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• Jerry Isaac Guerra Hilario

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ÍNDICE

Contenido 1.

RESUMEN........................................................................................................................................... 2

2.

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3

3.

PRINCIPIOS TEÓRICOS ................................................................................................................. 4 3.1.

Termoquímica.- ........................................................................................................................... 4

3.2.

Tipos de reacciones termoquímicas.- ........................................................................................ 4

3.3.

Calor de reacción.- ...................................................................................................................... 4

3.4.

Calor de Neutralización.- ........................................................................................................... 5

DETALLES EXPERIMENTALES ................................................................................................... 6

4.

4.1.

Materiales y reactivos: ................................................................................................................ 6

4.2.

Procedimientos: ........................................................................................................................... 6

4.2.1.1.

Capacidad Calorífica del Calorímetro .......................................................................... 6

4.2.1.2.

Calor de Neutralización de Solución NaOH (0,2N) con solución HCl (0,8N) ............ 7

EJEMPLOS DE CÁLCULOS ........................................................................................................... 9

5.

5.1.1.

Capacidad calorífica del sistema.- ......................................................................................... 9

5.2.

Calculo para la valoración y neutralización.- ......................................................................... 10

5.3.

Cálculo de las normalidades experimentales.-........................................................................ 11

5.4.

Calor de Neutralización.- ......................................................................................................... 12

5.5.

Porcentaje de error.- ................................................................................................................. 12

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS.......................................................................................... 13

6.

6.1.

Condiciones de laboratorio ...................................................................................................... 13

6.2.

Tabla de resultados ................................................................................................................... 15

7.

DISCUSION DE RESULTADOS .................................................................................................... 15

8.

CONCLUSIONES............................................................................................................................. 16

9.

RECOMENDACIONES................................................................................................................... 17

10.

APENDICE.................................................................................................................................... 18

11.

REFERENCIAS ............................................................................................................................ 19

1

1. RESUMEN

En la presente experiencia de laboratorio las condiciones ambientales de trabajo fueron: Temperatura ambiente de 23°C, presión barométrica de 756 Torr y humedad relativa de 98%, teniendo como objetivo el estudio del cambio térmico que acompaña a toda reacción química, estos cambios fueron influenciados debido a la cantidad de reactantes usados como también a la naturaleza o condición de las mismas. Para ello, en primer lugar se determinó la capacidad calorífica de un calorímetro mediante un método que consta en tomar temperaturas de cierta cantidad de agua mezclándose con otro de igual cantidad pero de distinta temperatura y con ello calculamos una capacidad calorífica experimental de 447,17 cal/°C.

Luego, se determinó el calor de neutralización entre una solución de hidróxido de sodio (NaOH≈0,2N) y ácido clorhídrico (HCL≈0,8N) de una concentración referencial, pero reevaluada con la titulación de ambas y utilizando la fenolftaleína como indicador dando un color grojo grosella para conocer su concentración exacta para utilizarlas en los cálculos del calorímetro, reportando un calor de neutralización experimental de 17,73 Kcal/mol teniendo como porcentaje de error 17,27 % .

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2. INTRODUCCIÓN

La termoquímica estudia los cambios de energía de las reacciones químicas, toda reacción química va acompañada siempre de la absorción o del desprendimiento de energía luminosa, eléctrica, mecánica, etc. Siendo una de las más frecuentes la calorífica, todos los materiales están conformado por átomos o moléculas que están en continuo movimiento. Este movimiento hace que los átomos tengan una energía cinética a lo que nosotros llamamos energía calorífica. La energía calorífica o energía térmica es la manifestación de energía en forma de calor .Un tipo de calor de reacción es el calor de neutralización, ocurre al hacer reaccionar un ácido con una base, donde hay liberación de una considerable cantidad de calor. La medida del calor de neutralización, se hace a partir de los valores de entalpia de formación de H2O a partir de iones y OH. Cuando una solución diluida de ácido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su concentración. (Ecured, 2016) Esta experimentación es de suma importancia debido al aprendizaje al determinar el calor de reacción en especial, el calor de neutralización como también a la vez se determinó el calor del sistema.

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3. PRINCIPIOS TEÓRICOS 3.1. Termoquímica.La termoquímica es la aplicación de la termodinámica al estudio de la química. Tiene como objetivo el estudio de los intercambios de energía que acompañan a las reacciones químicas y el estudio de la espontaneidad de una reacción, dependiendo estos dela naturaleza, condición física y cantidad de reactantes. Alonso. (2017) 3.2. Tipos de reacciones termoquímicas.-

Se pueden clasificar en dos conceptos: a) De acuerdo al calor involucrado, se clasifica en exotérmica, en las que hay liberación de calor y reacción endotérmica cuando se presenta absorción de calor. b) De acuerdo al proceso involucrado. El calor puede ser de neutralización, solución, hidratación, difusión, formación, reacción, combustión, etc.

