Universidad de OrienteNúcleo de Sucre

Escuela de CienciasDepartamento de Química

Laboratorio De Fisicoquímica ICumaná – Edo. Sucre

Estudiantes:Rodríguez, Jhasnair. C.I.: 22629973

Jiménez, Juan. C.I.: 23582227

ProfesorMarcos Loroño

Cumaná, noviembre del 2014

Resumen

El objetivo principal de esta práctica es la determinación del calor de neutralización

mediante un método calorimétrico de dos sistemas (NaOH-HCl y NaOH-CH3COOH) a

presión constante. Los resultados obtenidos fueron los siguientes:

Conc.

NaOH

(mol/L)

Conc. HCl

(mol/L)

Conc.

CH3COOH

(mol/L)

ΔH NaOH-HCl

(kJ/mol)

ΔH NaOH-CH3COOH

(kJ/mol)

2,04 2,02 2,05 14.227 Cal 12.198 Cal

Para determinar el calor de neutralización de ambas disoluciones fue necesario

conocer la concentración real de cada componente mediante la titulación. La reacción

acido- base se llevó a cabo en un calorímetro a presión constante, donde se pudo medir los

cambios de temperatura a través del calor generado durante la reacción.

Según los valores obtenidos en los cálculos mostrados en la tabla anterior, el error

en relación al calor de neutralización fue de % para la mezcla NaOH-HCl y % para la

mezcla de NaOH-CH3COOH.

Objetivos

General

Determinar el calor de neutralización de una reacción ácido base.

Específico

Encontrar la capacidad calorífica de un calorímetro

Determinar el calor de neutralización de una mezcla NaOH-HCl.

Determinar el calor de neutralización de una mezcla NaOH-CH3COOH.

Materiales y Métodos

Materiales e instrumentos ReactivosPlancha de calentamiento

Ácido acético (CH3COOH)PipetaPropipeta

Ácido clorhídrico (HCl)BeakerBureta

Hidróxido de sodio (NaOH)Matraz aforadoAgitador de vidrio

Biftalato de potasio (KHC8H4O4)TermómetroCalorímetro

Agua destiladaBalanza analítica

Método:

La práctica consistió en la medición de los cambios de temperatura a diferentes intervalos de tiempo de la mezcla de NaOH-HCl y NaOH-CH3COOH. En conjunto con la capacidad calorífica del calorímetro previamente obtenida, se pudo determinar el calor de neutralización de las disoluciones de NaOH-HCl y de NaOH-CH3COOH.

Introducción

En esta práctica analizaremos el comportamiento de distintos sistemas formados por un ácido fuerte y una base fuerte y un ácido débil con una base fuerte, respectivamente. El ácido clorhídrico (HCl) y el hidróxido sódico (NaOH) son ejemplos de un ácido y una base fuerte, el ácido acético (CH3OOH) con el hidroxido de sodio. Cada disolución constituye un sistema y mientras se encuentre a una temperatura constante y no ocurran reacciones químicas en su seno, podemos considerarlas como sistemas en estado de equilibrio.

Cuando se mezclan, las especies iónicas de ambas disoluciones abandonan el equilibrio y evolucionan hacia uno nuevo. A esta transición se la denomina proceso. En éste, los iones de una especie se rodean de los de la otra resultando una situación termodinámicamente más favorable. Energéticamente esto quiere decir que si se suman las energías de los dos sistemas iniciales, el resultado es un valor mayor que el que corresponde a la disolución final. Cada disolución constituye un sistema y mientras se encuentre a una temperatura constante y no ocurran reacciones químicas en su seno, podemos considerarlas como sistemas en estado de equilibrio.

Si usted mezclara ambas disoluciones en un matraz, comprobaría rápidamente qué ocurre con la energía sobrante: se invierte en aumentar la energía cinética de las partículas, lo que queda evidenciado macroscópicamente por un aumento brusco de temperatura. El nuevo sistema se encuentra desplazado del equilibrio termodinámico y su temperatura es ahora diferente de la del medio que lo rodea. Como consecuencia de este desequilibrio termodinámico tiene lugar una transferencia de energía, entre el sistema y el medio, que denominanos calor.

Calor es una palabra que se emplea coloquialmente en diferentes contextos, sin embargo cuando se utiliza no suele incorporar su acepción científica. El calor es una forma de transferencia de energía que tiene lugar entre sistemas que se encuentran a diferentes temperaturas y es una magnitud que se puede medir fácilmente. En términos generales el calor depende del proceso y no de los estados inicial y final. Por ello se dice que esta magnitud no es función de estado.

Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden ser endotérmicas, si absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los cambios endotérmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos con signo negativo, de acuerdo con la primera ley de la termodinámica. El cambio de entalpía ocurrido en la reacción directa es exactamente opuesto en la reacción inversa. Este efecto térmico es el mismo sin importar si la reacción ocurre en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la constitución, el estado físico de reactivos y productos y de la expresión estequiométrica.

