Colegio de Educación Profesional del Estado de México ...( ) Efectuado por un agente que ejerce una fuerza constante. B. Energía ( ) Estudio de los principios físico subyacentes

Semestre: 2/19-20

ANÁLISIS FISICOQUÍMICOS

NOMBRE: _________________________

GRUPO: M 310-Q

Colegio de Educación Profesional del Estado de México (CONALEP)

Plantel Gustavo Baz

Antología del Módulo Análisis Fisicoquímicos | SARA OCAÑA RUIZ

Propósito del Módulo Realiza los análisis fisicoquímicos de los materiales para identificar y cuantificar la

composición de sustancias que intervienen en procesos químicos de transformación

mediante la aplicación de principios, leyes, técnicas y procedimientos establecidos.


Unidad de Aprendizaje 1. Determina el comportamiento de los

materiales en los procesos fisicoquímicos de transformación.


Resultado de Aprendizaje 1.1. Identifica el comportamiento fisicoquímico de los materiales en los

procesos de transformación.

A. Descripción de términos y conceptos de la fisicoquímica.

B. Expresión de unidades fisicoquímicas.

C. Interpretación de las propiedades fisicoquímicas de los materiales.

Actividad 1. Escribe la letra correspondiente dentro del paréntesis conectando el concepto con el

significado.

( ) Entre el sistema y sus alrededores no debe haber

cambio en las propiedades del sistema o sus alrededores

cuando se separan mediante una pared conductora.

A. Termodinámica

( ) Efectuado por un agente que ejerce una fuerza

constante.

B. Energía

( ) Estudio de los principios físico subyacentes que

gobiernan las propiedades y el comportamiento de los

sistemas químicos.

C. Calor

( ) Ciencia macroscópica que estudia las interrelaciones

de las diversas propiedades de equilibrio de un sistema y

los cambios en las propiedades de equilibrio en procesos.

D. Trabajo

( ) Forma de energía que se transfiere espontáneamente

entre diferentes cuerpos que se encuentran a

distintas temperaturas.

E. Equilibrio térmico

( ) Capacidad de producir un trabajo, que se manifiesta

en formas diversas como radiación electromagnética,

energía potencial y calor.

F. Fisicoquímica

Actividad 2. Resuelve los siguientes problemas, indicando procedimiento y unidades de medida.

1. Mezclamos 300 g de agua a 70°C con 800 g de agua a 30°C. Si no hay pérdidas de energía,

¿Cuál será la temperatura final de la mezcla?

Datos: Ce H2O = 1 cal/g °C

2. Introducimos una piedra de 200 g que está a 90°C en un recipiente con 300 g de agua a 25°C.

Si su calor específico es de 0,3 cal/g °C y no hay pérdidas de energía. Calcular la temperatura

de equilibrio del sistema.

3. En un recipiente con 400 g de agua a 30°C introducimos una pieza de metal de 80 g a 85°C.

Si la temperatura de equilibrio es de 34°C y no hay pérdidas de energía. Calcula el calor

específico del metal.

4. Calcula la energía necesaria para evaporar 200 g de agua que está a 100°C.

Datos: Lvap H2O = 2318 kJ/kg a 100°C

5. Tenemos 200 g de agua a 25°C. Calcula la energía necesaria para evaporarlos por ebullición

a 100°C. Datos: Lvap H2O = 2318 kJ/kg a 100°C Ce H2O = 1 cal/g °C ; 1 cal = 4,18 J


6. En un vaso tenemos 500 cm3 de agua a 20°C y añadimos 50 g de arcilla a 80°C. Suponiendo

que no hay pérdidas de energía, calcula la temperatura final que se alcanzará. Datos: Ce

agua = 4180 J/kg K Ce arcilla = 936 J/kg K

Actividad 3. Resuelve los siguientes problemas, indicando procedimiento y unidades de medida.

1. Un coche con una masa de 1000 kg acelera desde 0 hasta 30 m/s en 10 s. Calcula: a) La

energía cinética que ha ganado.

2. Un coche frena y se detiene en 10 m. Mientras se está deteniendo, la fuerza de rozamiento

de las ruedas sobre el pavimento es de 400 N. Calcula el trabajo realizado.

3. ¿Qué altura se debe levantar un cuerpo de 2 kilogramos para que su energía potencial

aumente 125 J?

4. Se requiere diseñar un montacargas que pueda subir 700 kg hasta 40 m de altura en un

minuto. Calcula el trabajo que realiza en ese recorrido.

Actividad 4. Contesta de forma correcta los siguientes reactivos, indicando procedimiento y

unidades de medida.

1. Para AgCl en agua, cuya Kps es 1.78 3 10210 mol2/ kg2 a 25°C. Determine la solubilidad de

AgCl a 25°C en:

a) Agua pura

b) Solución de 0.100 mol/kg de KNO3 (ac)

c) Solución de 0.100 mol/kg de KCl (ac)

2. Encuentre la solubilidad de AgCl en 0.02 mol/kg de Ag2SO4 (ac) a 25°C. Ignore el apareamiento

iónico.

Actividad 5. Realiza las siguientes conversiones:

5 kg 🡪 ton, lbm, g.

0.98 ton 🡪 g y kg.

15 m 🡪 ft, yd, pulg.

19000 cm 🡪 m, yd, ft.

390 mmHg 🡪 Pa, atm, inHg.

67 kPa 🡪 bar, mmHg, atm.

2900 K 🡪 °C, °F

100 °F 🡪 Ra, Re.


