Pràctica nº 9: Introducció a la calorimetria. Determinació d'una calor de reacció

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Pràctica nº 9: Introducció a la calorimetria. Determinació d'una calor de reacció"

Claudia Pérez Soto
hace 6 años
Vistas:

1 4803-Operacions Bàsiques i Seguretat en Laboratori Químic Pràctica nº 9: Introducció a la calorimetria. Determinació d'una calor de reacció Objectius específics Adquisició del concepte de calor de reacció i de la seva mesura. Determinació de l equivalent en aigua d un calorímetre. Termogrames Material - Calorímetre: Tassó Dewar amb tap Termòmetre de dècimes de grau de 0 a 50ºC - 1 tassó de precipitats de 250 ml - 1 tassó de precipitats de 500 ml - 1 pipeta de 10 ml - 1 proveta de 250 ó 100 ml - Trípode i reixeta - Pera de goma Introducció Se denomina calor de reacció a la calor despresa o absorbida en el transcurs d'una reacció i se pot mesurar a pressió constant o a volum constant. Generalment, al laboratori, se determina la calor de reacció a pressió constant o Entalpia de reacció ( H). En aquesta pràctica la reacció de la qual se determinarà la seva entalpia és una de neutralització [1] és a dir la reacció d'un àcid amb una base per a donar la sal corresponent en dissolució aquosa. H + (aq) + HO - (aq) H 2 O [1] La reacció [1] és exotèrmica i la seva calor de reacció se pot determinar fàcilment amb un calorìmetre que és essencialment un recipient adiabaticament aïllat de l'exterior i que té a més a més un dispositiu que permet la mesura de la temperatura en el seu interior. En el nostre cas el calorímetre és un tassó Dewar 1 al què se li ha afegit un termòmetre normal de mercuri. Quan un àcid i una base reaccionen, la calor despresa en la reacció és absorbit pel medi (dissolució d'àcid, dissolució de base i calorímetre 2 ), per la qual cosa es produeix un augment de la temperatura del sistema. Si t és l'increment de temperatura del sistema, llavors la calor produïda en la reacció vindrà donada per l'expressió: 1 Un tassó Dewar és un recipient de vidre amb doble paret entre les quals s'ha fet el buit (evita pèrdues de calor per conducció) i a més a més té una superfície reflectora que evita pèrdues per radiació 2 Encara que l'ideal seria que el calorímetre no absorbís calor, això és impossible en la pràctica

2 Q = m H C H t + m OH C OH t + mdcd t + mtct t [2] on: m H = massa de l'àcid m OH = massa de la base C H = calor específica de la dissolució d'àcid C OH = calor específica de la dissolució de base m D = massa del tassó Dewar C D = calor específica del tassó Dewar m t = massa del termòmetre C t = calor específica del termòmetre Ja que C H i C OH són pràcticament iguals a la calor específica de l'aigua (C w =1 cal/ C g), l'expressió [2] queda reduïda a: Q = (m H + m OH )Cw t + Σm i C i t [3] on el terme Σm i C i t engloba tota la calor absorbida per les diferents parts del calorìmetre. La determinació del calor de reacció, Q = H, se realitza mitjançant l'equació [3], mesurant experimentalment el valor de t i coneixent el valor de m H, m OH i Σm i C i t. Experimental L'àcid i la base que s utilitzen en aquesta pràctica son l àcid acètic i el hidròxid amònic diluïts. Mesura de l equivalent en aigua del calorímetre A l equació [3] el terme Σm i C i es específic de cada calorímetre, por la qual cosa s ha de determinar experimentalment en cada cas. El procediment que s utilitza es fer equivaler aquest terme amb una massa d aigua que per a un mateix increment de temperatura absorbeix la mateixa quantitat de calor que el calorímetre [4]. Σm i C i = Cw E C = 1 E C [4] E C és l equivalent en aigua del calorímetre, i per a determinar-li experimentalment se fa un assaig amb la mateixa quantitat de líquid que s'utilitzarà després al determinar la calor de neutralització. Així que se prenen 150 ml d'aigua freda (m 1 ) i se col loquen en el calorímetre (amb el termòmetre), se mesura la temperatura de l'aigua en aquestes condicions (t 1 ), se li afegeixen a continuació 100 ml d'aigua calenta (m 2 ) aproximadament 45 C 3, (t 2 ), s'agita tota la mescla i se mesura qual és la major temperatura aconseguida pel sistema, t 3. El balanç de calor en aquest experiment [5] (calor cedida per l'aigua calenta, igual a la calor absorbida per l'aigua freda més calor absorbida pel calorímetre), permet determinar el valor d'e C, ja que en [5] totes les altres variables són conegudes. m 2 (t 2 -t 3 )=m 1 (t 3 -t 1 )+E C (t 3 -t 1 ) [5] NOTA: Repetiu aquesta part de la pràctica 3 o 4 vegades o fins que s obtinguin valors consistents d'e C. Per a la determinació de la calor de reacció utilitzi la mitjana aritmètica dels valors consistents d'e C. 3 No cal que la temperatura de l'aigua afegida sigui de 45º C justos però si és absolutament necessari saber quina temperatura és, per la qual cosa s ha de determinar aquesta amb el termòmetre abans d'incorporar-la al calorímetre on està l'aigua freda

