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INFORME N2
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UNIVERSID D N CION L DE INGENIERF CULT D DE CIENCI S
ESCUEL PROFESION L DE QUMIC
LABORATORIO DE QUMICA GENERAL II
Leyes de la Termoqumica
INFORME N 2
PROFESORA: Lic. ROSA SAYN RIVERA
INTEGRANTES: GARCIA OSORIO DANIEL
VILLEGAS ROSALES KEVIN
VILCHEZ YOVERA RICARDO
CDIGOS: 20100437F
20100389A
20104088F
FECHA DE REALIZACIN DE LA PRCTICA: 7/09/2010
FECHA DE ENTREGA DEL INFORME: 14/09/2010
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I.-OBJETIVOS
Determinar la capacidad calorfica del calormetro. Determinar el calor de neutralizacin. Determinar el calor de disolucin. Determinar el calor de reaccin, Hr aplicando las leyes de la termoqumica y
diferenciarlo con el calor de formacin, Hf.
Ii.- Fundamento tericoLa termoqumica es la rama de la fisicoqumica que estudia la relacin entre las reaccionesqumicas y los cambios de energa asociados a las mismas. El calor asociado con un procesoqumico depende no solo del cambio que pueda ocurrir a presin o volumen constante sino de lascantidades de sustancias consideradas, del estado fsico de dichas sustancias de la temperatura y dela presin.
CALOR DE FORMACION
La entalpa de formacin (fH0) de un compuesto qumico es la variacin deentalpa de la reaccin
de formacin de dicho compuesto a partir de las especies elementales que lo componen, en su formams abundante. Por ejemplo, la entalpa de formacin delagua,formada porhidrgeno yoxgeno,sera equivalente a la entalpa de reaccin dehidrgeno diatmico yoxgeno diatmico.
As, la entalpa de formacin de un compuesto es la energa necesaria para formar un mol de dichocompuesto a partir sus elementos, medida, normalmente, en unas condiciones de referencia
estndar, 1 atm de presin y una temperatura de 298 K (25 C).
Esta entalpa es negativa cuando se trata de una reaccin exotrmica, que desprende calor, mientrasque es positiva cuando es endotrmica, y resulta nula para los compuestos diatmicos.
Calor de NeutralizacinEl calor de neutralizacin es definido como el calor producido cuando un equivalente gramo decido es neutralizado por una base. Este valor depende de:
La naturaleza qumica del cido y base utilizados
Sus concentraciones La temperatura
http://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno_diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgeno_diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3geno_diat%C3%B3micohttp://es.wikipedia.org/wiki/Ox%C3%ADgenohttp://es.wikipedia.org/wiki/Hidr%C3%B3genohttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Entalp%C3%ADa -
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El calor de neutralizacin tiene un valor aproximadamente constante en la neutralizacin de uncido fuerte con una base fuerte, ya que en esta reaccin se obtiene como producto en todos loscasos un mol de agua, que es formada por la reaccin:
H++ OH- H2O
o
H3O++ OH- 2 H2O
En cada una de las reacciones anteriores se obtienen 13,7 kcal.
Esta constancia en la entalpa de neutralizacin, se entiende fcilmente cuando se recuerda que loscidos y bases fuertes y las sales, estn completamente disociados en sus soluciones diluidas; y, ental consecuencia el efecto qumico comn a todas estas neutralizaciones, que es sustancialmente elnico cambio responsable para el efecto trmico observado, es la unin de los iones hidratadoshidrgeno e hidroxilo para formar agua no ionizada. O sea, si la ecuacin anterior de neutralizacinla escribimos en forma inica, tenemos:
Na+ (aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O (l)
Y cancelando los iones comunes en ambos miembros de la igualdad:
OH-(aq) + H+(aq) H2O (l)
Esta constancia en la entalpa de neutralizacin no se mantiene en la neutralizacin de soluciones de
cidos dbiles por bases fuertes, bases dbiles por cidos fuertes o de cidos dbiles por basesdbiles. En todos estos casos el valor de H es menor y mucho menor en el siguiente caso:
HCN (aq) + NaOH (aq) NaCN (aq) + H2O (l)
En donde se obtiene -2.9 kcal.
