Instituto Politécnico NacionalUnidad Profesional Interdisciplinaria

de Biotecnología

Departamento de BioingenieríaLaboratorio de Bioingeniería

Reporte de práctica#2“Determinación de calor de

reacción”

Grupo 4LM1Profesoras:

Ada Luz Cartas Romero

Equipo #4 Enríquez Vázquez Daniela

Lara Teissier Mauricio Lugo Vilchis Aldo Leonel

Montoya García Armando Trejo Alarcón Luisa María

Introducción  El  calor de reacción,  Qr se define como la energía  absorbida por un sistema cuando  los productos de una reacción se  llevan a  la  misma temperatura  de  los  reactantes.  Para una definición completa de  los  estados termodinámicos de los productos y de los reactantes, también es necesario especificar la presión. Si se toma la misma presión para ambos, el calor de reacción es igual al cambio de entalpía del sistema, H r. (Harris, 2007)

En este trabajo se presentan los resultados de un método experimental para el cálculo de calor de reacción, con el objetivo de comprobar la relación existente entre el calor generado por reacciones de distinta naturaleza.

Para ello se llevaron a cabo las siguientes reacciones: NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O

NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O

 NaOH (aq)+HCl(l)→NaCl(aq)+H 2O

Con ayuda de un calorímetro se midió la temperatura antes y después de realizarse las reacciones para, en base a esos datos, poder calcular el calor generado o absorbido por el sistema.

La determinación del calor de reacción nos es útil para determinar el tipo de reacción que se lleva a cabo, termodinámicamente, se puede tratar de dos reacciones.

Exotérmica: Se lleva a cabo de forma espontánea y libera energía al realizarse. Endotérmica: No es espontánea, necesita de energía externa para realizarse.

El tipo de reacción está determinado por la entalpía de reacción, si es negativa se trata de una reacción de tipo exotérmica, si es positiva se trata de una reacción endotérmica.

ObjetivosObjetivo generalDeterminar el calor de reacción entre el hidróxido de sodio y el ácido clorhídrico.

Objetivo particularDeterminar el calor de reacción e tres sistemas diferentes:

Reacción de disolución.  Reacción de neutralización

Desarrollo experimentalCalor de disolución de NaOH en agua.

Calor de reacción del NaOH con el HCl.

Calor de reacción del NaOH(aq) y HCl(aq).

Resultados

Tabla 1 Capacidad calorífica del calorímetro

Capacidad calorífica J/gºCCalorímetr

o 1.28

Tabla 2 Temperaturas obtenidas en los sistemas de reacción

Sistema Ti ºC Tf ºC Moles de cada especie

100 ml de agua en 

calorímetro

Medir T inicial

Agregar 1 g de NaOH

Registrar T final

100 ml de HCl 0.25 M 

en calorímetro

Medir T inicial

Agregar 1 g de NaOH Medir T final

50 ml de HCl 0.5 M en 

calorímetro

Medir T inicial

Agregar 50 ml de NaOH 

0.5 MMedir T final

NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O 22 240.025 de NaOH5.56 de H 2O

NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O 21 240.025 de NaOH0.025 de HCl

NaOH (aq)+HCl(l)→NaCl(aq)+H2O 23 250.05 de NaOH0.05 de HCl

Tabla 3 Calor total y moles de agua producidos para cada reacción

Reacción Calor total kJ/molMoles de H 2O

producidos

NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O 53.45 N.A.

NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O 70.34 0.25

NaOH (aq)+HCl(l)→NaCl(aq)+H2O 26.56 0.05

Tabla 4 Comparación entre el calor total de reacción (experimental) y el calor de reacción estándar (teórico)

Reacción Calor total kJ/mol Calor de reacción estándar kJ/mol % Error

NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O -53.45 -62.42 14.37 

NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O -70.34 -121.97 42.33

NaOH (aq)+HCl(l)→NaCl(aq)+H2O -26.56 -59.56 55.41

NOTA: En termodinámica se considera positivo el calor absorbido y negativo el cedido. Por tanto, como el NaOH CEDE CALOR, su entalpía molar tendrá signo "-",

Análisis de resultados

Como se observa en la Tabla 4 el calor total de reacción se encuentra por debajo de los valores teóricos lo que provoca un % de Error de aproximadamente un 50% para las reacciones de neutralización. Lo anterior se debe principalmente a que el NaOH con el que se trabajó se encontraba muy hidratado, es decir, había reaccionado parcialmente con agua por lo que no se puede tener un rendimiento muy grande en la reacción.