3.3. Calor de reacción.-

En una reacción química que se lleva a cabo a presión constante, la energía absorbida o desprendida en ella, se le llama variación de la entalpia (ΔH). El calor de una reacción exotérmica tiene convencionalmente signo (-) y el de una endotérmica (+). El calor de reacción puede ser hallado de varias formas: 

De manera teórica



De manera experimental

4

Tal como lo muestra el diagrama siguiente:

Los calores de reacción se miden en calorímetros a presión o a volumen constante. En ellos se aplica un balance de calor: Q ganado = - Q perdido Q = m Ce ΔT Donde:

m: masa de sustancia Ce: calor específico de la sustancia ΔT: cambio de temperatura de la sustancia

3.4. Calor de Neutralización.Es un tipo de calor de neutralización de ácidos y bases. Cuando se usa soluciones diluidas de ácidos y bases fuertes, la única reacción que se produce es la formación de agua a partir de los iones H+ y OH-, de acuerdo a la ecuación:

ΔH18 = -13,7 kcal/mol Na+OH-(ac) + H+Cl(ac)

H2O(l) + Na+ Cl- (ac)

5

ΔH25 = -13,36 kcal/mol

Cuando alguno de los electrolitos no es fuerte y/o cuando se usan soluciones concentradas, este valor varía ya que intervienen los calores de ionización y de dilución.

4. DETALLES EXPERIMENTALES

4.1. Materiales y reactivos: 4.1.1.1.

Materiales.- Frasco termo con tapón de corcho y agitador, termómetro de

0° a 100° C, bureta, vasos, erlenmeyers, probetas de 100 y 250 mL y pipetas. 4.1.1.2.

Reactivos.- Solución de NaOH ≈ 0,2N, solución de HCl ≈ 0,8N, biftalato

de potasio y fenolftaleína. 4.2. Procedimientos: 4.2.1.1.

Capacidad Calorífica del Calorímetro

Se armó el equipo para iniciar con la experiencia, seguidamente se colocó 150 mL de agua de caño a 23.2° C en el termo y con el mismo volumen de agua helada a 7.4° C en la pera (Fig. 1). Luego, se abrió inmediatamente la llave de la pera y dejamos caer el agua helada, de esta manera se fue tomando la temperatura cada 10 segundos, agitando constantemente la mezcla contenida en el termo (Fig. 2).

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Fig. 1 Obtención de temperaturas de las aguas en muestra.

Fig. 2 Sistema de la mezcla obtenida

4.2.1.2. Calor de Neutralización de Solución NaOH (0,2N) con solución HCl (0,8N) Primero, se determinó las concentraciones exactas de ambas soluciones. La base se indicó con biftalato de potasio y fenolftaleína; el ácido con la base y la ayuda de la fenolftaleína (Fig. 3). Segundo, con los datos de normalidad de los compuestos, se calcularon los volúmenes de las soluciones de hidróxido y el ácido para que se pudiera neutralizar con un volumen total de 300mL. Por último, se colocó el volumen de base en el termo y del ácido en la pera. Se midió la temperatura de ambas soluciones, luego se procedió a abrir la pera, dejando caer el ácido sobre la base y se midió la temperatura cada 10 segundos.

7

Fig. 3 Muestra de la valorización de la base.

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5. EJEMPLOS DE CÁLCULOS

5.1.1. Capacidad calorífica del sistema.5.1.1.1.

Agua fría (termo) con agua helada (pera) Donde:

m.Ce.(Te-Th) = C´.(Tf-Te)

C´( Capacidad calorífica del sistema que está perdiendo calor) m (Masa) = 150 g Ce (Calor especifico) = 1 cal/g.°C Th (Temperatura del agua helada) = 7,4°C Tf (Temperatura del agua fría) = 23,2 °C Te (Temperatura de equilibrio) = 17,9 °C Reemplazando:

(150 g)(1cal/g.°C)(17,9°C- 7,4°C) = C´.(23,2°C-17,9°C) C´= 297,17 cal/ °C

5.1.1.2.

Agua fría (termo) con agua tibia (pera) Donde:

m.Ce.(Tt-Te) = C´.(Te-Tf)

Tt (Temperatura de agua tibia) = 40°C Te = 29,3°C Tf = 22,9° C

Reemplazando:

(150 g)(1cal/g.°C)(40°C-29,3°C) = C´.(29,3°C-22,9°C) C¨= 250,78 cal/°C

9

5.1.1.3.