En estos ltimos casos el H de neutralizacin difiere del valor constante citado, porque la
formacin del agua a partir de sus iones no es el nico proceso qumico que acompaa a laneutralizacin, ya que paralelamente a la combinacin de los iones hidratados hidrgeno ehidroxilo, va ocurriendo la ionizacin de los solutos dbiles, siendo el efecto trmico observado lasuma de las entalpas de ionizacin y neutralizacin.
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LA LEY DE HESS
La Ley de Hess establece que:si una serie de reactivos (por ej. A y B) reaccionan para dar una serie de productos (por ej. C y
D), la cantidad de calor involucrado (liberado o absorbido), es siempre la misma,independientemente de si la reaccin se lleva a cabo en una, dos o ms etapas; siempre y cuando,
las condiciones de presin y temperatura de las diferentes etapas sean las mismas.
No importa si el proceso que inicia con los reactivos A yB para generar los productos C y D, se realiza en unaetapa, en dos etapas o en tres etapas la cantidad de calorinvolucrada en el proceso total, siempre ser la misma(HRx.) En otras palabras, si nos dan una serie dereacciones con sus correspondientes HRx., paradeterminar HRx., la de una reaccin particular, debemos combinar las reacciones dadas
(sumarlas, invertirlas o multiplicarlas por un factor), para obtener la reaccin deseada. Recuerde,que si invierte una reaccin, entonces el signo de su HRx., se cambia; adems, si una reaccinse multiplica por un escalar, el valor de su HRx., tambin se debe multiplicar por el mismoescalar.
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Iii.-DIAGRAMA DEL PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL:
Experimento N1.- Determinacin de la Capacidad Calorfica del SistemaCalorimtrico
EMPLEAR
COLOCAR
REGISTRAR
AGREGAR
CERRAR
AGITAR
CALORIMETRO:
- Termmetro- Termo- Corcho
119 ml de agua destilada
en el calormetro
T de equilibrio
119 ml de agua (4C)
Anotar temperatura
119 ml de agua (4C)
119 ml de agua (4C)
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Experimento 2.- Determinacin del Calor de Dilucin de H2SO4
Se lee la temperatura inicial
T0del calormetro + de agua
destilada
Se pesa una probeta
conteniendo 23,8 mL
de H2SO49M
T inicial = 19CVH2o=214,2 mL
M probeta+acido= 147.00g
Se determin la
temperatura final del
sistema calorimtrico +
cido sulfrico 9M
T final= 20C
Se peso nuevamente la
probeta vaca
Mprobeta=118.74g
Determinacin del Calor
de Dilucin de H2SO4
Apuntamos losdatos para
clculos
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Experimento 5: Determinacin del Calor de Disolucin de CaCl2
Se midi la temperatura
inicial del calormetro con mL
de agua destilada
T inicial = C
Se peso el cloruro
de calcio
M CaCl2= g Se agreg al calormetro yse determin la
temperatura final de
e uilibrio
Tfinal = C
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Iv.-DATOS TABULADOS:
EXPERIMENTO n 01 DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DELSISTEMA
El volumen del calormetro fue 238 ml por lo que se tuvo que emplear regla de tres para obtener
las proporciones correctas. Observamos de esa forma que la temperatura de equilibrio fue 13.5C
y tard unos minutos para alcanzar la estabilidad de temperatura.
Algo que se debe recalcar es que la T del agua helada (4C) no es precisa.
Vcalorimetro 238ml
VH2O(destilada normal) 119mlVH2O(helada 4C) 119ml
To (H2O normal) 20,0CTeq (final) 13,5C
EXPERIMENTO n 02 : DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION DEH2SO4
La concentracin del (0,1M) no es apreciable por lo que su empleo en el experimento no caus
problemas. La reaccin de neutralizacin libero energia por lo que se not la variacin de 1C( ennuestro caso). Un dato curioso fue que al tomar la temperatura del agua sometida al ambiente ,
esta fue de 20C, diferente en un 1C, con respecto al experimento numero 2.