Calor de Neutralizacion

Calor de neutralización: El calor de neutralización es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo de ácido es neutralizado por una base. El calor de neutralización tiene un valor aproximadamente constante, en la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte, ya que en esta reacción se obtiene como producto en todos los casos un mol de agua, que es formada por la reacción:

H+ + OH- → H2O ó H3O+ + OH → 2H2O

En cada una de las reacciones anteriores se obtienen 13,7 kcal. Esta constancia en la entalpía de neutralización, se entiende fácilmente cuando se recuerda que los ácidos y bases fuertes y las sales, están completamente disociados en sus soluciones diluidas; y, en tal consecuencia el efecto químico común a todas estas neutralizaciones, que es sustancialmente el único cambio responsable para el efecto térmico observado, es la unión de los iones hidratados hidrógeno e hidroxilo para formar agua no ionizada. O sea, si la ecuación anterior de neutralización se escribe en forma iónica, se tiene que:

Na+(aq) + OH- (aq) + H+(aq) + Cl-(aq)- → Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O

Y cancelando los iones comunes en ambos miembros de la igualdad:

OH- (aq) + H+(aq) → H2O

Esta constancia en la entalpía de neutralización no se mantiene en la neutralización de soluciones de ácidos débiles por bases fuertes, bases débiles por ácidos fuertes o de ácidos débiles por bases débiles.

En todos estos casos el valor de ∆H es menor y mucho menor en el siguiente caso:

HCN (aq) + NaOH (aq) → NaCN (aq) + H2O En donde se obtiene -2.9 kcal.

En estos últimos casos el ∆H de neutralización difiere del valor constante citado, porque la formación del agua a partir de sus iones no es el único proceso químico que acompaña a la neutralización, ya que paralelamente a la combinación de los iones hidratados hidrógeno e hidroxilo, va ocurriendo la ionización de los solutos débiles, siendo el efecto térmico observado la suma de las entalpías de ionización y neutralización.

El calorímetro

El calorímetro (o vaso Dewar), consiste en un recipiente con doble pared de vidrio entre las que se ha practicado un cierto grado de vacío que disminuye la pérdida de calor por

conducción y convección. La pared interna se encuentra recubierta de una superficie reflectante que evita en parte la pérdida de calor por radiación.

Las reacciones de neutralización que vamos a llevar a cabo tendrán lugar en este dispositivo. El calor que se desprenda cuando ocurra la reacción partirá de la disolución y se cederá al interior del recinto sin pérdidas energéticas al exterior, por lo que podrá ser medido. El cálculo de la energía desprendida se realizará posteriormente a partir de la medida de la variación de latemperatura de la disolución.

Fig 1. Esquema de un calorímetro sencillo de laboratorio.

Discusión

Los ácidos como las bases fuertes y sus sales derivadas están completamente disociadas en sus respectivos iones cuando se hallan en solución acuosa suficientemente diluída. Desde este punto de vista, una solución diluída de HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solución acuosa; y similarmente, una solución diluída de NaOH consiste en iones Na+ e OH- en solución acuosa.

Después de la neutralización, la solución restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. La reacción puede ser interpretada como iónica de la siguiente manera:

Na+ (ac) + OH- (ac) + H+ (ac) + Cl- (ac) → Na+ (ac) + Cl- (ac) + H2O (l), o sea cancelando los términos comunes:

OH- (ac) + H+ (ac) → H2O (l) ΔH 25°C = -13680 cal

Así, el resultado neto real de la neutralización de disoluciones diluidas de ácidos y bases fuertes es la producción de agua a partir de iones hidrógeno e iones hidroxilo (o hidróxido). El valor medio aceptado el calor neutralización es de por cada mol de agua formado. Este valor se acerca al valor teórico dando un error de 3,78%, que representa la formación de agua a partir de sus iones.

La neutralización del ácido acético (CH3COOH) con NaOH, el calor desarrollado es de sólo 12198 cal por mol de agua formado. La diferencia de calor no desarrollado (14227-13300 = 927 cal), puede ser interpretada como el calor requerido para completar la disociación del ácido acético en iones H+ y CH3COO- a medida que la reacción de neutralización tiene lugar; Por cada ión H+ proveniente del CH3COOH que se neutralice con un ión OH-, más CH3COOH se ionizará en H+ y CH3COO- hasta que la neutralización sea completa; esta ionización del CH3COOH, requiere calor, que se obtiene a expensas del calor que se desarrolla en la unión de los iones H+ y OH- para formar H2O.

Conclusiones La capacidad Calorifica del calorímetro fue de 145,70 Joules.

