Termoquímica - Informe 1

LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA

GRUPO C: TERMOQUÍMICA

UNMSM 1

Universidad Nacional Mayor de San Marcos

Facultad de Química e Ing. Química

E.A.P Microbiología y Parasitología

Departamento de Fisicoquímica

TERMOQUÍMICA

Laboratorio

Práctica N°1

Profesor: Dr. Aldo J. Guzmán Duxtan

Grupo

Espettia Rodríguez María Fernanda 15100005

Reaño Quispe Kimberly 15100048

Ventura Rodriguez Josue Enrique 14100143

14 de setiembre de 2015



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TABLA DE CONTENIDOS

I. RESUMEN .................................................................................. 3

II. INTRODUCCIÓN……………………………………… ............ 4

III. PRINCIPIOS TEÓRICOS……………………………… ............ 5

IV. DETALLES EXPERIMENTALES ................................................. 7

V. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS ............................ 15

EXPERIMENTALES…………………………………. ........... 15

VI. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS……… ................ 20

VII. CONCLUSIONES…………………………………… .............. 21

VIII. RECOMENDACIONES……………………………… ............. 22

IX. BIBLIOGRAFÍA……………………………………… ............. 23

X. APÉNDICE…………………………………………… ............ 24



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I. RESUMEN

OBJETIVOS:

Verificar que existe cambio térmico en las reacciones químicas

CONDICIONES DE LABORATORIO:

Presión atmosférica: 766mmHg

Temperatura: 22 0C

%HR: 94%

FUNDAMENTO TEÓRICO

El calor de reacción se calculó de la siguiente forma:

a) Agua fría (termo) con agua tibia (pera):

(W)(Ce)(TE-EC)=C’ (TF-TE)

b) Capacidad calorífica de todo el sistema:

C=C’+WCe

El calor de neutralización se calculó de la siguiente forma:

RESULTADOS PRIMORDIALES:

Capacidad calorífica del calorímetro 245.3432

cal/g 0C Calor de neutralización:

Valor experimental: -58,27 kcal/mol

Valor teórico: -13.7 kcal/mol

Porcentaje de error: 52,53 %

RECOMENDACIÓN:

-Medir correctamente las temperaturas, pues de estas dependen los resultados

experimentales.



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II. INTRODUCCIÓN

En la práctica que llevamos a cabo, el objetivo principal es determinar el cambio térmico que

acompaña a las reacciones químicas. Para ello usaremos el concepto de la conservación de la

Energía: La Energía no se crea ni se destruye solo se transforma. Esto quiere decir que a través

de nuestro experimento determinaremos la cantidad de energía que toma o desprende cierta

cantidad de reactivos, en este caso ácidos y bases que al reaccionar estudiaremos su

comportamiento con conceptos previamente estudiados.

Los temas desarrollados en el informe que presentaremos a continuación son estos mismos:

capacidad calorífica y calor de neutralización; Ambos hallados experimentalmente.



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III. PRINCIPIOS TEÓRICOS

TERMOQUÍMICA

Rama de la Fisicoquímica que estudia las transferencias de calor asociadas a las

reacciones químicas, toda reacción química se produce por absorción o liberación de

energía.

a) Las reacciones químicas se pueden clasificar desde un punto de vista energético, el

calor puede ser de:

- Exotérmicas: aquellas que desprenden calor a la vez que se forman nuevas

sustancias.

- Endotérmicas: aquellas que sólo tienen lugar si se suministra calor a los reactivos.

b) Las reacciones químicas se pueden clasificar también de acuerdo al proceso

químico involucrado, el calor puede ser de:

-Neutralización

-Reacción

-Combustión

EL CALOR DE UNA REACCIÓN

Es el calor intercambiado en el curso de la reacción considerada, o, en un sentido más

general, es igual al cambio de entalpía del sistema cuando la reacción ocurre a presión

o a volumen constante. A presión constante se mide la variación de energía interna y

el trabajo, en tanto que en el segundo caso solo se mide la variación de energía

interna. Un procedimiento para medir el calor de reacción es por medio de un

calorímetro.2

El calor que interviene en una reacción puede calcularse a partir de una ecuación que

relaciona el calor con la variación de temperatura, y es la siguiente:

Q= m. Ce. T



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Donde:

Q: calor

m: masa de sustancia

Ce: calor específico de la sustancia

T: variación de temperatura

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

Es el calor liberado que acompaña a la reacción de 1eq gr de ácido fuerte con 1 eq gr de base

fuerte. Cuando se trata de la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, ambos

están totalmente disociados y el calor de reacción puede calcularse a partir de la ec. Iónica

neta

H+ (ac) + Cl- (ac) + Na+ (ac) +OH- (ac) → Na+ (ac) +Cl- (ac) + H2O (l) (Rx. iónica total)