Actividad 6. Completa el siguiente recuadro con la información requerida acerca de magnitudes

fundamentales.

Sistema CGS

Magnitud Longitud Nombre Símbolo de la unidad

Longitud

Masa

Tiempo

Intensidad de

corriente eléctrica

Temperatura

Intensidad luminosa

Cantidad de materia

Sistema MKS


Longitud

Masa

Tiempo

Intensidad de


Temperatura

Intensidad luminosa

Cantidad de materia

Sistema FPS


Longitud

Masa

Tiempo

Intensidad de


Temperatura

Intensidad luminosa

Cantidad de materia


Actividad 7. Contesta los siguientes ejercicios acerca de los gases ideales.

1. Determine la densidad del gas F2 a 20.0°C y 188 torr.

2. Determine la masa molar de un gas cuya densidad es 1.80 g/L a 25.0°C y 880 torr.

Actividad 8. Contesta los siguientes ejercicios acerca de la Ley de Boyle.

1. Una cantidad de gas ocupa un volumen de 80 mL a una presión de 0,986 atm. ¿Qué volumen

ocupará a una presión de 1,2 atm si la temperatura no cambia?

2. Disponemos de una muestra de gas que a 200°C presenta una presión de 2,8 atm y un

volumen de 15,9 L. ¿Qué volumen ocupará, si a la misma temperatura, la presión baja hasta

1,0 atm?

3. Una cierta cantidad de gas ocupa un volumen de 200 mL a la presión de 0,986 atm. ¿Qué

presión ocuparía un volumen de 50 mL a la misma temperatura?

Actividad 9. Contesta los siguientes ejercicios acerca de la Ley de Charles.

1. El volumen inicial de una cierta cantidad de gas es de 200 mL a la temperatura de 293.15 K.

Calcule el volumen del gas si la temperatura asciende a 363.15 K y la presión se mantiene

constante.

2. Una masa de oxígeno ocupa 200 mL a 100°C. Determine su volumen a 0°C, si la presión se

mantiene constante.

3. Una cantidad fija de gas a 296.15 K ocupa un volumen de 10,3 Litros, determine la

temperatura final del gas si alcanza un volumen de 23 L a presión constante.

Actividad 10. Determinar si las siguientes propiedades son: Propiedades Físicas (F) Propiedades

Químicas (Q).

Solubilidad (capacidad de una sustancia de disolverse en otra separándose en

aniones y cationes)

______

Punto de ebullición (temperatura a la que una sustancia cambia de estado

líquido a gaseoso)

______

Punto de ignición (indica la temperatura y presión necesarias para que una

sustancia arda espontáneamente)

______

Viscosidad (resistencia que presenta un líquido a fluir libremente) ______

Velocidad de reacción (indica la cantidad de masa que reacciona por unidad

de tiempo)

______

Conductividad térmica (mide la capacidad de conducción del calor a través

de un material)

______

Actividad 11. Indique el concepto de las siguientes definiciones:

________________: Cargas o fuerzas actúan constantemente o creciendo poco a poco.

________________: Cargas o fuerzas actúan momentáneamente, tienen carácter de choque


Prácticas R.A. 1.1

Práctica 1. Determina las propiedades fisicoquímicas del agua mediante pruebas analíticas.

Objetivo:

Analizar el comportamiento de un material mediante los procedimientos establecidos, para

identificar las propiedades fisicoquímicas, e interpretar la relación existente entre las propiedades

físicas y químicas con las fuerzas de interacción intermolecular de la misma.

Introducción:

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Materiales y Equipos:

Cantidad Nombre Dibujo Reactivos Toxicidad

8 Caja Petri C2H2O4

2 Pipeta Pasteur NaOH

4 Pipeta volumétrica 10

ml

H2O destilada

1 Mechero bunsen

NH4OH

3 Matraz volumétrico 100

ml

Aceite mineral


1 Espátula Sudán lll

1 Balanza granataria o

analítica

1 Vidrio de reloj

1 E.P.P

Procedimiento:

1. Comportamiento del aceite mineral.

● Vierte 10 ml de agua en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de solución de HCl en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de solución de NaOH en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de hidróxido de amonio en una mitad de caja de Petri.

● Agrega a cada caja una gota de aceite mineral con una pipeta Pasteur y observa lo ocurrido.

● Añade unas gotas más, observa y mantén las muestras en observación durante 30 minutos

más.

2. Comportamiento del ácido oleico.

● Vierte 10 ml de agua en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de solución de HCl en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de solución de NaOH en una mitad de caja de Petri.

● Vierte 10 ml de hidróxido de amonio en una mitad de caja de Petri.

● Agrega a cada caja una gota de aceite de oliva coloreado con SUDAN III con una pipeta

Pasteur.

● Observar. Añadir unas gotas más y observar durante 30 minutos.

3. Experimento lll.

● Lava y calienta al rojo la punta de un clip.

● Coloca 10 ml de agua en una mitad de caja de Petri.

● Añade con la punta del clip una pequeña gota de ácido oleico.

● Observar, colocar una segunda gota sobre la superficie, observar.


Marcha Analítica:

Resultados:


Análisis de Resultados:

Conclusiones:

Referencias bibliográficas:


Práctica 2. Determina el efecto de un soluto no volátil con el aumento del punto de ebullición de agua, mediante cambios de temperatura.

Objetivo:

Demostrar el efecto de un soluto no volátil mediante el abatimiento del punto de ebullición del

agua, para la identificación de sus propiedades coligativas.

