DETERMINACIN DE ENTALPAS DE DISOLUCIN Y REACCIN

Objetivo Determinar los siguientes calores de reaccin:(Experimental) Disolucin del hidrxido de sodio slido:

a. NaOH (s) + H2ONaOH (aq) Ha =

(Experimental) Neutralizacin de disoluciones de NaOH (aq) y HCl (aq):

b. NaOH (aq) + HCl (aq) > NaCl (aq) + H2O (l) Hb =

(Experimental y por la ley de Hess) Reaccin del NaOH (s) y una disolucin de HCl (aq):c. NaOH (s) + HCl (aq) > NaCl (aq) + H2O (l) Hc =

FundamentoEl calor de disolucin, reaccin, etc. (estos procesos se van a realizar a presin constante, la atmosfrica, por lo que sern entalpas) es el calor (absorbido o desprendido) que interviene en el proceso qumico.

Se calcula a partir de la variacin de temperatura experimentada por el sistema final* (una vez completada la reaccin, es decir, por los productos se supone que la reaccin es completa por lo que no quedan reactivos y por el recipiente), mediante la expresin q = Ce*m*T.

El calor absorbido o desprendido por la reaccin se invierte pues en disminuir o incrementar la temperatura de la masa de la disolucin final (sal, cido, agua, etc.) y la masa del recipiente (vaso de precipitados) que actuar a modo de calormetro, del que se supondr conocido su calor especfico.

Adems, al ser la masa de agua mucho mayor que la de la sal o cido (es decir, es una disolucin muy diluida), la masa total de la disolucin final se supondr que tiene un calor especfico prcticamente igual al del agua, y la disolucin se puede considerar que tiene densidad igual a la del agua por lo que la masa de la disolucin en gramos ser numricamente igual al volumen de la disolucin en mL.

As:

q reaccin = calor absorbido por la disolucin final + calor absorbido por el vaso de precipitados [1]

que teniendo en cuenta la aproximacin comentada

q reaccin = Ce(agua)* m(disolucin) * T + Ce(vaso)*m(vaso)* T [2]

siendo

Ce(agua) = 1 cal/g * C = 4,18 J/g* C; Ce(vaso) = 0,84 J/g* C

* Justificacin de que el calor de reaccin es el calor absorbido/desprendido por el sistema final

Consideremos la reaccin Reactivos > Productos que se desarrolla en un calormetro (recipiente abierto con paredes adiabticas, q = 0), por lo que mediremos la entalpa de reaccin Hr a una T determinada (si en la reaccin se producen gases tendra que realizarse en un recipiente cerrado y adiabtico, esto es, una bomba calorimtrica, en la que vara la presin, midiendo por tanto Er).

En el grfico se representa un ciclo termoqumico, en el que se cumple Hr = H1 + H2 [3].

El proceso 1 es el real del laboratorio en el que los Reactivos a una temperatura T pasan a Productos a una temperatura final Tf, ms alta que la inicial si es un proceso exotrmico.

Como es adiabtico por transcurrir en el calormetro, q = 0, y presin y volumen (estamos trabajando con sustancias en fase condensada) constantes, luego H1 = 0 [4].

El proceso 2 corresponde al paso de Productos de la Tf a T, es decir, a un enfriamiento en el caso de una reaccin exotrmica.

Entonces,

H2 = Cproductos* m productos*(T Tf) + Ccalormetro* mcalormetro*(T Tf) [5].

Obsrvese como H2 es negativa en el caso de que la reaccin sea exotrmica.

El proceso 3 es justamente Hr, el calor de reaccin que deseamos medir y que corresponde al paso de Reactivos a Productos a la T determinada.

Teniendo en cuenta las relaciones [3], [4] y [5] se obtiene:

H2 = Cproductos* m productos*(T Tf) + Ccalormetro* mcalormetro*(T Tf) [6]

En la que se pone de manifiesto que el calor de reaccin se puede medir a partir de la variacin de temperatura que experimenta el sistema final (productos y calormetro).Si adems los productos consisten mayormente de agua, tendremos la expresin [2].Material y Reactivos

Hidrxido de sodio en lentejas Vaso de precipitados de 250 mL (calormetro) Disolucin de HCl 0,5 M (100 ml) Vaso de precipitados auxiliar Disolucin de NaOH 0,5 M (100 ml) Probetas de 100 y 200 mL Vidrio de reloj, esptula, varilla de vidrio Termmetro

a. MEDIDA DE LA ENTALPA DE DISOLUCIN DEL NaOH (s) EN AGUA (Ha)

1. Se pesa el vaso de precipitados limpio y seco. Se vierte en l 50 mL de agua medidos con la fiola. Se medir (una vez estabilizada) y anotar la temperatura inicial.m(vaso) = ..Ti =.