3 Mesura de la calor de reacció S agafen aproximadament 0,25 mols d'hidròxid amònic (amoníac) i es dilueixen fins a 250 ml amb aigua destil lada. Se col loquen al tassó Dewar. S'introdueix el termòmetre i se tanca. Se fan lectures de la temperatura cada minut i quan s'aprecien tres lectures iguals (equilibri tèrmic inicial) s'afegeixen 10 ml d'àcid acètic. A continuació se segueix mesurant la temperatura cada 10 segons mentre s'agita la mescla fins que aquesta no variï (equilibri tèrmic final) 4. Apunti a una taula els resultats dels valors de temps i temperatures mesurades i faci una representació gràfica dels mateixos (termograma) 5. El valor de t és la diferència entre el valor de la temperatura en l'equilibri tèrmic final i el valor de la temperatura en l'equilibri tèrmic inicial. NOTA: Realitzi aquesta part almenys dues vegades si els valors de t són semblants, si no, realitzi més experiments fins a obtenir un parell de valors consistents. El valor de la calor de reacció vindrà donat per l'expressió [6] on el significat de cada símbol ja s'ha explicat anteriorment i m aigua és la massa d'aigua destil lada (densitat = 1 g/cm 3 ) afegida per a diluir els 0,25 mols d'hidròxid amònic. Q = (m agua + m H + m OH + E C )Cw t [6] Si en les anteriors expressions les masses es donen en grams i les temperatures en graus centígrads, el valor de Q vindrà donat en calories. Determini el valor de l'entalpia de reacció en kcal/mol i contrasti el valor obtingut amb el que apareix en els llibres de Química General o de Química Física. 4 Ja que les masses dels reactius van a ser avaluades a partir dels volums mesurats, és absolutament necessari que aquests siguin mesurats amb proveta (o pipeta) i no amb el tassó de precipitats 5 La variació de temperatura amb el temps d'una manera contínua és la informació que obtindria si utilitzés un calorímetre comercial, més sofisticat que el que s'utilitza en aquesta pràctica

4803-Operacions Bàsiques i Seguretat en el Laboratori Químic Pràctica nº 9: Introducció a la

Entregar les respostes una vegada finalitzada la pràctica. Nom: Data: 1.

aigua freda, t 1 (ºC) Massa d aigua calenta, m 2 (g) Temperatura de l aigua calenta, t 2 (ºC)

4 4803-Operacions Bàsiques i Seguretat en el Laboratori Químic Pràctica nº 9: Introducció a la calorimetria. Determinació d'una calor de reacció Full de qüestions. Entregar les respostes una vegada finalitzada la pràctica. Nom: Data: 1. Determinació de l equivalent en aigua del calorímetre Massa d aigua freda, m 1 (g) Temperatura de l aigua freda, t 1 (ºC) Massa d aigua calenta, m 2 (g) Temperatura de l aigua calenta, t 2 (ºC) Temperatura final, T 3 (ºC) Equivalent aigua calorímetre, (g) en del E C 2.Termogrames de la reacció. 3. Quin valor, en calories, ha obtingut per a la calor de la reacció, Q.

5 4. Quins dels dos reactius empleats hi és per defecte? 5. Qual és el valor de l entalpia ( H) de reacció en kcal / mol?

Documentos relacionados

1,94% de sucre 0,97% de glucosa

1,94% de sucre 0,97% de glucosa EXERCICIS DE QUÍMICA 1. Es prepara una solució amb 2 kg de sucre, 1 kg de glucosa i 100 kg d aigua destil lada. Calcula el tant per cent en massa de cada solut en la solució obtinguda. 1,94% de sucre 0,97%