Introducción:

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1 Matraz Erlenmeyer 250

ml

H2O destilada

1 Termómetro de mmHg

C6H12O6

1 Tapón de plástico

1 Tripié

1 Rejilla de asbesto

1 Balanza analítica o granataria

1 Espátula


1 Vidrio de reloj

1 E.P.P

Procedimiento:

● Introduce en un matraz un termómetro y monta el tripié con la tela de asbesto.

● Coloca en el matraz de 100 ml agua destilada, hervir y anota el punto de ebullición.

● Pesa 100 g de azúcar, disuelve en 100 ml de agua destilada, calienta y anota el punto de

ebullición.

Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:



Práctica 3. Determina la constante del producto de solubilidad de una mezcla por titulación.

Objetivo:

Determinar la variación de la solubilidad en un sólido con el incremento de la temperatura mediante

el uso del termómetro y por métodos de titulación, para identificar su comportamiento

fisicoquímico.

Introducción:

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1 v.p.p 500 ml C2H2O4

1 Espátula NaOH


H2O destilada

1 v.p.p 250 ml NH4OH

1 Baño maría Aceite mineral

1 Parrilla de agitación y

calentamiento

Sudán lll



ml


ml

1 Vidrio de reloj


1 Soporte universal

1 Pinzas para bureta

1 Bureta 25 ml

3 Matraz Erlenmeyer 250

ml

1 E.P.P

Procedimiento:

● Prepara 300 ml. de solución saturada de ácido oxálico, a unos 5°C. Por encima de la máxima

temperatura a estudiar (30 °C).

● Utiliza un v.p.p 250 ml en el baño maría y se agita continuamente utilizando la varilla de

vidrio. (Algunos sólidos se disuelven muy lentamente, es esencial asegurarse que la solución

inicial está saturada).

● Agita por lo menos 15 minutos antes de utilizarla sin que haya una disminución apreciable

en el exceso de sólido presente.


Variación de la solubilidad del ácido oxálico con la temperatura:

● Determina la solubilidad del ácido oxálico por lo menos a cinco temperaturas diferentes,

utilizando la solución de NaOH 1 N. Las temperaturas de trabajo recomendadas son 25°C,

20°C, 15°C, 10°C y 5°C. (Puede acelerarse la disminución de temperatura adicionando hielo).

● Espera a que la solución de ácido oxálico preparada alcance la temperatura deseada,

agitando constantemente.

● Toma dos muestras de 10 ml al llegar la solución a la temperatura requerida, las cuales se

transfieren a dos matraz volumétrico previamente pesado. (Para evitar succionar los

cristales de ácido oxálico debe colocarse en la punta de la pipeta a un filtro adaptado a tal

efecto con lana de vidrio).

● Pesa las muestras extraídas y titular con la solución de NaOH estandarizada.

● Procede a colocar el control de temperatura del termostato en el siguiente valor de la

temperatura si hay concordancia entre los resultados de ambas titulaciones, en caso

contrario se vuelve a tomar una alícuota de la solución y se repite la titulación.

● Repite los pasos anteriores para las otras temperaturas a estudiar.

Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:



Práctica 4. Determina el peso molecular de un polímero por medidas de viscosidad.

Objetivo:

Determinar el peso molecular de un polímero mediante el uso del viscosímetro Ostwald utilizando

dos o más líquidos de viscosidad conocida, para identificar su estructura molecular.

Introducción:

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1 Viscosímetro de Ostwald

H2O destilada

2 Probeta 50 ml C7H8

2 v.p.p 250 ml Poliestireno


1 Espátula

2 Vidrio de reloj


ml



ml

1 E.P.P

Procedimiento:

1. Preparación y funcionamiento del viscosímetro.

● Limpia el viscosímetro con una mezcla sulfocrómica, lava con abundante agua y luego con

acetona; finalmente se seca aspirando aire limpio a través de él.

Nota: Para la determinación del tiempo de flujo de un líquido o muestra problema, se toma una

porción de ésta y se añade al viscosímetro.

● Conecta la propipeta y se hace pasar el líquido al tubo más grande por arriba de la señal

superior, entonces se deja que el líquido fluya a través del capilar, accionando el cronómetro

cuando el menisco pasa la marca superior y se detiene cuando cruza la inferior.

2. Determinación de las constantes del viscosímetro

● Utiliza dos o más líquidos con valores de densidad y viscosidad conocidos con exactitud

(agua, tolueno), determina el tiempo de flujo de cada uno de ellos, siguiendo el

procedimiento indicado en 1 (el tiempo de flujo del agua debe medirse al final de todo el

procedimiento experimental).

● Los datos de viscosidad y densidad para estos líquidos pueden consultarse en las

"Internacional Critical Tables", trabajar primeramente con Tolueno, ya que la determinación

con agua se debe realizar al final de todo el procedimiento experimental.

3. Determinación de la viscosidad de un polímero.

● Pesa 1.75 gr de poliestireno en la balanza analítica y disuelve en aproximadamente 20 ml

de tolueno, utilizando un v.p.p de 100 ml, tapado con un vidrio de reloj, luego se diluye

cuantitativamente hasta 50 ml en un matraz aforado. (Se puede emplear una plancha de

calentamiento para acelerar la disolución). La solución deberá enfriarse a 25° C

(Temperatura ambiente), antes de llegar al menisco hasta la marca del matraz aforado.

● Toma una porción de la solución polímero-tolueno y se lleva al viscosímetro determinando

el tiempo de flujo tal como se indica en.1.

● Diluye la muestra poliestireno-tolueno por un factor de 2 y se determina el tiempo de flujo.

