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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UPIICSA ACADEMIA DE LABORATORIO DE QUIMICA QUIMICA INDUSTRIAL SECUENCIA: 2IM35 HORARIO: LUNES 11-13 LABORATORIO: N. 04 EQUIPO 2 PRACTICA 2 “CAPACIDAD CALORIFICA Y CALOR DE NEUTRALIZACION” INTEGRANTES DEL EQUIPO: 

5564620807 Reyes Climaco Oscar Ivan



5512026089 Vega Rosales Josue Giovanni



5537114652 Zamora Martínez Hugo Enrique



5530507408 Zavaleta Matamoros Huitzil Javier __________________

______________________ ____________________ __________________

FECHA DE REALIZACION: Lunes 27 de Febrero del 2017 FECHA DE ENTREGA: Lunes 06 de Marzo del 2017

INDICE          

OBJETIVOS…………………………………………………………….1 pág. INTRODUCCION……………………………………………………….2 pág. PROCEDIMIENTO……………………………………………………..3 pág. TABLA DE DATOS DE LOS REACTIVOS…………………………..4 pág. CALCULOS……………………………………………………………...4 pág. TABLA DE RESULTADOS Y/O GRAFICOS………………………...5 pág. CUESTIONARIO………………………………………………………..6 pág. ANALISIS DE RESULTADOS…………………………………………7 pág. CONCLUSIONES……………………………………………………….7 pág. BIBLIOGRAFIA………………………………………………………….7 pág.

OBJETIVOS. Objetivo:  

El alumno determinara experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro. El alumno determinara experimentalmente la entalpia molar de reacción para un par acido fuerte – base fuerte (calor de reacción de neutralización a presión constante).

Objetivo particular:  

Comprender como se determina el valor de la capacidad calorífica de un calorímetro. Empleando los conocimientos teóricos adquiridos, el equipo podrá determinar el calor que se genera en una reacción de neutralización para poder así encontrar el cambio de entalpia que se genera en el sistema y que finalmente se determinara un porcentaje de error del experimento en base al valor teórico conocido.

~ 1~

Introducción 𝑄𝑟 = 𝑚 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛(𝑡 𝑒𝑞 − 𝑡1) + 𝐾(𝑇𝑒𝑞 − 𝑡1)

El valor que se obtenida del calor liberado es una reacción de neutralización

La termodinámica estudia la determinación de calor liberado en reacciones exotérmicas o absorbidas

Los calores de reacciones exotérmicas se obtienen en calorímetros mediante el balance de calor y en base de la Ley Cero de la termodinámica

La entalpia de reacción a condiciones estándar 298K y 1atm

El calor sensible se refiere al calor transferido en calentamientos o enfriamientos (Q)

Capacidad calorífica y calor de neutralización Q(-) ∆𝐻° = ∑𝑛∆𝐻°𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜𝑠 − ∑𝑛∆𝐻°𝑟𝑒𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑜𝑠

SISTEMA Q(+)

Balance térmico para el calorímetro 𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑐𝑎𝑙 𝐶𝑝𝑙𝑖𝑞𝑐𝑎𝑙(𝑡𝑒𝑞 − 𝑡2) = 𝑚 𝑙𝑖𝑞𝑓𝑟𝑖𝑜 𝐶𝑝 𝑙𝑖𝑞𝑓𝑟𝑖𝑜(𝑡 𝑒𝑞 − 𝑡1) + 𝑚 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝐶𝑝(𝑡 𝑒𝑞 − 𝑡1)

Cuando un sistema cede calor se establece que Q debe ser negativo y cuando absorbe positivo Cuando se realizan procesos a presión constantes se convierte en Cp (calor específico a presión constante) Integrando la ecuación

Cuando se da en masa (m) o en moles(n) se expresa

ʚ𝑄 𝑐𝑎𝑙 𝐽 𝐵𝑇𝑈 𝐶𝑥 = [1/𝑚] 𝑒𝑛 , , ʚ𝑇 °𝐶 𝐾 °𝐹

𝑄 = 𝑚 𝐶𝑝(𝑡2 − 𝑡1) 𝐶𝑥 = [1/𝑛]

~ 2~

Establece que cuando dos sistemas entran en contacto con temperaturas diferentes y se aíslan, hay u flujo de calor entre estos hasta alcanzar un equilibrio térmico

ʚ𝑄 𝑐𝑎𝑙 𝐽 𝐵𝑇𝑈 𝑒𝑛 , , ʚ𝑇 °𝐶 𝐾 °𝐹

Capacidad calorífica: propiedad de los sistemas que se expresa

ʚ𝑄

𝐶𝑥 = ʚ𝑇 𝑒𝑛

𝑐𝑎𝑙 𝐽 𝐵𝑇𝑈 , , °𝐶 𝐾 °𝐹

Desarrollo 

Experimento No.1 Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro Agregar 40 mL de agua destilada, en el vaso de 100 mL del calorímetro, medidos con la probeta.

