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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
LABORATORIO DE FISICOQUÍMICA
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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
CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORIMETRO
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
CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORIMETRO
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
CAPACIDAD CALORÍFICA DEL CALORIMETRO
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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.