(La exactitud de las soluciones puede mejorar mediante el uso de dos pipetas, uno para

sacar la solución y otra para añadir el solvente).

● Repite la dilución hasta que la relación de viscosidad se aproxime a uno. Esto significa que

el tiempo de flujo del solvente puro sea aproximado al de la solución.

● Enjuaga muy bien el viscosímetro con tolueno al terminar las determinaciones de tiempo

de flujo, a fin de evitar que queden partículas de polímeros en el capilar.


Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:


Resultado de Aprendizaje 1.2. Representa el comportamiento de los materiales en función de la

formación de soluciones acuosas y de los gases mediante técnicas analíticas.

A. Representación de las propiedades de las soluciones acuosas.

B. Descripción de las propiedades de los Gases.


C. Presentación de equipo auxiliar para la interpretación de fenómenos fisicoquímicos.

Actividad 1. Resuelve los siguientes ejercicios sobre propiedades físicas.

1. En cuántos gramos de agua se deben disolver 5 gramos de sulfato cúprico para que la

disolución preparada posea una concentración de 3,2 % m/m.

2. Se tiene una disolución de ácido sulfúrico al 40 % en masa y de densidad 1.32 g/mL. Calcule

la concentración en % m/V.

3. Se disuelven 7 g de cloruro sódico en 43 g de agua. Calcular la concentración de la disolución

en %p/p.

4. Se desea preparar 1 litro de solución de cloruro de bario al 5 % p/p ¿Cuál sería la forma de

hacerlo?

5. En 35 g de agua se disuelven 5g de HCl. La densidad de la disolución, a 20 °C es de 1.06 g/ml.

Hallar la concentración en a) % P/P b) %P/V.

Actividad 2. Resuelve los siguientes ejercicios sobre propiedades químicas.

1. Se disuelven 2 gramos de NaOH en agua hasta obtenerse 750 mL de disolución. Calcular la

concentración molar de esta PM NaOH: 40 g/mol.

2. Calcule la molaridad de una solución que se prepara agregando 50 g de HNO3 en agua hasta

completar 250 mL.

3. Se desea preparar 500 mL de solución de sufato de sodio NaSO4 0.1 M ¿Cuántos gramos de

esta sal hay que disolver?

4. En una reacción química se necesitan 0.2 mol de HNO3, que volumen de esta solución 10 M

deben ocuparse para realizar esta disolución.

5. ¿Cuántos gramos de CaSO4 (PM 136 g/mol) son necesarios para preparar 250 ml de una

solución 0.25 M de este compuesto?

Actividad 3. Resuelve los siguientes ejercicios sobre la Ley de Raoult.

1. La presión de vapor de benceno es 74.7 torr a 20°C, y la presión de vapor de tolueno es 22.3

torr a 20°C. Una disolución de benceno y tolueno a 20°C tiene una presión de vapor de 46.0

torr. Encuentre la fracción molar de benceno en esta disolución y en el vapor arriba de esta

disolución.

2. Una disolución a 20°C está compuesta de 1.50 moles de benceno y 3.50 moles de tolueno.

Encuentre la presión y la fracción molar de benceno para el vapor en equilibrio de esta

disolución. En este ejercicio y en el siguiente, emplee los datos del ejercicio anterior.

3. El vapor en equilibrio con una cierta disolución de benceno y tolueno a 20°C tiene una

fracción molar de benceno de 0.300. Encuentre la fracción molar de benceno en la

disolución líquida y la presión de vapor de la disolución.

Actividad 5. Resuelve los siguientes ejercicios indicando procedimiento y unidades de medida.

1. Una masa de hidrógeno gaseoso ocupa un volumen de 230 litros en un tanque a una presión

de 1.5 atmósferas y a una temperatura de 35°C. Calcular, a) ¿Cuántos moles de hidrógeno

se tienen?, b) ¿A qué masa equivale el número de moles contenidos en el tanque?


2. El hexafluoruro de azufre (SF6) es un gas incoloro e inodoro muy poco reactivo. Calcule la

presión (en atm) ejercida por 2.35 moles del gas en un recipiente de acero de 5.92 litros de

volumen a 71.5°C.

3. Se coloca 160 gramos de oxígeno a 27°C en un recipiente con capacidad de 5 litros.

Considerando que el oxígeno se comporta como un gas perfecto. ¿Cuál es el valor de la

presión ejercida por la sustancia?

4. Una masa de oxígeno gaseoso ocupa un volumen de 70 litros en un recipiente que se

encuentra a una presión de 1.5 atmósferas y a una temperatura de 298 K. Determinar: a)

cuántos moles de oxígeno tiene.

Actividad 6. Defina los siguientes conceptos.

Presión: __________________________________________________________________________

Vapor: __________________________________________________________________________

Electrolitos: __________________________________________________________________________

Dilución: __________________________________________________________________________

Osmosis: __________________________________________________________________________

Viscosidad: __________________________________________________________________________

Solución: __________________________________________________________________________

Suspensión: __________________________________________________________________________

Emulsión: __________________________________________________________________________

Soluto: __________________________________________________________________________

Solvente: __________________________________________________________________________

Práctica R.A. 1.2


Práctica 5. Determina el punto de ebullición de un líquido por aumento de temperatura.

Objetivo:

Analizar las propiedades coligativas de un líquido mediante la determinación del punto de ebullición

de acuerdo al procedimiento establecido para interpretar las propiedades fisicoquímicas del mismo

en el uso en los procesos.

