Fsica qumica

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TERMOQUMICA

I. OBJETIVO:

- Se calcular mediante mtodo calorimtrico el calor de neutralizacin del

sistema constituido por cido sulfrico e hidrxido sdico. II. PRINCIPIOS TERICOS:

El calormetro constituye un dispositivo que evita fugas de energa en forma de calor entre su contenido y el exterior. Si esto es as, cabra pensar que la variacin de temperatura medida en la disolucin correspondera especficamente al calor generado en la reaccin?. No, an existe una porcin de energa que no estamos cuantificando ya que, las mismas paredes del calormetro, as como todos aquellos elementos que se encuentren en contacto con el cido y la base, absorben una cierta cantidad de calor, que invierten en elevar su temperatura. Imagine que pide un caf en un bar. Est muy caliente y para enfriarlo usted pide un vaso vaco. Al verter caf en el nuevo vaso, est haciendo que parte de la energa trmica del caf sea absorbida por las paredes, lo que ocasiona la disminucin de su temperatura. Lo mismo ocurre en el calormetro. En la neutralizacin se desprende energa. Parte se invierte en aumentar la temperatura de la disolucin (que es lo que se mide en el experimento), sin embargo otra porcin sirve para aumentar la de la pared interna del calormetro y la de cualquier otro dispositivo que est en su interior. Para conocer la porcin de energa absorbida por el mismo sistema calorimtrico, se calcula el equivalente en agua K. Para ello se aade agua al calormetro a una temperatura moderada alta y se mide su disminucin. Evidentemente, al igual que ocurra con el caf, el agua se enfra porque cede parte de su energa a la pared interna. Con la medida de la variacin de temperatura del agua, podemos calcular el calor que sta cede (Q1). Como el sistema est cerrado, el calor cedido por el agua coincide con el tomado por el sistema (Q2). El calor cedido por el agua es -Q1 (el signo indica prdida de energa):

- Q1 = - m c (tf - ti); Donde,

m = masa de agua introducida en el calormetro. c = calor especfico del agua. ti = Temperatura inicial del agua (instantes antes de verterla en el calormetro). tf = Temperatura final del agua = temperatura final del sistema.

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El calor absorbido por el sistema calorimtrico es +Q2, (el signo indica ganancia de energa):

+ Q2 = + K (tf - t0);

Donde, K = Equivalente en agua del calormetro t0 = Temperatura inicial del calormetro. tf = Temperatura final del sistema calorimtrico = temperatura final del agua.

Ahora bien, como el calor perdido por el agua lo toma el sistema calorimtrico, tendremos:

- Q1 = + Q2

- m c (tf - ti) = + K (tf - t0)

De donde, aproximando c = 1 calora/g C:

Clculo del calor de neutralizacin

Entonces, el calor producido en la reaccin de neutralizacin se invierte en, (a) elevar la temperatura de la solucin, y (b) elevar la temperatura del sistema calorimtrico. El calor necesario para elevar la temperatura inicial de la solucin (cido ms base) hasta la temperatura final del proceso ser:

Donde,

Qs = Calor tomado por la solucin. ms = Masa de la solucin (disolucin de cido + disolucin de base). cs = Calor especfico de la solucin. ta = Temperatura inicial del cido. tb = Temperatura inicial de la base. tf = Temperatura final del proceso.

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El calor tomado por el sistema viene expresado por la ecuacin:

(b) Q2 = K (tf - t0);

La suma de esta ecuacin y la anterior nos dar el valor del calor desprendido en la reaccin de neutralizacin (Q):

Recurdese que el valor del calor de neutralizacin viene expresado en unidades de energa desprendida por mol neutralizado, por lo que para calcular el calor de neutralizacin (Qn), bastar sustituir los valores en la ecuacin anterior y dividir por el nmero de moles neutralizados, esto es,

Tngase presente que el producto ms*cs se puede tomar como ms. El error cometido al hacer esta aproximacin es menor al uno por ciento.

III. PARTE EXPERIMENTAL

a) Materiales

- Probetas de 50 ml - Probeta de 100 ml - Vaso de precipitado de 150 mL. - Vasos de precipitado de 50 mL. - Matraz Erlenmeyer - Bureta 25 mL. - Calormetro. - Pipeta de 10 mL. - Termmetro

b) Reactivos:

- Acido sulfrico - Fenolftalena - Azul de bromotimol - Hidrxido de sdio - gua destilada

dosneutralizamolesdenumero

QQn

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c) Procedimiento:

1. Sistema: H2SO4 - NaOH

Prepare 200 mL de una disolucin 1 M de hidrxido sdico.

Determine la molaridad exacta del hidrxido sdico preparado aproximadamente 1 M.

Prepare 100 mL de una disolucin 0.5 molar (0.5 M) de cido sulfrico.