La capacidad calorífica de todo el sistema

C= C´+ m. Ce

Con C´= 297,17 cal/°C ………………………………>

C = 447,17 cal/°C

C´ = 250,78 cal/°C ………………………………>

C = 400, 78 cal/°C

5.2. Calculo para la valoración y neutralización.-

5.2.1.1.

Masa del biftalato de potasio:

Dato: Peq (biftalato) = 204,228 g; Vsol = 10 mL

# Equi- g (biftalato) = # Equi- g (NaOH) 𝑚 𝑃𝑒𝑞

= N(NaOH) . Vsol

𝑚 biftalato = (0,2 N)(0,01L)(204,228 g)

𝑚 biftalato = 0, 4084 g

5.2.1.2.

Volumenes del NaOH y HCl: VNaOH + VHCl = 300 mL VNaOH = 300 – VHCl NNaOH x V NaOH = N HCl x VHCl

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0,2 x (300mL – VHCl) = VHCl x 0,8 VHCl = 60 mL VNaOH = 240 mL 5.3. Cálculo de las normalidades experimentales.5.3.1.1.

Para la base (NaOH):

Se trabajó con NaOH (0.2 N teóricamente) para esto se utilizó el biftalato de potasio (KC8H5O4) que peso 0.4046 g. Masa molar biftalato = 204.228 g/mol

n biftalato = Entonces:

(0,4046 g) (204,228 g/mol)

M=

𝑛𝑠𝑡𝑜 𝑣𝑠𝑜𝑙

=

= 0,002 mol 0,002 𝑚𝑜𝑙

= 0,08 mol/ L

𝑜,𝑜25 𝐿

N= M. Ɵ = 0,08 x 1= 0,08 N En la valorización: Solución patrón (Biftalato de potasio) = Solución a estandarizar (NaOH ) N1 V1 = N2 V2 (0,08)(25 mL) = (0,2).V2 V2= 10 mL (Teórico) V2 =8.3 mL (Experimental) Aplicando factor de corrección:

Fc =

𝑉𝑡𝑒𝑜 𝑉𝑒𝑥𝑝

=

10 8.3

= 1.2

Finalmente obtenemos la normalidad de la base: Nexp = FC x Nteo = (1, 2) (0, 2) = 0,24 N

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5.4. Calor de Neutralización.-

𝐐=

Donde:

𝐂(𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 ) 𝒏

T2 (Temperatura de equilibrio) = 26, 5°C T1 (Promedio de las temperaturas del ácido y la base): Tácido = 25, 3°C Tbase = 24,1°C o Tpromedio =24.2°C n (# de moles de base que intervienen en la reacción): o n exp = 0,058 moles o n teo = 0,048 moles

Reemplazando:

Q Exp = (447,17 cal/°C)(26,5°C- 24,2°C)/ 0,058 Q Exp = 17,73 Kcal/ mol

Q Teo = (447,17 cal/°C)(26,5°C- 24,2°C)/ 0,048 Q Teo = 21,43 Kcal/ mol

5.5. Porcentaje de error.-

𝐄𝐱𝐩 − 𝐓𝐞𝐨 %𝐄𝐫𝐫𝐨𝐫 = | | 𝐱𝟏𝟎𝟎 𝐓𝐞𝐨

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17,73−21,43

%Error = |

Reemplazando:

21,43

| 𝑥100

% Error = 17,27 %

6. TABLA DE DATOS Y RESULTADOS

6.1. Condiciones de laboratorio 6.1.1.1.

Tabla de condiciones de laboratorio

TABLA 1.1: CONDICIONES DEL LABORATORIO P (mmHg) T (°C) %HR 6.1.1.2.

756 23 98

Determinación de la Capacidad calorífica del sistema

TABLA 2.1: CALCULO DE LAS TEMPERATURAS INICIALES Agua utilizadas Temperatura (C°) Agua Fria 23.2 Agua Helada 7.4 TABLA 2.2 CALCULO DE TEMPERATURAS CON RESPECTO AL TIEMPO AGUA HELADA Tiempo(s) Temperatura (C°) 10 22.3 20 21.1 30 19.9 40 18.9 50 18.2 60 17.9 TABLA 2.3: CALCULO DE TEMPERATURAS CON RESPECTO AL TIEMPO AGUA TIBIA Tiempo(s) Temperatura (C°)

13

10

23

20 30 40 50 60 70 80 90 100

23.8 24.9 25.8 26.7 27.4 28 28.5 29.1 29.3 6.1.1.3. 