Introducción:

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________



2 Soporte universal

H2O destilada

2 Pinzas de 3 dedos

1 Matraz de destilación de

50 ml

1 Mechero bunsen

1 Anillo de hierro

1 Rejilla de asbesto



1 Probeta 100 ml

1 E.P.P

Procedimiento:

1. Toma el matraz de destilación y unta el extremo de la rama lateral con un poco de

vaselina. Coloca el tapón de manera que el extremo de la rama sobresalga un poco

2. Coloca el matraz sobre la rejilla y con la ayuda de la pinza procura que quede

completamente vertical.

3. Con el matraz sostenido coloca sobre la otra pinza el refrigerante. Ajusta bien el refrigerante

al tapón del matraz, de manera que no puedan escapar vapores. Conecta la goma inferior

del refrigerante al grifo la mesa y coloca la otra goma sobre el desagüe.

4. Abre con cuidado el grifo del agua. Observa que el agua fluye bien por el refrigerante. Coloca

debajo del extremo libre el vaso de precipitados

5. Mide 100 cm3 del líquido a identificar, y con ayuda del embudo deposítalos en el interior

del matraz de destilación. Coloca el tapón con el termómetro en la parte superior del matraz

6. Cuando este todo listo, pide al profesor que encienda el mechero Bunsen.

7. A partir del momento en el que se coloque debajo del matraz el mechero, comenzarás a

tomar temperaturas cada medio minuto.

Marcha Analítica:

Resultados:



Conclusiones:



Unidad de Aprendizaje 2.

Análisis de las propiedades fisicoquímicas de los materiales.


Resultado de Aprendizaje 2.1. Determina las propiedades fisicoquímicas de los materiales mediante

la aplicación de los principios de la termodinámica.

A. Exploración de las leyes de la termodinámica.

B. Funciones de la termodinámica.

Actividad 1. Conteste los siguientes cuestionamientos de manera correcta.

1. Establece que la energía total de un sistema más sus alrededores permanece constante (se

conserva).

2. La _________________ de un sistema termodinámico cuya energía interna, presión y

volumen son U, P y V.

3. Tipo de proceso presentado cuando el sistema siempre está infinitesimalmente cercano al

equilibrio, y un cambio infinitesimal en las condiciones puede restaurar tanto al sistema

como a los alrededores a los estados iniciales.

4. Tipo de proceso que se presenta cuando T es constante a lo largo del proceso. Para lograr

esto, se encierra el sistema en paredes térmicamente conductoras y se pone en un gran

baño a temperatura constante.

5. Tipo de proceso presentado cuando V se mantiene constante a lo largo del proceso.

6. Tipo de proceso presentado cuando P se mantiene constante a lo largo del proceso.

Experimentos con sólidos y líquidos se efectúan a menudo con el sistema abierto a la

atmósfera; en esta situación, P es constante con la presión atmosférica.


unidades de medida.

1. ¿Cuál es el incremento en la energía interna de un sistema si se le suministran 700 calorías de

calor y se le aplica un trabajo de 900 Joules?

2. Suponga que un sistema pasa de un estado a otro, intercambiando energía con su vecindad.

Calcule la variación de energía interna del sistema en los siguientes casos:

a) El sistema absorbe 100 cal y realiza un trabajo de 200 J.

b) El sistema absorbe 100 cal y sobre él se realiza un trabajo de 200 J.

3. ¿Cuál será la variación de la energía interna en un sistema que recibe 480 calorías y se le aplica

un trabajo de 1090 Joules?


unidades de medida.

1. ¿Cuál es la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministrarán 8 000 calorías

para obtener 25 200 Joules de calor de salida?

2. Calcular la eficiencia de una máquina térmica a la cual se le suministran 5.8 x 10^8 cal,

realizando un trabajo de 8.3 x107 J.

3. Determinar la temperatura en °C de la fuente fría en una máquina térmica cuya eficiencia

es del 36% y la temperatura en la fuente caliente es de 310°C.


4. En una máquina térmica se emplea vapor producido por la caldera a 230°C, mismo que

después de ser utilizado para realizar trabajo es expulsado al ambiente a una temperatura

de 102°C. Calcular la eficiencia máxima de la máquina expresada en porcentaje

5. Calcular la variación de energía libre de Gibbs estándar que tiene lugar en la siguiente

reacción.

CH4 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l)

DATOS: ΔG° (CO2) = – 394,4 kJ/mol; ΔG° [H2O (l)] = – 237,2 kJ/mol; ΔG° (CH4) = -50,8 kJ/mol.

Actividad 4. Resuelve los siguientes ejercicios sobre entropía indicando procedimiento y

unidades de medida.

1. Determine ΔS para la fusión de 5.0 g de hielo (calor de fusión 5 79.7 cal/g) a 0°C y 1 atm.

Encuentre ΔS para el proceso inverso.

2. El calor de vaporización de agua a 100°C es 40.66 kJ/mol. Encuentre ΔS cuando 5.00 g de

vapor de agua se condensan en líquido a 100°C y 1 atm.

3. La capacidad calorífica específica cP del agua es casi constante a 1.00 cal/ (g°C) en el intervalo

de temperatura de 25 a 75°C a 1 atm. a) Determine ΔS cuando 100 g de agua se calientan

reversiblemente de 25 a 50°C a 1 atm. b) Sin efectuar el cálculo, indique si ΔS para el

calentamiento de 100 g de agua de 50 a 75°C a 1 atm será mayor, igual o menor que DS para

el calentamiento de 25 a 50°C.