Determine la normalidad exacta del cido sulfrico preparado, aproximadamente 0.5M.

2. Equivalente en agua del sistema calorimtrico

Tmese la temperatura de las paredes perfectamente secas del calormetro (T0 agua).

Caliente aproximadamente 100 mL de agua hasta unos 70C (consulte

al profesor). Anote la temperatura inicial del agua (Ti agua) en la tabla 6.1.

Virtanse en el calormetro, activando simultneamente el cronmetro, 62 mL

del agua calentada (30 mL + 32 mL), tapando el calormetro lo ms

rpidamente posible. Tmense las temperaturas del sistema de 15 en 15

segundos durante un minuto y antelas en la tabla 6.1.

Realice otros dos ensayos siguiendo las instrucciones dadas en los prrafos

anteriores. Antense los valores obtenidos en la tabla 6.1.

3. Calor de neutralizacin del Acido Sulfrico frente al Hidrxido Sdico

Lavar y secar el calormetro .Dejarlo destapado con objeto de que tome la

temperatura ambiente.

Mdase en la probeta correspondiente al cido, 30 32 mL de esta solucin,

segn que su normalidad sea menor o mayor respectivamente que la del

hidrxido sdico. El objetivo es el de emplear ms volumen de la disolucin

que tenga mayor normalidad. Anote el volumen en la tabla 6.2.

Mdase en la probeta correspondiente al hidrxido sdico, 30 32 mL de

esta solucin, segn que su normalidad sea menor o mayor respectivamente

que la del cido. Anote el volumen en la tabla 6.2.

Tome la temperatura media de las paredes del calormetro dejando reposar

el termmetro en ste durante unos dos minutos. Anote esta temperatura

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(T0) en la tabla 6.2.

Tome las temperaturas de las disoluciones de cido y sosa. Anote estas

temperaturas en la tabla 6.2. Para simplificar los clculos se procurar que la

temperatura de ambas soluciones sea superior a la temperatura media del

calormetro.

Coloque el termmetro en la tapa del calormetro de forma que al tapar ste

con las soluciones reaccionantes en su interior, el bulbo quede dentro de la

solucin.

En esta operacin se invertir el menor tiempo posible: vierta en el

calormetro las soluciones contenidas en las probetas, tpelo y al finalizar

ponga en marcha el cronmetro.

Tome la temperatura del sistema cada quince segundos, durante un minuto,

agitando la solucin suavemente de vez en cuando. Anote las temperaturas

en la tabla 6.2.

Finalmente debe comprobar el carcter cido o bsico de la disolucin

resultante. Para ello aada una gota de azul de bromotimol sobre el

contenido del calormetro. El carcter debe coincidir con el de la solucin

aadida en exceso. Este dato es necesario para calcular el calor de

neutralizacin.

Antelo en la tabla 6.2. Si la solucin tiene carcter cido, los moles

neutralizados son los de base que intervinieron en la reaccin. Si por el

contrario la solucin tiene carcter bsico, los moles neutralizados sern los

correspondientes a los de cido empleado.

Tenga presente que cada mol de cido sulfrico consume dos de hidrxido

sdico.

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IV. RESULTADOS:

Calcule la constante de equivalente en agua del sistema calorimtrico (Kmedio), siguiendo las instrucciones dadas en este guin y antelo en la tabla 6.1.

Anote los datos de temperatura y tiempos del sistema H2SO4 NaOH en la tabla 6.2.

Calcule el calor de neutralizacin correspondiente al sistema H2SO4 NaOH. Antelo en la tabla 6.3.

Tabla 6.1 Equivalente en agua del sistema calorimtrico

Ensayo 1 K1 =

T0 ( Calormetro) = Ti agua=

Tiempo ( s ) 15 30 45 60

Temperatura ( C)

Ensayo 2 K2 =

T0 ( Calormetro) = Ti agua=

Tiempo ( s ) 15 30 45 60

Temperatura (C)

Ensayo 3 K3 =

T0 ( Calormetro) = Ti agua=

Tiempo ( s ) 15 30 45 60

Temperatura ( C)

K medio= ( K1+K2+K3 ) / 3 =

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Tabla 6.2 Sistema : H2SO4 - NaOH

M H2SO4 = V H2SO4 = T H2SO4 =

M NaOH = V NaOH = T NaOH =

T0 (calormetro) =

t(s) 15 30 45 60 75

T(C)

Carcter de la solucin (cido o bsico) :

Tabla 6.3 Calor de Neutralizacin

Sistema H2SO4 - NaOH

Qn (H2SO4 - NaOH)

%error

Autor: Laboratorio de Qumica UTP

Revisado, aumentado y corregido: Equipo de Laboratorio de Qumica UTP