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IV. DETALLES EXPERIMENTALES

A) MATERIALES

Frasco de termo con tapón (Calorímetro)

Agitador

Pera



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Termómetro digital de 0 a 100 °C

2 Vasos de precipitados de 250 ml

2 matraz de Erlenmeyer

Pipeta de 3 ml



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2 probetas (100 y 250 ml)

Bureta y soporte para bureta

Hornilla o calentador



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B) REACTIVOS

Solución de NaOH 0.2N (Soda Cáustica)

Solución de HCl 0.8N

Biftalato de potasio



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Fenolftaleína. (Indicador)

Pisceta:

C) APLICACIÓN DE EQUIPOS

Frasco de termo con tapón: sirvió para contener el agua fría que interviene en

el calorímetro.

Pera: de modo contrario al termo, esta se empleó para verter el agua caliente.

Agitador: formó parte del sistema (calorímetro) nos permitió, de modo

mecánico, mezclar mejor las diferentes sustancias.

Termómetro digital: permite registrar las diferentes temperaturas de modo más

práctico; ya que la temperatura se sobrescribe en la pantalla digital del mismo.

Vaso de precipitado: lo empleamos para verter en él 150 ml de agua, y

posteriormente calentarla.

Matraz de Erlenmeyer: de empleo en conjunto con la bureta para realizar el

proceso de neutralización.



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Pipeta: nos permitió obtener los 3 ml de HCl de modo más exacto, y proceder

con el segundo experimento.

Probetas: se necesitó de este instrumento cuando se requería obtener

volúmenes de determinadas sustancias.

Bureta: aquí añadimos los 50ml de NaOH para poder realizar la neutralización.

Hornilla: se empleó para calentar, en este caso, 150 ml de agua.

D) PROCEDIMIENTO

1) CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORÍMETRO

- En el frasco termo se vertió 150 ml de agua de caño, se midió la temperatura inicial

en el termo

- El agua fue calentada hasta que haya adquirido una temperatura alrededor de los

40 oC. Una vez conseguido la temperatura indicada el agua se pasó del vaso a la

pera.



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- Se añadió 150 ml de agua de caño a un vaso, posteriormente se calentó el agua

en una hornilla. Luego se armó el sistema; empleando el frasco termo, la pera, el

agitador y el termómetro.

- Procedimos a abrir la llave de la pera y dejar que ambas aguas se mezclen,

agitando constantemente y anotado las temperaturas, cuando estas sean

constantes.

2) CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE SOLUCIÓN 0.2N DE NaOH CON SOLUCIÓN 0.8N

DE

HCl.

- Se pesó y diluyó 0.1g aprox. de biftalato de potasio. Luego se diluyó en agua, y se

agregaron 3 gotas de fenolftaleína.



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- Se añadió 50ml de NaOH a la bureta, y luego pasamos a titular. Se anotó el

volumen gastado de hidróxido de sodio.

- Se añadió HCl en un matraz. Y se agregaron 3 gotas de fenolftaleína. Con el

sistema usado previamente, se tituló el ácido con la base. Se anotó el volumen

gastado de hidróxido de sodio.

- Se colocó en el termo vacío el mayor volumen de base gastado, y en la pera el de

menor volumen de ácido calculado. Se dejó caer el ácido sobre la base, y se midió

la temperatura cuando tomó un valor constante.



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V. TABULACIÓN DE DATOS Y RESULTADOS

EXPERIMENTALES

5.1 TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

Tabla #1: Condiciones experimentales de laboratorio

P (mmHg) T(0C) %HR

760 22.7 94%

CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORIMETRO

Tabla #2: Datos iniciales de las diferentes aguas.

Tabla #3: Datos obtenidos en la mezcla de las aguas

Tiempo (s) Temperatura (0C)

11 23.4

21 25.5

30 27.7

47 28.7

56 30.8

69 32

79 32.6

96 33.6

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE SOLUCIÓN 0.2N DE NaOH CON SOLUCIÓN 0.8N DE HCl.