2. Pesar 2 g de NaOH en un vidrio de reloj y verterlos en el vaso de precipitados, agitando (sin salpicar) con la varilla hasta disolver completamente, teniendo el vaso apoyado en la mesa y sujetndolo por el borde superior con la mano. Introducir el termmetro en la disolucin y anotar la temperatura ms alta alcanzada.m(NaOH) =.Tf = .

3. Realizar los clculos:masa de disolucin (agua + NaOH) = ..T =..q absorbido por la disolucin = q1 = Ce(agua)*m(disolucin)*T q absorbido por el vaso = q2 = Ce(vaso)* m(vaso)*T q total absorbido = q1 + q2 nmero de moles de NaOH =.

Entalpa de disolucin por mol de NaOH disuelto (con el signo adecuado) = Ha =

4. Calcular el valor terico de Ha teniendo en cuenta que las entalpas molares estndar de formacin (a 25 C) son: NaOH (s)= 426,7, Na+ (aq)= ,239,7 y OH (aq)= 230 kJ/mol. respectivamente y Comparar con el valor obtenido experimentalmente.

b. MEDIDA DE LA ENTALPA DE NEUTRALIZACIN DEL NaOH (aq) y HCl (aq) (Hb)

1. Se pesa el vaso de precipitados limpio y seco. Se vierte en l 50 mL de NaOH 0,5 M medidos con la probeta. Se anotar la temperatura inicial.m(vaso) = . Ti =2. Medir con una probeta limpia y seca 50 mL de HCl 0,5 M, procurando que su temperatura sea la misma que la de la disolucin de NaOH (no calentar la probeta con la mano).3. Verter el contenido de la probeta sobre el NaOH (cido sobre base) del vaso de precipitados. Remover con la varilla hasta mezclar, teniendo el vaso apoyado en la mesa y sujetndolo por el borde superior con la mano. Anotar la temperatura mxima que se alcanza. Tf =..4. Realizar los clculos:masa de disolucin (masa disolucin NaOH + masa disolucin HCl) =..T =q absorbido por la disolucin = q1 = Ce(agua)* m(disolucin)* T = .q absorbido por el vaso = q2 = Ce(vaso)*m(vaso)*T =q total absorbido = q1 + q2 =.nmero de moles de NaOH =entalpa de neutralizacin por mol de NaOH (signo adecuado) = Hb =5. Comprobar, simplificando, que esta neutralizacin corresponde al proceso neto de formacin de agua lquida a partir de sus iones en disolucin acuosa.6. Sabiendo que a 25 C las entalpas normales estndar de formacin son: H+ (aq) = 0, OH (aq) = 230 y H2O (l) = 285,8 kJ/mol, Ce vidrio = 0,876 kJ/mol. Calcular la entalpa normal de neutralizacin (la correspondiente a la simplificada del paso 5). Comparar con el resultado experimental del paso 4.

c. DETERMINACIN DE LA ENTALPA DE REACCIN ENTRE NaOH (s) Y DISOLUCIN DE HCl(aq) (Hc)

Medida experimentalmente: Se procede como en el primer proceso, pero aadiendo los 4 g de NaOH slido a 100 ml de disolucin de HCl 0,5 M:

1. Se pesa el vaso de precipitados limpio y seco. Se vierte en l 100 ml de disolucin de HCl 0,5 M medidos con la probeta. Se anota la temperatura inicial.m(vaso) = Ti =

2. Pesar 4 g de NaOH en un vidrio de reloj y verterlos en el vaso de precipitados, agitando con la varilla hasta disolver completamente (sin salpicar), teniendo el vaso apoyado en la mesa y sujetndolo por el borde superior con la mano. Introducir el termmetro en la disolucin y anotar la temperatura ms alta alcanzada.m(NaOH) = Tf =

3. Realizar los clculos:masa de disolucin (masa disolucin HCl + masa NaOH) = T =

q absorbido por la disolucin = q1 = Ce(agua)*m(disolucin)*T = q absorbido por el vaso = q2 = Ce(vaso)*m(vaso)*T = ..q total absorbido = q1 + q2 =.nmero de moles de NaOH = .entalpa de reaccin por mol de NaOH = . Hc = .

Calculada a partir de la ley de Hess:Escribir las ecuaciones del ciclo:Calcular Hc Hess = Ha + Hb =

Comparar los resultados de Hc Hess con los obtenidos experimentalmente.