UNIVERSIDAD CATÓLICA ANDRÉS BELLO GUAYANA Escuela de Ingeniería Industrial Manual de Prácticas Laboratorio Química CALORIMETRIA.

Transcripción

1 1. INTRODUCCION Un calorímetro es un dispositivo que mide la cantidad de calor que se produce en una reacción. Es un sistema adiabático y por lo tanto no permite la transferencia de energía con el medio ambiente; en tal sentido el calor liberado dentro del calorímetro debe ser totalmente absorbido por él. El balance del flujo de calor puede escribirse: abs= absorbido, lib= liberado q tot = 0 => q abs + q lib = 0 q (reacción) + q (sistema calorimétrico) = 0 Tipos de Calorímetros: a) Isocórico: La reacción se efectúa a volumen constante. Sé sumerge un recipiente de acero resistente (bomba) en un gran volumen de agua. Al producirse o absorberse calor por la reacción en el interior del recipiente de aluminio, se transfiere calor hacia o desde un gran volumen de agua. Así, sólo pueden producirse cambios muy pequeños de temperatura. No se efectúa trabajo cuando la reacción se verifica en un calorímetro de "bomba" aunque participen gases porque ΔV = 0. Por lo tanto, ΔE = qv (volumen constante) Para reacciones exotérmicas se puede escribir: Cantidad de Calor que = cantidad de calor que + cantidad de calor se pierde en la reacción gana el calorímetro que gana el agua 2 de 7

2 La ecuación que queda después de diversos cálculos y sabiendo que ΔE y ΔH son diferentes sólo cuando hay gases presentes, es la siguiente: ΔE (reacc) +Δ H (calm) + ΔH (ag) = 0 Como el calorímetro y el agua líquida sólo sufren cambios de temperatura (proceso físico) se tiene que: ΔE (reacc) + mcpδt (calm) + mcp ΔT (ag. líquida) = 0 El producto mcp de cada calorímetro es una constante, se determina de forma experimental y tiene el símbolo π, por lo que la ecuación anterior queda como: ΔE (reacc) + πδt (calm) + mcp ΔT (ag. líquida) = 0 b) Isobáricos: Su uso fundamental es para determinar el ΔH de reacciones en solución, las cuales no presentan el efecto p v. El calor transferido en ellos es igual a su ΔH y se puede escribir el balance de calor como: q = 0 => q (reacc) + q (calorímetro) + q (solución) = 0 Como la solución está compuesta por el solvente y la mezcla de solutos se puede escribir: ΔH (reacc) + ΔH (calorímetro) + ΔH (soluto) + ΔH (solvente) = 0 Como los experimentos calorimétricos se realizan con pequeñas cantidades de soluto, se puede despreciar el calor transferido por este, quedando entonces: ΔH (reacc) + ΔH (calorímetro) + ΔH (solvente) = 0 3 de 7

3 Como el calorímetro y el solvente sólo cambian de temperatura, se puede escribir: ΔH (reacc) + πδt (calorímetro) + mcpδt (solvente) = 0 2. OBJETIVOS: Una vez realizada la práctica, el estudiante deberá ser capaz de: Determinar mediante el uso de un calorímetro, el ΔH de fusión de una sustancia dada. ESTUDIO PREVIO: Para poder realizar esta práctica el estudiante debe repasar los siguientes conocimientos: Capacidades calorícas, Calorímetros, Entalpía de reacción y de fusión del hielo. 3. MATERIALES Y REACTIVOS: Materiales Balanza. Calorímetro. Vasos de precipitados 150 ml y 400ml. Pizetas. Cilindro graduado de 100 ml. Cronómetro. Mufla. Termómetro. Reactivos Agua destilada. Hielo. 4 de 7

4 4. PARTE EXPERIMENTAL: 4.1 CALCULO DE LA CAPACIDAD CALÓRICA DEL CALORÍMETRO Pesar el calorímetro vacío, incluyendo el termómetro Agregar 100 ml de agua destilada a temperatura ambiente Pesar el calorímetro y determinar el peso del agua Moviendo con mucho cuidado el agitador, se lee la temperatura inicial, y después de cada minuto se van efectuando lecturas en el termómetro hasta que la temperatura esté constante (aprox. 30 seg) Efectúe un gráfico Temperatura en función del tiempo Caliente hasta aproximadamente 80 ºC 100 ml de agua, anote la temperatura y añádale al calorímetro aproximadamente 60 ml Tome lecturas del termómetro cada 10 seg. Manteniendo una agitación constante, hasta que la temperatura tenga tres valores constantes Se pesa el calorímetro y se determina el peso de agua caliente Se calcula la constante π para el calorímetro. 5 de 7

5 4.2 DETERMINACIÓN DEL DH DE FUSIÓN DEL HIELO Pesar el calorímetro vacío, incluyendo el termómetro Agregar aproximadamente 100 ml de agua destilada a temperatura ambiente (Anotar la temperatura) Pesar el calorímetro y determinar el peso de agua agregado Agregar al calorímetro aproximadamente 30 g de hielo, el cual se seca previamente con una servilleta Agite suavemente y tome la temperatura inicial, y luego cada 30 seg hasta obtener tres valores constantes Pesar el calorímetro y determinar el peso del hielo por diferencia Calcule el ΔH de fusión del hielo 5. CALCULOS Y RESULTADOS 5.1. Determine el π del calorímetro 5.2. Determine el ΔH de fusión del hielo 5.3. Compare el valor obtenido del Δh(fusion del hielo) con el valor teórico y calcule él % de error. 6. PREGUNTAS SOBRE LA PRACTICA 6.1. Defina: Calorimetría, calor de fusión, calor de neutralización, calor de combustión Describa el calorímetro y señale las diferencias entre un calorímetro isocórico y otro isobárico Señale como se calcula q, w, ΔH y ΔE en un proceso que ocurre en un proceso isocórico y uno isobárico En una medición calorimétrica: Por qué es importante conocer la capacidad calorífica del aparato? 6 de 7

6 Cómo se determina experimentalmente? Señale las fuentes de errores que se cometen en la obtención de dicho valor En un calorímetro isobárico se mezclan 100 ml de agua a 85 C y 88 ml de agua a 15 C. Si la temperatura final llegó a 45 C. Calcular la capacidad calorífica En el mismo calorímetro se mezcla 100 ml de HCl: 0,8 M y 150 ml de NaOH: 0,60 M. La temperatura inicial es de 22 C y después de la reacción se incrementó en 1,2 C. Determine el ΔH de la reacción. 7. BIBLIOGRAFÍA: NUFFIELD FOUNDATION Química colección de experimentos Editorial Reverté primera edición España MAHAN AND MYERS Química curso universitario Addison Wesley Iberoamericana cuarta edición Mexico IRAZABAL, ALEJANDRO Química Laboratorio. Ediciones CO-80 segunda edición Caracas Realizado por: Universidad Católica Andrés Bello Caracas. Universidad Católica Andrés Bello Guayana. 7 de 7