Tabla #4: Datos obtenidos de la valoración del NaOH

W de biftalato de

potasio (g)

V gastado del NaOH

(ml)

indicador viraje

0.1052 1.5 fenolftaleína Incoloro grosella

PERA FRASCO TERMO

T i ( 0 C) 41 22

V i ) ml ( 150 150



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Tabla #5: Datos obtenidos de la valoración del HCl

V HCl (ml) V gastado del NaOH

(ml)

indicador viraje

3 13.8 fenolftaleína Incoloro grosella

Tabla #6: Datos iniciales de las soluciones

Temperatura NaOH (0C) Temperatura HCl (0C)

20,8 21,2

Tabla #7: Datos obtenidos de la neutralización

Tiempo (s) Temperatura (0C)

10 20.8

11 21.7

19 22.2

29 22.8

42 23.5

53 23.9

5.2 TABLA DE DATOS TEÓRICOS


Tabla #8: Datos teóricos del agua Calor especifico del agua (cal/g0C) 0.99859

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE SOLUCIÓN 0.2N DE NaOH CON SOLUCIÓN 0.8N DE HCl. Tabla

#9: Datos teóricos del calor de neutralización

Calor de neutralización (kcal/mol) -13,70



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5.3 CÁLCULOS


V= 150 ml

W=150 g

Ce (agua)= 0.99859 cal/g0C

Temperatura de equilibrio (TE)= 33.6ºC

Temperatura del agua caliente (TC)= 410C

Temperatura del agua fría (TF) = 220C

(W)(Ce)(TE-EC)=C’(TF-TE)

150(0.99859)(33.6-41)=C’(22-33.6)

95.5547=C’

C=C’+WCe

C=95.5574+(150)(0.99859)

C=245.3432

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE SOLUCIÓN 0.2N DE NaOH CON SOLUCIÓN 0.8N

DE HCl.

- NORMALIDAD DEL NaOH

Se trabajó con NaOH 0,2N para esto se utilizó el biftalato de potasio BKH:

W = 0,1052 g; Peso Equivalente (BHK) = 204,22 g/mol

NNaOH= WBHK/(PEBHK)(VNaOH)

NNaOH

NNaOH=0,3434

- NORMALIDAD DEL HCl



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NHCl= (NNaOH)(VNaOH)/VHCl

NHCl

NHCl=1.579

Con las normalidades corregidas podemos obtener los volúmenes de ambas sustancias

(NHCl)(VHCl)=(NNaOH)(VNaOH)

(VHCl)/(VNaOH) … (1)

VNaOH+VHCl=300ml … (2)

De 1 y 2

VNaOH=54.9

VHCl=245.1

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

Q = C(T2-T1)/n

Q=

Q=5827.51

Q=58.27 kcal/mol

%Error= [(VT-VE)/VT] x100

%Error=[(-13.7-58.27)/-13.5]x100

%Error=52.53%

5.4 TABLAS DE RESULTADOS Y % ERROR




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Tabla #10: Capacidad calorífica del sistema

Capacidad calorífica del

sistema (cal/g 0C)

245,3385

CALOR DE NEUTRALIZACIÓN DE SOLUCIÓN 0.2N DE NaOH CON SOLUCIÓN 0.8N DE HCl. Tabla

#11: Resultado de las valoraciones

NaOH HCl

Normalidad 0.3434 1,579

Volumen (ml) 245,1 54.9

Tabla #12: Resultados del calor de neutralización y el % de error

Calor de neutralización (kcal/mol) % Error

-58,27 52,53



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VI. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

Durante la experiencia en la que se encuentra agua fría en el termo y agua caliente en la

pera, la temperatura de equilibrio ha debido de ser aproximadamente 31.5 grados, mas el

resultado fue 33.6 grado, adquiriéndose un porcentaje de error de 6.25% lo cual es

bastante favorable.

Este porcentaje de error no es pronunciable, empero las causas básicamente son las

condiciones en la que se trabaja, como por ejemplo, puede que el termo haya tenido

rasgaduras o, por lo que los resultados no fueron lo suficientemente óptimos.

Con respecto a la neutralización, el valor de entalpía calculado en la experiencia tuvo un

porcentaje de error promedio siendo las concentraciones mal calculadas, una de las

causas o también que el ácido y la base no tenían en sí las concentraciones indicadas.

Si empezamos a detallar, la experiencia con el biftalato de potasio, la base que es la soda

cáustica (NaOH), los posibles errores han podido deberse a que al momento de echar la

soda cáustica a la bureta, el líquido no haya entrado completamente, que al momento de

pesar e biftalato, se haya calculado mal su peso o que la cantidad de fenolftaleína usada

no fue la correcta.

Las concentraciones indicadas en los envases del ácido y la base no eran los correctos,

debido a que estos debieron de mezclarse con otro tipo de sustancia, alterando las

normalidades del ácido y la base.

En la primera experiencia, cuando se vierte el líquido caliente de la pera al termo

(calorímetro), se puede apreciar que la temperatura disminuye con el tiempo hasta

alcanzar un valor constante.