Volumen agua destilada 214,2 mL
Volumen H2SO49 M 23.8 mL
Temperatura agua destilada Ti= 19 C
Temperatura final de equilibrio Tf= 20 C
Masa probeta mas H2SO4 147.00 gMasa probeta 118.74 g
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EXPERIMENTO n 03 DETERMINACIN DEL CALOR DE NEUTRALIZACION
SUSTANCIA CONCENTRACIN VOLUMEN TO TEQH2SO4 0,1M 119ml 20,0C 21,0CNaOH 0,2M 119ml 20,0C 21,0C
EXPERIMENTO n 04 DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE HClCON Ca(OH)2
Se observ que al neutralizar HCl con Ca(OH)2, la temperatura tambin aument.
Y tambin se observo que la solucin final es de color naranja
Volumen HCl 1.2 M mL
Masa Ca(OH)2 7,4 g
Temperatura inicial Ti = 20C
Temperatura final Tf = 34C
EXPERIMENTO n 05 DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION DE CaCl2
Se observ que al disolver CaCl2en agua la temperatura aument.
Volumen agua destilada 200 mL
Masa de CaCl2 4g
Temperatura inicial Ti = 20C
Temperatura final Tf = 21C
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V.-CALCULOS:
EXPERIMENTO n 01 DETERMINACIN DE LA CAPACIDAD CALORFICA DELSISTEMA
Qcalorimetro+ Qagua destilada+ Qagua helada= 0
Ccalorimetro(Tf- T2) + magua destiladacagua(Tf- T2) + magua heladacagua(Tf- T1) = 0
Donde:
Tf: temperatura final del sistemaT1: temperatura del agua fraT2: temperatura del agua destiladacagua= 1 cal/gC = 4.184 J/gC
Ccalorimetro=229,7 J/C
Determinacin de la capacidad calorfica del agua:
CH2O= mtotal de agua.caguaCH2O= (238 g) (4.184 J/g.C)CH2O= 995,7 J/C
Determinacin de la capacidad calorfica del sistema calormetro:
Csistema= Ccalorimetro+ CH2O
Csistema= 229,7J/C +995,7 J/CCsistema= 1225,4 J/C
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EXPERIMENTO n 03 DETERMINACIN DEL CALOR DE
NEUTRALIZACION
La ecuacin de la reaccin es:
H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O (l)
El acido como la base son electrolitos fuertes, entonces estn completamente ionizados
en la disolucin
2 H+(aq) + SO42-(aq) + 2Na+(aq) + 2 OH-(aq) 2Na+(aq) + SO4
2-(aq) + 2 H2O (l)
La ecuacin inica neta es:
H+(aq) + OH-(aq) H2O (l)
Se tienen 3 procesos:
Dilucin del H2SO4(aq)
Dilucin del NaOH(aq)
Neutralizacin
Pero solo se considerara la dilucin del H2SO4
En el calormetro:
Qsistema+ Hneutralizacin+ Hdilucin= 0
Csistema(Tf- Ti) + q neutralizacin + n(H2SO4) dilucion= 0
( )
Donde q: numero de equivalentes
q = q(H2O) = q(H2SO4) = q(NaOH)
n(H2SO4) = MV = (0.1)(119) mmol = 11.9mmol
q = q(H2SO4) = 2n(H2SO4) = 2 (11.9)meq = 23,8 meq
neutralizacin= -51.47 kJ/eq
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EXPERIMENTO n 04 DETERMINACION DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DE HClCON Ca (OH)2
La ecuacin para la reaccin es:
2 HCl (aq) + Ca(OH)2(s) CaCl2. H2O (aq) + H2O (l)
Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) + 2H+(aq) + 2 OH-(aq) CaCl2. H2O (aq) + H2O (l)
q = q (HCl) = q (Ca(OH)2)
q = q (HCl) = NV = (1.2) (200) meq = 0.240eq
( )
r = - 71.481kJ/eq
EXPERIMENTO n 05 DETERMINACION DEL CALOR DE DISOLUCION DE CaCl2
CaCl2(s) + H2O (l) CaCl2. H2O (aq)
En el calormetro se tiene
Qsistema+ n(CaCl2) disolucion= 0
Csistema(TfTi) + n(CaCl2) disolucion= 0
n(CaCl2) = / = 4/111=0.0360
disolucion= - 34.04kJ/mol
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Calculo de H para la reaccin: Ca2+
(aq) + 2Cl-(aq) CaCl2(s)
Combinando las reacciones anteriores y usando la Ley de Hess se tiene:
Ca2+(aq)+2Cl-(aq)+2H+(aq)+2OH-(aq) CaCl2.H2O(aq)+H2O(l) H=-62.88kJ
2 H2O (l) 2 H+(aq) + 2 OH-(aq) H=115.4kJ
CaCl2. H2O (aq) CaCl2(s) + H2O (l) H=26.15kJ
Ca2+(aq)+ 2Cl-(aq) CaCl2(s) Hr=78.67kJ
La reaccin es endotrmica.
