determinacin de la capacidad calorfica del calormetro.
a) Colocar en el calormetro limpio y seco 50mL de agua destilada a la
temperatura ambiente r egistrarlo como (T1 C)
b) Inmediatamente agregar 50mL de agua helada a una temperatura
aproximada de 8 C, regstralo como (T2 C)
c) Cerrar hermticamente el calormetro con el tapo que lleva incorporado
un termmetro.
d) Agitar el calormetro hasta que la temperatura de la mezcla
permanezca constante y registrar esta temperatura de equilibrio como
(T3C)
e) Teniendo en cuenta que en un sistema adiabtico debe cumplirse:
Q sist =0
Q sist = q cedido + q ganado =0
q agua amb + q cal + q agua helada = 0
Identificar quienes(es) cede(n) calor y quien(es) la absorber(n)
Donde:
q agua = m Ce (Tf Ti)
q cal = C (Tf-Ti)
f) Determinar la capacidad calorfica (C) en J/C o Cal/C.
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4.2.- Determinacin del calor especifico de un metal.
a. En un calormetro limpio y seco colocar 100mL de agua, registre esta
temperatura como (T1C)
b. Pesar 15g del metal: virutas de magnesio en un tubo de ensayo.
c. Introducir el tubo de ensayo en un vaso grande que contiene 2/3 de su
volumen de agua.
d. Calentar el agua hasta que hierva usando el mechero, dejar hervir el
agua por unos 10 a 15 minutos y registrar la temperatura del agua
hirviendo como (T2C)
e. Luego transferir el metal al calormetro rpidamente, con ayuda de las
pinzas.
f. Cerrar el calormetro y agitar la mezcla por unos segundos, hasta que
la temperatura se vuelva constante, registre esta temperatura como
(T3C)
g. Con los datos medidos determinar el calor especifico del metal en
J/g.C o Cal/g.C.
4.3.- Determinacin del calor de neutralizacin del HCl y NaOH
A. En el calormetro limpio y seco colocar 50mL de NaOH 1 M.
B. Por otro lado medir 50mL HCl 1M en una probeta o vaso.
C. Agitar las soluciones hasta que ambas y por separadas adquieran la
misma temperatura inicial, registre esta temperatura como (T1C)
D. Verter rpidamente el cido sobre la base, tapar el calormetro y agitar
continuamente.
E. Anotar la temperatura ms alta observada como (T2C).
F. Considerando que la masa de la solucin es 100g (D=1g/mol) y su calor
especifico (Ce) es 1Cal/g. grado, calcular el calor de la neutralizacin
en KJ o Kcal y el calor molar de neutralizacin en KJ/mol de H2O o
Kcal/mol de H2O.(H o QN)
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Q sist = 0
q sol + q cal + qrx =0
qrx = - (q sol + q cal )
H = QN = qrx
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4.4.- Determinacin del calor de solucin del cloruro de calcio.
A. En el calormetro limpio y seco, colocar 100mL de agua a la
temperatura ambiente, registre esta temperatura como (T1C)
B. Pesar 6 g de CaCl2 slidos y agregarlos rpidamente al calormetro.
C. Cerrar el calormetro y agitar la mezcla por un minuto, registrar la
mxima temperatura alcanzada como (T2C).
D. Con los datos medidos determine el calor de solucin del cloruro de
calcio en KJ o Kcal y el calor de solucin molar en KJ/mol o Kcal/mol.
V. CALCULOS Y RESULTADOS
DETERMINACION DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL
CALORIMETRO
DATOS
Agua al ambiente
V: 100ml = 100g
T1 : 18 C = Tcal
Agua helada
V: 100ml = m = 100g
T2:80C
Tf = T3 = Tmez = 140C
Calcular
qsist = 0
qsist = qagua amb + qagua hel= 0
Si qagua amb = mxCe(Tf Ti)
=100gx1Cal/g 0Cx(14-18)0C
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=-400Cal
Qagua hel = mxCe(Tf - Ti)
=100gx 1Cal/g0C (14 8)0C
=600Cal
REEMPLAZANDO
-400Cal + 600Cal + qcal =0
Qcal= -200Cal .. ecua 1
Qcal = Ccal(Tf Ti)
Ccal (14 -18)0C
Qcal = -4Cal
REEMPLAZANDO EN 1
-4Ccalor = -200Cal
Ccalori = 50Cal/0C
DETERMINACION DEL CALOR ESPECFICO DE UN METAL (Cemet)
DATOS
Agua = 200ml = 200g
T1 = 17.50C = Tcal
Metal: magnesio
mmg= 1.0072g
T2=880C
Tf=T3=Tmez=180C
Se sabe
Qsist=0
Qagua+qmetal+qcal=0 .. ecua 1
Qagua=mxCe(Tf-Ti)
=200gx1cal/g0C (18-17.5)0C
Qcal=Cecal (Tf-Ti)
=50cal/0C (18-17.5)0C
=25cal
Qmet=mxCemat(Tf-TI)
=1.0072g x Cemet(18-88)0C
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Qmet=-70.504 x Cemet
REEMPLAZANDO EN 1
100Ccal + 25cal 70.504xCemet=0
Cemet=1.77cal/g 0C
PARA COMPROBAR