En la segunda experiencia, con los ácidos y bases, el asunto es contrario, se aprecia que

en la reacción de neutralización, la temperatura aumenta con el tiempo hasta alcanzar un

valor constante.

El tiempo, es una de las cualidades específicas por las cuales se consigue una nitidez de

cálculos bastante correctos.



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VII. CONCLUSIONES

Siempre que dos sustancias líquidas a diferentes temperaturas se junten, ambas

absorberán o liberarán la misma cantidad de calor para que se llegue a un equilibrio y se

establezca el intercambio calorífico.

En la neutralización de un ácido que es fuertemente ionizado, es decir que está en

solución diluida, por una base igualmente fuerte en ionización, trae como consecuencias

el calor de neutralización que no depende del ácido ni de la base.

El calor desprendido en una reacción química es constante e independiente de que en la

reacción se realice en una o más etapas.

Todo cambio químico o físico, incluidos los sistemas vivos, ocurrirán en condiciones de

presión constante de la atmosfera.



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VIII. RECOMENDACIONES

En cada reacción química a realizar, se utilizan los vasos de precipitados, matraces o tubos

de ensayo generalmente abiertos para que la presión sea la de la presión atmosférica.

Las entalpías mayormente se realizan en temperaturas a condiciones estándar (1atm,

T=273 K=25°C)

Para la reutilización de un material o instrumento, se debe lavar con abundante agua,

recomendable agua destilada, para evitar la mezcla de sustancia y los porcentajes de

error elevados.

El cálculo del tiempo, debe ser exacto en lo mas mínimo, para obtener resultados

esperados.



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IX. BIBLIOGRAFÍA

(1) https://quimica-en-biologia-uam-ls.wikispaces.com/file/view/3-Termoquimica.pdf

(2) http://www3.uah.es/edejesus/resumenes/QG/Tema_10.pdf

(3) Atkins P., Jones L.- PRINCIPIOS DE LA QUÍMICA Los caminos del descubrimiento –

Panamericana - 3ra edición – Colombia – pag. 225, 226 y 227 – 2007

(4) Hougen. Watson. Ragatz – principios de los procesos químicos – Reverté SA – Tomo

I: balance de materia y energía – España – 360,361- 2006

http://selectividad.intergranada.com/Quimica/Clase/Tema_4_Termoquimica.pdf

http://materias.fi.uba.ar/6302/TP5.pdf



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X. APÉNDICE

10.1 CUESTIONARIO

1. ¿Cuáles son las reglas que se deducen de la ley de Hess? Dar ejemplos.

De la ley de Hess se deduce las siguientes reglas:

a) Se aplica cuando las reacciones intermedias o la reacción global realmente no

puede llevarse a cabo.

b) Siempre que la ecuación para cada paso esté equilibrada y las ecuaciones

individuales se sumen para dar la ecuación de la reacción de interés.

c) Una entalpia de reacción puede calcularse a partir de cualquier secuencia

conveniente de reacción.



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2. Explique el efecto de la temperatura sobre el calor de reacción. Señale las ecuaciones

correspondientes.

Matemáticamente, si se quiere saber la influencia de la variación de una variable sobre otra,

se debe calcular la derivada de esa variable con respecto a la que se estudia. Por lo tanto si se

quiere determinar la influencia de la temperatura sobre el calor de reacción se debe derivar

la expresión del calor de reacción con respecto a la temperatura.

Al diferenciar el calor de la reacción con respecto a la temperatura se llega a establecer una

relación entre ésta y la temperatura mediante las capacidades caloríficas a presión constante

de productos y reactivos, tal como se muestra en las siguientes ecuaciones:



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3. Defina los siguientes términos termodinámicos

- Proceso: es un conjunto de operaciones ordenadas a la transformación inicial de

sustancias en productos finales diferentes.

- Cambio de estado: se denomina cambio de estado a la evolución de la materia

entre varios estados de agregación sin que ocurra un cambio en su composición.

- Proceso cíclico: Definimos un proceso cíclico, como aquel cuya secuencia de

estados regresa el sistema a las condiciones iniciales: se cumple un ciclo. Los

proceso cíclico constan, al menos, de una etapa de expansión (Wexp>0) y una de

contracción (Wcont<0).

- Proceso Reversible: De una manera simplificada, se puede decir que un proceso

reversible es aquel proceso que, después de ser llevado de un estado inicial a uno

final, puede retomar sus propiedades originales.

https://es.wikipedia.org/wiki/Estado_de_agregaci%C3%B3n_de_la_materia



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