Tericamente para esta reaccin se tiene:
Hr = Hf(CaCl2(s)) - Hf(Ca2+(aq)) - 2Hf(Cl
-(aq))
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VI. DISCUSIONES
Experimento 1: Determinacin de la Capacidad Calorfica del Sistema Calorimtrico
Para encontrar el calor de reaccin de todas las reacciones, fue necesario encontrar la capacidad
calorfica del sistema, (calormetro ms agua), y como es un sistema aislado (no pierde calor) ser
este sistema el que lo reciba; as, el calor producido o absorbido por la reaccin se puede
determinar midiendo el cambio en la temperatura y usando la capacidad calorfica del sistema.
Experimento 2: Determinacin del Calor de Dilucin de H2SO4
En el acid sulfrico el proceso de dilucin es muy exotrmico, y por consiguiente es peligrosodisminuir su concentracin agregndole agua ya que libera una gran cantidad de calor.
El proceso que se recomienda seguir es agregar poco a poco el cido al agua al tiempo que se
agita constantemente.
Experimento 3: Determinacin del Calor de Neutralizacin de H2SO4con NaOH
Se trata de la neutralizacin de un cido fuerte con una base fuerte, esta magnitud representa el
calor de formacin de un mol de H2O a partir de los iones H+y OH-provenientes del acido y la base
que se ionizaron completamente; pero adems, se diluyen las sustancias participantes, as quetambin se ver involucrado un calor de dilucin.
Experimento 4: Determinacin del Calor de Neutralizacin de HCl con Ca OH)2
La neutralizacin del cido clorhdrico (HCl) con el hidrxido de calcio (Ca(OH) 2) produce un
cambio un cambio en la temperatura por la neutralizacin del H+ y OH- provenientes de los
reactantes, pero adems implica el cambio trmico ocasionado por la disolucin del soluto y su
ionizacin.
Experimento 5: Determinacin del Calor de Disolucin de CaCl2
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La disolucin de un compuesto inico, como el CaCl2 en agua implica interacciones complejas
entre el soluto y del disolvente. Como las atracciones in-dipolo, que tienen la fuerza suficiente
para sacar a los iones de sus posiciones en el cristal, y la hidratacin de dichos iones. Estasinteracciones son las que produjeron la liberacin del calor en la disolucin de CaCl2, aunque no
toda disolucin es exotrmica.
VII. CONCLUSIONES
Se obtuvo la capacidad calorfica del calormetro .
Se determin el calor de neutralizacin del cido sulfrico con hidrxido de sodio ydel cido clorhdrico con hidrxido de calcio, siendo y respectivamente.
Se determin el calor disolucin para el cido sulfrico y cloruro de calcio.
Se determin el calor de reaccin Hraplicando las leyes de la termoqumica y sediferenci del calor de formacin, Hf.
La neutralizacin de HCl con Ca(OH)2implica un cambio trmico por la formacinde H2O y por la disolucin de Ca(OH)2.
La disolucin puede ser exotrmica o endotrmica dependiendo de la naturaleza delos iones del soluto.
Viii.-Cuestionario
1.- Explicar las diferencias entre el calor integral de disolucin y calor diferencial
de disolucin.
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El proceso de disolucin de una sustancia suele ir acompaado de una absorcin o
desprendimiento de calor que, referido a un mol de sustancia, se conoce con el nombre de "calor
molar de disolucin". Sin embargo, esta magnitud no es constante sino que depende de la
cantidad de disolvente y, por lo tanto, de la concentracin de la disolucin. Al disolver
gradualmente una masa de sustancia en una cantidad de disolvente dada, la composicin de ladisolucin vara desde la del disolvente puro hasta la de la disolucin final. La expresin:
se conoce como Calor diferencial de disolucin.