Determinación del calor de neutralización

Estandarizacion del NaOH

TABLA 3.1 ESTANDARIZACION DEL NAOH Masa del biftalato (g) 0.4084 VNaOH (gastado en la buretra) mL 8.3



Calculo de temperaturas con respecto al tiempo agua tibia

TABLA 3.2: CALCULO DE TEMPERATURAS CON RESPECTO AL TIEMPO NEUTRALIZAICON Temperatura (C°) Tiempo(s) 10 24.4 20 24.6 30 24.7 40 24.9 50 25.0 60 25.3 70 25.5 80 25.7 90 25.9 100 26.1 110 26.3 120 26.4 130 26.5

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6.2. Tabla de resultados TABLA 4.1: CAPACIDAD CALORIFICA DEL SISTEMA Capacidad Calorifica cal/°C Agua fría con agua helada(pera) 297,17 Agua fría con aua tibia (pera) 250,78 TABLA 4.2 Capacidad Calorifica para el sistema Agua fría con agua helada(pera) Agua fría con aua tibia (pera)

cal/°C 447,17 400, 78

TABLA 4.3: NORMALIDAD REAL DE LAS SOLUCIONES NORMALIDAD CORREGIDA N Solucion NaOH 0.24 Solucion HCl 0.82 TABLA 4.4: CALOR DE NEUTRALIZACION Calor de Neutralizacion Kcal/ mol Teorico 21.43 Experimental 17.73

7. DISCUSION DE RESULTADOS  El valor experimental de la entalpia de neutralización es de -17,73 Kcal/ mol lo cual comparado con el valor experimental genera un porcentaje de error 17,27%. El porcentaje de error obtenido se debe a que reacciono más cantidades de moles que lo esperado generando un porcentaje de error elevado. 

Este porcentaje elevado se debe a que posiblemente la estandarización del HCl por medio de nuestra base no fue óptimo generando un margen de error en el valor real de nuestras soluciones trabajadas. También influye las medidas de temperaturas en nuestras soluciones, la cual en su debido momento no fueron

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tomadas exactamente variando los valores de temperatura; y/o los volúmenes medidos no fueron exactos como indica la guía, generando un margen de error considerable. 

A las reacciones químicas que liberan calor se les llaman exotérmicas. A temperatura ambiente, el calor liberado por una reacción química es suficiente para producir un aumento de temperatura, en cambio, Una reacción endotérmica es aquella que para efectuarse necesita calor. A temperatura ambiente, algunas reacciones endotérmicas toman el calor suficiente del medio en que se encuentran, para producir una disminución de temperatura. Como el calor obtenido es de valor negativo entonces, nuestra reacción es exotérmica.

8. CONCLUSIONES  Para llegar a una temperatura de equilibrio ocurre un cambio de calor en donde la cantidad de calor cedida es igual a la recibida 

El cambio de calor en una reacción particular siempre es constante e independiente del modo como se efectúe la reacción.



La reacción de neutralización es exotérmica, pues libera calor y eleva la temperatura del sistema.



Al calcular el calor de neutralización experimentalmente, demostramos que este no depende de la concentración ni del ácido ni de la base, siempre y cuando las soluciones estén diluidas.

o

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9. RECOMENDACIONES  Medir la temperatura de nuestras soluciones y/o de nuestro líquido dentro de la pera evitando una medida errónea. 

Estandarizar correctamente nuestra solución patrón, solución NaOH y Solucion HCl evitando márgenes de error para el cálculo de calor de neutralización.



Agitar vigorosamente al momento de realizar las experiencias asi el intercambio de calor en nuestro calorímetro sea homogéneo.

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10. APENDICE

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11. REFERENCIAS  Alonso. (2017). TERMOQUIMICA . Obtenido de https://www.alonsoformula.com/FQBACH/termoquimica.htm 

Diaz, R. (2016). LIFEDER. Obtenido de https://www.lifeder.com/calor-de-reaccion/



Ecured. (2016). ECURED. Obtenido de https://www.ecured.cu/Termoqu%C3%ADmica



Termoquímica. Obtenido de http://rosaquimica2.blogspot.com/2012/11/que-es-latermoquimica.html



Reacciones químicas exotérmicas obtenido de https://portalacademico.cch.unam.mx/alumno/quimica1/unidad1/reaccionesQuimicas/rea ccionexotermicaendotermica



FISICOQUÍMICA, GASTON PONZ MUZZO, sexta edición 2016

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