4. Encuentre ΔS cuando 100 g de agua se calientan reversiblemente de 50 a 75°C a 1 atm.

5. Considere que n moles de un gas perfecto experimentan una expansión libre adiabática en

el vacío (el experimento de Joule). a) Exprese ΔS en términos de las temperaturas y

volúmenes iniciales y finales. b) Calcule ΔSm si V2= 2V1.

Actividad 5. Elabora un cuadro sinóptico que integre aspectos relevantes de los principios de la

electroquímica en los procesos productivos.

Electroquímica


Actividad 6. Balancee las siguientes ecuaciones por el método de Óxido- reducción.

Ag + HNO3 ---> AgNO3 + NO2 + H2O

Ag2S + HNO3(conc.) ---> AgNO3 + NO2 + S + H2O

As + HNO3 + H2O ---> H3AsO4 + NO

CdS + HNO3 ---> Cd (NO3)2 + S + NO + H2O

Actividad 7. Contesta los siguientes reactivos.

1. Cuando 25,00cm3 de una disolución de Na2S2O3 se valoran con una disolución 0,051M de I2,

se necesitan 22,63cm3 de esta. La ecuación sin ajustar para esta reacción es:

S2O3 2− + I2 → S4O6 2− + I−

Ajusta la reacción y calcula la concentración de la disolución de Na2S2O3.

2. Calcula la concentración de una disolución de oxalato de potasio, K2C2O4, si se necesitan

35,16cm3 de la misma para alcanzar el punto final con 46,72cm3 de una disolución ácida

0,0617M de KMnO4. La reacción sin ajustar es:

MnO4 − + C2O4 2− → Mn2+ + CO2

https://www.periodni.com/es/balanceo_de_ecuaciones_redox.php?eq=Ag%2BHNO3%3DAgNO3%2BNO2%2BH2O









https://www.periodni.com/es/balanceo_de_ecuaciones_redox.php?eq=Ag2S%2BHNO3%28konc.%29%3DAgNO3%2BNO2%2BS%2BH2O











https://www.periodni.com/es/balanceo_de_ecuaciones_redox.php?eq=As%2BHNO3%2BH2O%3DH3AsO4%2BNO









https://www.periodni.com/es/balanceo_de_ecuaciones_redox.php?eq=CdS%2BHNO3%3DCd%28NO3%292%2BS%2BNO%2BH2O










Prácticas R.A. 2.1

Práctica 6. Determina el calor de combustión de una sustancia orgánica con el uso del calorímetro.

Objetivo:

Determinar el calor de combustión en una sustancia orgánica mediante el uso del calorímetro, para

calcular su poder de conductividad térmica en solución.

Introducción:

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1 Matraz balón 2 L

Alambre de hierro

1 Espátula

1 Calorímetro


1 Balanza analítica

1 E.P.P

Procedimiento:


1. Preparación de la pastilla.

● Utiliza una balanza analítica y pesa aproximadamente 0,5 gr. de la muestra y prepara la

pastilla usando la prensa empastilladora.

● Pesa la pastilla preparada.

● Mide aproximadamente 10 cm. del alambre de hierro, con un calor de combustión por

unidad de longitud conocido; cortar y pesar.

● Amarra el alambre a la bomba de forma tal que haga contacto con la pastilla, evitando

torceduras en el alambre.

2. Preparación de la Bomba Calorimétrica.

● Coloca la pastilla unida al alambre en el anillo de la cápsula y realizar las conexiones del

alambre a los dos terminales, la pastilla debe estar situada sobre la cápsula y el alambre

debe tocar sólo los terminales.

Nota: La bomba debe estar limpia y seca, sin partículas de alambre de hierro en los

terminales. Las superficies sobre las cuales va a efectuarse el cierre de la bomba deben

conservarse escrupulosamente limpias y se deben tomar precauciones para evitar dañarlas.

● Coloca la tapa cuidadosamente sobre la bomba y se aprieta, se ajusta con las manos, sin

hacer uso de herramientas.

● Manipula la bomba con cuidado, a partir de este momento, a fin de evitar que la pastilla

pueda moverse y perder contacto con el hilo metálico.

● Antes de inyectar oxígeno a la bomba, hay que cerciorarse de que la tapa este bien

atornillado, de lo contrario ésta puede ser expulsada con fuerza y además se perderá la

muestra.

● Abre muy lentamente la válvula de la bomba y dejar escapar el gas. Se repite dos veces más

el paso

● Deja escapar la presión residual de la manguera y desconectar ésta de la bomba

● Coloca la bomba en el balde (limpio y seco) y verter con ayuda del balón aforado,

exactamente 2 lts. de agua, evitando pérdidas de líquido por salpicaduras.

Nota: El volumen de agua colocado en el balde debe ser reproducible. Debe ser cambiado para

cada determinación.

3. Operación del calorímetro.

● Coloca el balde con la bomba y el agua dentro de la camisa. Conectar los electrodos, cerrar

la tapa y bajar el termómetro. Se hace funcionar el agitador. Colocar el termómetro Parr. (

● Realiza la ignición. presionando el interruptor por 5 seg. no debe hacerse por un tiempo

mayor ya que puede dañarse la unidad.

● Si se ha efectuado la combustión se verá que la temperatura asciende en pocos minutos.

● Durante 20 seg. después de haber hecho ignición, debe mantenerse la cabeza alejada de la

tapa del calorímetro

● Registra las lecturas de tiempo y temperatura leyendo el termómetro de precisión cada 30

seg. hasta obtener un valor constante.

● Levantar el termómetro, abrir el calorímetro, desconectar los electrodos y sacar el balde.


Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:


Práctica 7. Determina el calor de reacción del ácido benzoico mediante el uso de la bomba calorimétrica.

Objetivo:


Determinar el calor de reacción de una mezcla orgánica mediante el uso de la bomba calorimétrica,

para interpretar su comportamiento de las reacciones de combustión.

Introducción:

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1 Espátula C7H6O2


H2O destilada

1 Vidrio de reloj


1 Parrilla de calentamiento

1 Calorímetro

1 Probeta 100 ml

Procedimiento:

● Pesa 1g de Ácido benzoico.

● Registra el peso del frasco con el ácido.


● Una vez que la muestra se coloca en la bomba, esta se sella se hace presión en su interior

con oxígeno y finalmente se agrega agua.

● Registra la temperatura del agua

● Enciende el mecanismo para llevar a cabo la reacción

● Registra el aumento de la temperatura del agua.

Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:



Práctica 8. Determina la entalpía en una reacción química por diferencia de temperaturas.

Objetivo:

Determinar la medición de calor de reacción de una sustancia orgánica mediante el chequeo de su

temperatura para cuantificar la variación de entalpía

Introducción:

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ml

HCl

1 Calorímetro NaOH


H2O destilada

2 Probeta 100 ml

1 Parrilla de calentamiento

1 Espátula


analítica


Procedimiento:

● Prepara las soluciones que se piden en 250 ml de agua.

● Adiciona 25 ml de HCl 0.5 M a un vaso térmico para café, y medir la temperatura

(temperatura inicial).

● Adiciona al mismo vaso 25 ml de NaOH 0.5 M, mezclando con agitación.

● Mide la temperatura lo más pronto posible, después adicionar y mezclar la segunda

solución (temperatura final).

Marcha Analítica:

Resultados:


Conclusiones:



Resultado de Aprendizaje 2.2. Determina el equilibrio y cinética química en los procesos

fisicoquímicos de transformación mediante cálculos y reacciones analíticas.

A. Análisis del equilibrio químico en procesos fisicoquímicos de transformación.

B. Interpretación de la Cinética química

C. Aplicación de la termodinámica y electroquímica en los procesos industriales.

D. Descripción de equipo auxiliar para la interpretación de cinética química.

Actividad 1. Escribe la letra correspondiente dentro del paréntesis conectando el concepto con el

significado.

( ) Relación entre el producto entre las concentraciones

de los productos (en el equilibrio) elevadas a sus

correspondientes coeficientes estequiométricos, y el

producto de las concentraciones de los reactivos (en el

equilibrio) elevadas en sus correspondientes coeficientes

estequiométricos

A. Efecto de la temperatura

( ) Causará un desplazamiento del equilibrio en el sentido

de la reacción que absorba calor.

B. Equilibrio químico

( ) El aumento de reactivos causará un desplazamiento

del equilibrio hacia la formación de productos.

C. Constante de equilibrio

( ) Cuando las concentraciones de cada una de las

sustancias que intervienen (reactivos o productos) se

estabiliza, es decir, se gastan a la misma velocidad que se

forman.

D. Efecto de la presión

( ) El equilibrio se desplazará hacia el lado de la reacción

donde haya menor número de moles gaseosos,

contrarrestando de esta manera la disminución de

volumen.

E. Equilibrio dinámico

( ) Es una reacción que nunca llega a completarse, pues

se produce simultáneamente en ambos sentidos (los

reactivos forman productos, y a su vez, éstos forman de

nuevo reactivos).

F. Efecto de la concentración

Actividad 2. Para las siguientes reacciones escribe la expresión para las constantes de equilibrio

Kp y Kc y señala sus unidades:

1.

2.

3.

4.


Actividad 3. En cada uno de los siguientes casos determina cuando la mezcla tiene tendencia a

formar reactivos y cuando productos:

1.

2.

Actividad 4. Resuelve los siguientes ejercicios aplicando la Ley de Faraday.

1. ¿Qué intensidad debe tener una corriente para que deposite 85 gramos de calcio en dos horas?

(Datos: Ca = 40 ; F = 96 500 C/mol)

2. En una celda electrolítica conteniendo CuCl2 fundido se hace pasar una cierta cantidad de

corriente durante 2 horas, observándose que se deposita cobre metálico y se desprende cloro.

a) Disocie la sal y escriba ajustadas las reacciones que se producen en el ánodo y en el cátodo.

b) Determine la intensidad de corriente necesaria para depositar 15.9 g de cobre.

c) Calcule el volumen de cloro obtenido a 25 °C y 1 atm. Datos. Masa atómica: Cu = 63.5.

F = 96485 C. R = 0.082 atm·L·mol−1·K−1

3. Se hace pasar una corriente de 4 amperios durante una hora a través de NaCl fundido.

a) Qué cantidades de cloro y sodio se depositan en ánodo y cátodo.

b) Calcula que volumen de cloro se desprende en c.n. E° Na+ /Na = -2,71V E° Cl2/2Cl- = +1,36V.

Actividad 5. Esquematice 5 tipos de pilas galvánicas indicando las reacciones que sucede en cada

una de ellas.

Nombre Imagen Reacción


Práctica 9. Determina la conductividad en soluciones por medio de un conductímetro.

Objetivo:

Determinar la conductancia de diferentes soluciones mediante el uso del conductímetro, para

estudiar el comportamiento de electrolitos débiles y fuertes en solución bajo la influencia de un

campo eléctrico.