El ΔH 25°C de la reacción del ácido fuerte (HCl)y la base fuerte (NaOH) fue de 14227 cal y su error relativo fue de 3,78%

El ΔH 25°C de la reacción del ácido débil (CH3COOH)y la base fuerte (NaOH) fue de 12198 cal y su error relativo fue de 4,33%

El calorímetro funciona como un aislante, debido a que no permite la salida y el ingreso de calor. La precisión del termómetro es relativa y lo notamos ya que al hacer la experiencia varias veces nos da resultados distintos.

El calor es energía que es transferida de un sistema a otro, debido a que se encuent ran a d i ferentes n ive les de tempera tura . Por es ta razón, a l   p o n e r l o s d o s c u e r p o s e n c o n t a c t o , e l q u e s e e n c u e n t r a a m a y o r   tempera tura t ransf iere ca lor a l o t ro has ta que se logra e l equi l ibr io térmico

. C u a n d o l a t e m p e r a t u r a d e l s i s t e m a a u m e n t a Q y ∆ T

s e c o n s i d e r a n  pos i t ivas , lo que corresponde a que la energía té rmica f luye hacia e l sistema, cuando la temperatura disminuye, Q y ∆T son negativas y la energía térmica fluye hacia fuera del sistema.

Efectivamente se observó que el flujo de calor se da entre dos cuerpos a diferentes temperaturas, siendo en este caso el calor del agua tibia al agua fría, debido a que se encuentra a menor temperatura, Se observó que el flujo de calor en las nuestras se da por conducción, y que el calor absorbido por el agua se dio por convección

Bibliografía

Levitt, B.P. Química Física Práctica de Findlay. Editorial Reverté. 1979

Atkins, P.; de Paula, J. Atkins Química Física. 8ª ed. Capítulo 2. Editorial Médica Panamericana, 2008.

• Reboiras, M.D. Química. La Ciencia Básica. Capítulo 7. Ed. Thomson, 2006.

 Bertotti, M.; Quim. Nova 2011, 34, 1836.

ANEXOS

Cálculos:

Masa de NaOH para preparar la solución a estandarizar.

mNaOH=CNaOH x V solució nNaOH x Mm

mNaOH=4,0907 g

Masa de biftalato de potasio (KHC8H4O4) necesaria para la estandarización

mKHC8H 4O 4=CNaOH xV gastado NaOH x Mm

mKHC8H 4O 4=2,0398 g

Concentración de NaOH.

CNaOH= mKHC 8H 4O 4

MmKHC8 H 4O4×Volumengastado de NaOH

CNaOH=2,04mol /L

Estandarización de la solución de HCl con Na2CO3, para 5ml de HCl y 4,9ml de Na2CO3

CHCl×V HCl=CNa2CO3×V Na2CO3

CHCl=C Na2CO3×V Na2CO3

V HCl

=2,02mol /L

Estandarización de la solución de CH3COOH con NaOH, para 5ml de CH3COOH y 5 ml de NaOH

CCH3COOH×V CH3COOH

=C NaOH×V NaOH

CCH3COOH=CNaOH×V NaOH

V CH3COOH

=2,05mol /L

Capacidad calorífica del calorímetro.

Para el agua caliente:

qc=m .C . (T c−T eq )=(50g ) .( 4,184JgºC ) . (48,5−38,1 )ºC=2175 J

Para el agua fría:

q f=m.C . (T eq−T f )=(50 g ) .( 4,184 JgºC ) . (38,1−28,4 ) ºC=2029J

Para la capacidad del calorímetro:

q=(calor especificodel agua )× (gramosde solucion )× (∆T )

q=m×C×∆T⟹q=C×∆T⟹C= q∆T

q=(2175−2040 ) J=145,76 J

C= 4184 J(38,1−28,4 )ºC

=15,02cal

Calor de neutralización de un acido fuerte, HCl con una base fuerte, NaOH.

∆ H solucion=(m ) . (C ) . (∆T )=100 g×4,184J / g°C×(44−30)° C

∆ H solucion5857J

∆ H calorimetro=C×∆T=15,02J /° C×(44−30)° C

∆ H calorimetro=210,28J

∆ H reaccion=∆H calorimetro+∆H solucion=(5857+210,28 ) J

∆ H reaccion=6066 J

Moles de ∆ H reaccion

nNaOH=50×10−3L×2,04mol /L=0,102mol

∆ H ¿6066J

0,102mol=59,47kJ

mol=14227Cal

Error porcentual:

E%=|∆ H teorico−∆ H experimental|

∆ H teorico

x 100

E%=3,78 %

Para el cálculo del calor de neutralización de la disolución de NaOH-CH3COOH se

procedió de la misma forma obteniéndose un ∆ H ¿50,99J

mol=12198Cal . Y un error

porcentual E%=4,33 %