Se sabe que el calor de reacción es el  número de Joules de energía calórica que se desprende o se absorbe durante una reacción química en particular por una cantidad determinada de reactantes o productos, a su vez está limitado por la cantidad de materia (moles) presentes en la reacción, para el caso de las reacciones de neutralización la cantidad de materia de los reactantes era igual de manera que las reacciones se llevaron a cabo 1:1. (Riaño, 2007)

El calor de neutralización es el producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base. Tiene un valor aproximadamente constante en reacciones de ácido fuerte y base fuerte, ya que en todos los casos se produce un mol de agua. Los resultados prácticos no fueron los esperados porque a pesar de que se trataba  de  un ácido  y  una base   fuertes,   la  base  se  encontraba  parcialmente  hidrolizada  de  modo que no reaccionó al 100% con el ácido.

La entalpia es el contenido de calor en un sistema a presión constante. Es una función de estado, por lo que depende de los estados inicial y final [J], es de gran utilidad para determinar calores estándar de reacción. Para el caso experimental se contó con un sistema isobárico, es decir, el calor de reacción se determinó a una presión constante, obteniendo así un valor de entalpia para cada una de las tres reacciones.

La entalpía de las reacciones se determinó midiendo la variación de entalpía (calor) que acompaña la formación de 1 mol de una sustancia en su estado estándar a partir de sus elementos constituyentes en su estado estándar (forma   más   estable).   Para   el   caso   de   la   segunda   reacción   (NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O)   se   pudo determinar que tiene una relación 1:1 haciendo un balance de la misma, con lo anterior podemos deducir que el valor de entalpía obtenido corresponde al necesario para producir un mol de NaCl. 

Las reacciones de los tres sistemas corresponden a ser reacciones exotérmicas, es decir, liberan calor, por lo que la temperatura de la mezcla es superior que la que tenía cada reactivo por separado. Esto se puede corroborar al realizar los cálculos de calores de reacción estándar dónde las entalpias poseen un signo negativo.

La   importancia  de   la  determinación  del  calor  de  reacción  radica  principalmente  en el  diseño de equipos  y procesos.  En  el   caso de   los  procesos  biotecnológicos  es  aún más  importante  debido a  que  los   sistemas y productos biológicos son, en su mayoría, termolábiles.

Conclusiones Para la reacción de NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O se obtuvo un calor de reacción experimental 

de -53.45 kJ/mol.   Para la reacción de NaOH (S)+HCl(l )→NaCl(aq )+H 2O se obtuvo un calor de reacción experimental de 

-70.34 kJ/mol.  Para la reacción de NaOH (aq)+HCl(l)→NaCl(aq)+H2O se obtuvo un calor de reacción experimental 

de -26.56 kJ/mol. La reacción de disolución de NaOH (S)en H 2O es exotérmica. La reacción de neutralización de NaOH (S) en H Cl(l)exotérmica. La reacción de neutralización de NaOH (l )en HCl(l )exotérmica. Se determinaron los calores totales de reacción para reacciones de disolución y neutralización hasta con 

un 50% error. El calor de reacción puede ser hallado varias formas de manera teórica y de manera experimental. 

ReferenciasGeankoplis. (1998). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias (3ª ed.). México: CECSA. Recuperado el 02 

de 2014

Harris, D. (2007). Análisi químico cuantitativo (3ª ed.). Barcelona, España: Reverte.

Riaño, N. (2007). Introducción a la química analítica básica. Análisis cuantitativo (2ª ed.). (L. F. Velásquez, Ed.) Manizales, Colombia: Universidad de Caldas. Recuperado el 5 de septiembre de 2013

Memoria de cálculoCapacidad calorífica del calorímetro

CpH2O∗m2 (T 2−T 3 )=(C∗mc+CpH 2O∗m1)(T 3−T 1)

C=

CpH 2O∗m2 (T2−T 3 )T 3−T 1

−CpH 2O∗m1

mc

C=

4.18 JgºC

∗49.32g (40ºC−27.66 ºC )

27.66ºC−22 ºC−4.18 J

gºC∗50g

192.16g=1.28 J

gºC

Calor total del racciónCT=mc∗C (T f−T i )+m∗CpH 2O (T f−T i )

Ejemplo para NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O

CT=192.16 g∗1.28JgºC

(2ºC )+101g∗4.18 JgºC

(2 ºC )=1336.29J

1336.29 J| 10.025mol NaOH |=53.45KJ /mol

Calor estándar de reacción∆H f °=(∆H NaOH (aq )°+∆H H 2O° )−(∆ HNaOH ( S )°+∆H H 2O °)

Ejemplo para NaOH (S)+H2O→NaOH(aq )+H 2O

∆H f °=(−112.236 Kcalmol−68.317 Kcal

mol )−(−97.302 Kcalmol−68.317 Kcal

mol )=−14.934 Kcalmol |4.18J1 cal |=−62.42 KJ

mol