Introducción:

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1 Espátula HCl


H2O destilada

1 Vidrio de reloj KCl

1 Conductimetro CH3CO2K


ml

CH3COOH

1 Pipeta 5 ml

1 Probeta 100 ml


Procedimiento:

1. Preparación de soluciones.

● Prepara soluciones acuosas de HCl, KCl, KAc y HAc a las siguientes concentraciones de cada

uno: 0.05 M; 0.02 M; 0.01 M; 0.005 M y 0.001 M. Estas disoluciones se preparan por

diluciones sucesivas; a partir de soluciones de partida de concentraciones 0.1 M.

● Para la determinación de la constante de celda se toma una solución de KCl 0.02 M (lo más

exacta posible) cuya conductividad especifica se conoce.

2. Mediciones de conductancia o conductividad.

● Para medir el valor de conductancia de una determinada solución, se agrega un volumen de

100 ml. de ésta solución a una celda de conductividad

● Sumerge en la solución el electrodo y se realizan las mediciones, con el conductímetro. Para

el manejo de éste consulte al profesor. El electrodo debe quedar completamente cubierto

por la solución.

● Realiza la medida de conductancia por duplicado. Al finalizar la medida coloque el botón de

comando del puente en la posición off.

● Saca el electrodo de la celda de Conductividad.

● Lava el electrodo de conductividad con abundante agua destilada utilizando una piseta para

tal propósito.

● Repite el mismo procedimiento para todas las soluciones.

3. Medida de la conductancia del agua destilada.

● Determina el valor de la conductancia del agua destilada tal como se indicó en el punto

anterior.

● Calcula la dureza Brinell en acero, bronce y aluminio.

Marcha Analítica:


Resultados:


Conclusiones:



Práctica 10. Determina la variación de solubilidad de un sólido por la temperatura.

Objetivo:

Determinar variación de solubilidad de un sólido mediante pruebas químicas para conocer su

comportamiento en función de sus propiedades fisicoquímicas.

Introducción:

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ml

C2H2O4

1 Parilla de calentamiento

NaOH


H2O destilada

2 Probeta 100 ml Fenolftaleína

1 Baño maría

1 Espátula


analítica


1 Pipeta 5 ml

1 Varilla de vidrio

Procedimiento:

1. Preparación de ácido oxálico.

● Se preparan unos 300 ml. de solución saturada de ácido oxálico, a unos 5°C por encima de

la máxima temperatura a estudiar (30 °C). Se utiliza un vaso de doble pared en el baño

termostatizado y se agita continuamente utilizando la varilla de vidrio. Algunos sólidos se

disuelven muy lentamente, es esencial asegurarse que la solución inicial está saturada.

Antes de utilizarla debe agitarse por lo menos 15 minutos sin que haya una disminución

apreciable en el exceso de sólido presente.

2. Variación de la solubilidad del ácido oxálico con la temperatura

● Determina la solubilidad del ácido oxálico por lo menos a cinco temperaturas diferentes,

utilizando la solución de NaOH 1,0000 N Las temperaturas de trabajo recomendadas son

25°C, 20°C, 15°C, 10°C y 5°C. (Puede acelerarse la disminución de temperatura adicionando

hielo).

a) Espera a que la solución de ácido oxálico preparada según paso 1. Alcance la temperatura

deseada. Se agitará constantemente. (a)

● Toma dos muestras (alícuotas de 10 ml) cuando la solución llega a la temperatura requerida,

las cuales se transfieren a dos matraz aforado previamente pesadas. Para evitar succionar

los cristales de ácido oxálico debe colocarse en la punta de la pipeta a un filtro adaptado a

tal efecto con lana de vidrio.

● Pesa las muestras extraídas y se titulan con la solución de NaOH estandarizada.

b) Si hay concordancia entre los resultados de ambas titulaciones, se procede a colocar el

control de temperatura del termostato en el siguiente valor de temperatura. En caso

contrario se vuelve a tomar una alícuota de la solución y se repite la titulación.

● Repite los pasos (a). y (b) para las otras temperaturas a estudiar.

Marcha Analítica:


Resultados:


Conclusiones:



Referencias Bibliográficas

1. Guía pedagógica del módulo análisis fisicoquímicos. CONALEP. Extraído de la master web.

Consultado: Julio, 2019.

2. Programa de estudios del módulo análisis fisicoquímicos. CONALEP. Extraído de la master

web. Consultado: Julio, 2019.

3. Principios de fisicoquímica. Sexta edición. Levine, Ira N. Mc. Graw Hill. Consultado: Julio,

2019.

4. Operaciones unitarias en Ingeniería química. Cuarta edición. Warren L. Mc Cabe. Graw

Hill. Consultado: Julio, 2019.

5. Procesos de transferencia de calor. Herrera Díaz, F. [En línea]. Disponible desde: <

http://avalon.utadeo.edu.co/dependencias/publicaciones/alimentica2/libro4a.pdf>.


6. Conductividad calórica. Fisicanet. [En línea]. Disponible desde:

<https://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/tp07_conductividad_calorica.php>.


7. Equilibrio químico. UNAM. [En línea]. Disponible desde: <

http://depa.fquim.unam.mx/amyd/archivero/Equilibrio_quimico_23415.pdf>. Consultado:

Julio, 2019.

8. Tabor, D.: Gases, Liquids, and Solids, 3a. ed., Cambridge, 1991.

9. Tester, J. y M. Modell: Thermodynamics and Its Applications, 3a. ed., Prentice- Hall, 1997.

10. Van Ness, H. C. y M. M. Abbott: Classical Thermodynamics of Non-Electrolyte Solutions,

McGraw-Hill, 1982.

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