Sin embargo, es ms interesante conocer la cantidad de calor absorbida o desprendida por mol de
sustancia en el proceso completo, es decir, cuando se disuelve toda la sustancia en la cantidad de
disolvente elegida. A la cantidad de calor generada en estas condiciones se le llama calor integralde disolucin, y viene dado por:
Como el calor integral de disolucin depende de la concentracin es preciso especificar sta.
2.- Cul es la diferencia entre el calor de hidratacin y el calor solucin?
el calor de disolucin o entalpa de disolucin es el calor generado o absorbido cuando cierta
cantidad de soluto se diluye en cierta cantidad de disolvente y el cambio de entalpa asociado alproceso de hidratacin de los iones gaseosos se llama calor de hidratacin, adems el calor de
solucin es mayor al calor de hidratacin.
3.- Escribir una ecuacin que relacione el efecto de la temperatura sobre el calor
de reaccin.
La ecuacin que relaciona el efecto de la temperatura con el calor de reaccin es la ecuacin de
Kirchhoff, la cual se obtiene manteniendo la P constante, se deriva con respecto a T la expresin
que nos da la entalpa de reaccin:
Se parte de la definicin de y se deriva respecto de latemperatura apresin constante yqueda:
http://es.quimica.wikia.com/index.php?title=Temperatura&action=edit&redlink=1http://es.quimica.wikia.com/index.php?title=Presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://images.wikia.com/wikitex/images/5/5c/5cb/289b0a196708dca0aa05b08bcde1e1.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/e/e0/e0f/ab6637016cc775eeedb8f69fdb4e21.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/5/5c/5cb/289b0a196708dca0aa05b08bcde1e1.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/e/e0/e0f/ab6637016cc775eeedb8f69fdb4e21.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/5/5c/5cb/289b0a196708dca0aa05b08bcde1e1.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/e/e0/e0f/ab6637016cc775eeedb8f69fdb4e21.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/5/5c/5cb/289b0a196708dca0aa05b08bcde1e1.pnghttp://images.wikia.com/wikitex/images/e/e0/e0f/ab6637016cc775eeedb8f69fdb4e21.pnghttp://es.quimica.wikia.com/index.php?title=Presi%C3%B3n&action=edit&redlink=1http://es.quimica.wikia.com/index.php?title=Temperatura&action=edit&redlink=1 -
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pero:
y entonces:
Si la presin se mantiene constante, se puede poner la ecuacin anterior con derivadas totales, yqueda:
si se reordena:
que integrando:
es decir:
4.- A que se llama Entalpa de formacin de iones? Ejemplo.
Entalpa de formacin de iones o energa de ionizacin es la energa mnima (en kJ/mol)
necesaria para quitar un electrn de un tomo en estado gaseoso, en su estado fundamental. Ej.
H2 H++ e-H = 1312 kJ/mol
5.- El agua lquida y el agua gaseosa tienen la misma entalpa? Explique.
No, tanto el agua lquida y el agua gaseosa tienen diferentes entalpas de formacin a partir de
sus elementos a una presin y temperatura dada.
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En el caso que involucren condiciones estndar, tendramos:
H2(g) + 1/2O2(g) H2O (l) Hf. = -285.8 KJ/mol
H2(g) + 1/2O2(g) H2O (g) Hf. = -241.8 KJ/mol
Por otra parte cabe destacar, cmo son diferentes estos valores, entonces la diferencia entre
ellos (aplicando la Ley de Hess) nos da el calor de vaporizacin (pasando de lquido a gaseoso).
Veamos:
H2O (l) H2(g) + 1/2O2(g) Hf. = +285.8 kJ/mol
H2(g) + 1/2O2(g) H2O (g) Hf. = -241.8 kJ/mol
Finalmente:
H2O (l) H2O (g) Ho = 44 kJ/mol
Esta variacin en la entalpia Ho no solo nos demuestra que esos valores son distintos sino que
coincide con el calor de vaporizacin.
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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500.
Gilbert W. Castellan. Fisicoqumica. 2 Edicin. Editorial Addison WesleyIberoamericana. Pg: 136-152
Chino eres unan zanahoria muy simptica !!!!
Adems que con esa pijama que me enseaste toda anaranjada te queda muy
bien el titulo de za ..zanahoria