Ley de dulang y petil (solo para metales que tienen mA40)
Cp=Cemet x mA =6.2cal/at-gx0C
mA=6.2/1.77 =3.58g/at-g
Mg=mA=24.3g/at-g
DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE HCl Y
NaOH
NaOH
V=100ml=100g
[NaOH]=0.1M
T1=200C
HCl
V=100ml=100g
{HCl}=0.1M
T1=200C
Mezclar
Tf=T2=Tmez=210C
Ccal=50cal/0C
Considerar la solucin=agua
=1g/ml
Ce=1cal/g0C
Calor de reaccin qumica de neutralizacin
HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(ac) + H2O(l)
H+ + OH- H2O(l)
Qsist=0
Qre + qsol + qcalo =0
Qreac= -(qsol + qcal) ecua. 1
Qneutra.=qreacc /n H2O ..ecua. 2
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M= 100g + 100g = 200g
A) Qsol = qagua = mxCe(Tf Ti)
= 200gx1cal/g0C (21-20)0C
Qcal= 200cal
B) Qcal=Cecal (TF Ti)
Qcal=50cal/ (21-20)
Qcal=50caL
REEMPLAZANDO EN 1
QRX= -(200cal + 50cal)
= -250cal
Calculo del nH2O
NaOH
V=100ml = 0.1L n=MxV
{NaOH} = 0.1M n= 0.1mol/L x0.1L =0.01mol(NaOH)
NaOH + HCl NaCl + H2O
1mol NaOH -------------- 1mol H2O
0.01molNaOH ----------- X
X=nH2O =0.01mol
REEMPLAZANDO EN 2
Qneutro= 250cal/0.01molH2O
QH2O = -25Kcal/mol
DETERMINACION DEL CALOR DE SOLUCION DE CLORURUO DE
SODIO (CaCl2)
Agua
V=200ml
T1=180C
CaCl2
m =6.0416g
T2=Tm=T2=210C
Qsist=0
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Qsol + qsolv +qcal =0
Qsol= -(qsolv + qcal) ..ecua. 1
Qsol = qsolv /nCaCl2ecua.2
Solvente=agua
Qsolv=mxCe(Tf - Ti)
Qsolv=206.0416gxcal/g0C (21-18)0C
Qsolv=618.12cal
Qcalor=Ccal(Tf Ti)
=50cal/0C (21-18)0C
=150cal
REEMPLAZANDO EN 1
Qsolu= -(618.12cal + 150cal)
= -768.12cal
Calculo de n de CaCl2
n=m/M = 6.0416gxmol /111g =0.054mol
EN ECUCION 2
Qsolu= -768.12cal /0.054mol
Qsol= -14224.4 cal/mol
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VI. CONCLUCIONES
Se concluye que a mayor temperatura la solubilidad es directamente
proporcional a la temperatura.
Tambin se concluye que la temperatura de equilibrio est
comprendido entras las temperaturas de los reactantes.
VII. RECOMENDACIONES
se recomienda que antes d usar un reactivo se lea un bien la etiqueta
del frasco, el uso equivocado de un reactivo puede causar algn
accidente.
Por otra parte se recomienda que nunca se devuelva de nuevo el
reactivo sobrante al frasco.
Se recomienda que cuando se calienta una sustancias qumica en un
tubo de prueba, tenga cuidado de no dirigir la boca del tubo a su
vecino.
Tenga los materiales, equipos y el rea de trabajo siempre limpios.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
Gaston Pons Musso FISICOQUIMICA 2008.
Frederick Lohgo QUIMICA GENERAL
Harry B. Gray PRINCIPIOS BASICOS DE LA QUIMICA.
Castellan G. Fisicoqumica 2da. Edicin. Ed. Fondo Educativo
Interamericano, EEUU, 1987, pg: 106, 144. 312-313;324,337
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IX. ANEXOS
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X. SOLUCIN DE PREGUNTAS
a. Enumere los objetivos especficos del experimento
1. Entalpia de neutralizacin.
2. Capacidad calorfica del calormetro.
3. Calculo del calor especfico del magnesio.
b. Defina reaccin exotrmica y endotrmica
Reaccion exotrmica: son aquellas reacciones en la cual se libera
calor.
Reaccion endotrmica: son aquellas reacciones en la cual para
realizarse debe absorben calor.
c. Qu es un proceso adiabtico? De un ejemplo
Es aquel proceso donde el sistema no recibe calor. Ejm. La expansin
de los gases producidos en las industrias como las aceras, refinacin,
etc.
d. Si se tienen dos calormetros similares y solo se determina la
capacidad calorfica de uno de ellos. Se podra decir que la
capacidad calorfica es la misma? por qu?.
Las capacidades no son las mismas debido a que en su fabricacin de
estas existen errores particulares para cada material.
e. Si las entalpias de formacin de estndar para los iones Zn+2 Y
Cu+2 a partir de los metales zinc y cobre son respectivamente: -
36,34 y 15,39 Kcal / mol. Calcular la entalpia para la reaccin:
Zn + Cu+2 a Zn+2 + Cu
Zn Zn+2 H = -36,34 Kcal/mol
Cu Cu+2 H = 15,39 Kcal/mo
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Zn Zn+2 H = -36,34 Kcal/mol
Cu+2 Cu H = -15,39 Kcal/mol
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Zn + Cu+2 a Zn+2 + Cu H = -51,73 Kcal/mol