Calorímetro con líquido frio

Armado del equipo como se muestra a continuación.

Observar la temperatura hasta ser constante, anotando su valor t1=______°C

Calentar en otro vaso 40 mL de agua destilada (entre 60°C y 70°C) anotando su valor t2=______°C

Adición de otro liquido

Anote el dato de temperatura de equilibrio térmico teq=________°C 

Registrar temperaturas de la mezcla cada 10 seg. Hasta alcanzar el equilibrio térmico.

Tomar el vaso con las pinzas y agregar el agua caliente al calorímetro como se muestra a continuación.

Tapar y agitar constantemente.

Experimento No.2 Determinación del calor de reacción de neutralización

Quitar la mezcla que tiene el calorímetro sacándolo y armándolo de nuevo.

Medir 40 mL de solución 1M de NaOH y registre su temperatura tbase=______°C

Medir con probeta 40 mL de solución 1M de HCL, agregar al vaso interior del calorímetro y registre la temperatura tacido=_____°C

Deseche la solución, enjuagar y sacar el vaso

Pase el vaso de 100 Ml con su contenido mvaso y solución=_____g

Considerar t1 como promedio de tacido y tbase

Agregar el reactivo al vaso interior del calorímetro

Colocar la tapa del calorímetro y registrar la temperatura que alcanza el sistema hasta estabilizarse teq=______°C

Pesar el vaso vacío mvaso=___g

~ 3~

Tabla de Datos de Reactivos. 𝑔

Densidad: 1 𝑚𝑙 Pureza: 100% (aprox) Temperatura de ebullición: 100°C Viscosidad: 1 cps 𝐽 Capacidad calorífica molar (Cp): 75.291 𝑚𝑜𝑙 𝑘 Corrosivo 𝑔 Densidad: 1.12 𝑚𝑙 Pureza: 36 % (aprox) Temperatura de ebullición: 48 °C Viscosidad: 1.9 cps 𝐽 Capacidad calorífica molar (Cp) 186.91 𝑚𝑜𝑙 𝑘

Agua H2O

Ácido clorhídrico HCl

𝑔 Densidad: 2,1 𝑚𝑙 Pureza: % (aprox) Temperatura de ebullición: 1390 °C Viscosidad: cps 𝐽 Capacidad calorífica molar (Cp): 228.47𝑚𝑜𝑙 𝑘

Hidróxido de sodio NaOH

Cálculos utilizando experimento No.1

DATOS: 𝑡2 𝑐 = 54°𝐶 𝑡1 𝑓 = 23°𝐶 𝑡𝑒𝑞 = 35°𝐶 𝑚 = 40 𝑔 𝑣 = 40 𝑚𝑙

(−)𝑄𝐻2 𝑂𝑐 = 𝑄𝐻2 𝑂𝑓 + 𝑄 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟𝑖𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 −[𝑚𝐶𝑝(𝑡𝑒𝑞 − 𝑡2 )]𝑐𝑎𝑙𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 = [𝑚𝐶𝑝(𝑡𝑒𝑞 − 𝑡1 )]𝑓𝑟𝑖𝑜 − [𝑚𝐶𝑝(𝑡𝑒𝑞 − 𝑡1 )]𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 ∴ 𝑘=

𝑘=

𝑚𝐶𝑝(∆𝑇)𝑐𝑎𝑙 − 𝑚𝐶𝑝(∆𝑇)𝑓𝑟𝑖𝑜 ∆𝑇𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

𝑠𝑢𝑠𝑡𝑖𝑡𝑢𝑦𝑒𝑛𝑑𝑜 𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟𝑒𝑠

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 [(40𝑔) (1 𝑔°𝐶 ) (35 − 54°𝐶)] − [(40 𝑔) (1 𝑔°𝐶 ) (35 − 23°𝐶)] (35 − 23°𝐶) 𝒌 = 𝟐𝟑. 𝟑𝟑

~ 4~

𝒄𝒂𝒍 °𝑪

∴

Cálculos utilizando experimento No.2 −𝑄𝐶 = (+)𝑄𝑔

DATOS:

−𝑄𝑟 = (𝑚𝐶𝑝∆𝑇)𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 + 𝐾𝑒𝑥𝑝1 ∆𝑇

V = 40 ml 𝑡𝑏𝑎 = 23°𝐶 𝑡𝑎𝑐 = 23°𝐶 𝑡𝑒𝑞 = 29°𝐶 𝑚𝑣 + 𝑚𝑠𝑜𝑙 = 129𝑔 mvaso = 49.4 𝑔 𝑚𝑠𝑜𝑙 = 79.6 𝑔

𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙 = ∑ 𝑋𝑖 𝐶𝑝𝑖 𝑁𝑎𝑂𝐻(𝑎𝑐) + 𝐻𝐶𝑙(𝑎𝑐) → 𝑁𝑎𝐶𝑙(𝑎𝑐) + 𝐻2 𝑂(𝑙) 1𝑀

1𝑀

0.04

0.04

0.04

0.04

1𝑚𝑜𝑙𝑒𝑠 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑜 1𝑚𝑜𝑙 1000𝑚𝑙 ∴ = ∴ 𝑥 = 𝟎. 𝟎𝟒𝒎𝒐𝒍 1𝐿 𝑑𝑒 𝑠𝑜𝑙𝑢𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑥 40𝑚𝑙 𝑔 = 0.04 𝑚𝑜𝑙 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 = 𝑛 ∗ 𝑃𝑀 = (0.04𝑚𝑜𝑙) (58.5 ) = 𝟐. 𝟑𝟒 𝒈 𝑚𝑜𝑙 1𝑀 =

𝑛𝑁𝑎𝐶𝑙

𝑚𝑠𝑜𝑙 = 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 + 𝑚𝐻2 𝑂 ∴ 𝑚𝐻2 𝑂 = 𝑚𝑠𝑜𝑙 − 𝑚𝑁𝑎𝐶𝑙 = 79.6 𝑔 − 𝟐. 𝟑𝟒𝑔 = 𝟕𝟕. 𝟐𝟔𝒈 𝑚

2.34𝑔

𝑋𝑁𝑎𝐶𝑙 = 𝑚 𝑖 = 79.6𝑔 = 𝟎. 𝟎𝟑 𝑇

𝐶𝑝𝑁𝑎𝐶𝑙 = 𝟎. 𝟐𝟎𝟔𝟑 𝐶𝑝𝐻2 𝑂 = 𝟎. 𝟗𝟗𝟗𝟕

1 = 𝑋𝑁𝑎𝑐𝑙 + 𝑋𝐻2 𝑂 ∴ 𝑋𝐻2 𝑂 = 1 − 𝑋𝑁𝑎𝐶𝑙 = 1 − 0.03 = 𝟎. 𝟗𝟕

𝒄𝒂𝒍 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑔 88, ℎ𝑎𝑦 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛) 𝒈°𝑪

𝒄𝒂𝒍 (𝑣𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑒𝑛𝑐𝑜𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑝𝑎𝑔 88, ℎ𝑎𝑦 𝑞𝑢𝑒 ℎ𝑎𝑐𝑒𝑟 𝑐𝑜𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖𝑜𝑛) 𝒈°𝑪

𝐶𝑝𝑠𝑜𝑙 = ∑ 𝑋𝑖 ∗ 𝐶𝑝𝑖 = [(0.03𝑚𝑜𝑙)(0.2063 −𝑄𝑟 = 79.6 𝑔 (0.976

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 𝒄𝒂𝒍 )] + [(0.97)(0.9997 )] = 𝟎. 𝟗𝟕𝟔 𝑔°𝐶 𝑔°𝐶 𝒈°𝑪

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 (29 − 23°𝐶) ) (29 − 23°𝐶) + 23.33 𝑔°𝐶 𝑔

−𝑄𝑟 = 466.137𝑐𝑎𝑙 + 139.98 𝑐𝑎𝑙 = 606.117 𝑐𝑎𝑙 ∴ 𝑄𝑟 = −606.117𝒄𝒂𝒍 ∆𝐻𝑟 = %𝐸 =

𝑄𝑟 −606.117𝑐𝑎𝑙 𝒄𝒂𝒍 = = −𝟏𝟓𝟏𝟓𝟐. 𝟗𝟐𝟓 𝑛 0.04𝑚𝑜𝑙 𝒎𝒐𝒍

𝑉𝑇𝑒𝑜 − 𝑉𝐸𝑥𝑝 −13360 − (−15152.925) (100) = | | (100) = 𝟏𝟑. 𝟒𝟐% 𝑉𝑇𝑒𝑜 −13360

~ 5~

Tabla de Resultados K (Capacidad calorífica del calorímetro)

𝟐𝟑. 𝟑𝟑

∆𝐻𝑟

𝒄𝒂𝒍 °𝑪

−𝟏𝟑𝟒𝟓𝟑. 𝟒𝟔𝟔

𝒄𝒂𝒍 𝒎𝒐𝒍

Cuestionario 1.- ¿Qué interpretación física tiene el valor K del Calorímetro? Es la capacidad que tiene el calorímetro para guardar calor. 2.- Calcule K para 2 calorímetros cuyas masas son de 100 g pero uno ha sido construido en aluminio y otro en vidrio pyrex. Consulte sus valores de Cp en l tabla No. 2 K=mCp Kaluminio= (100 g) (0.92 J/g°C) = 92 J/°C  21.98892 cal/°C Kvidrio pyrex= (100 g) (0.83 J/g°C) = 83 J/°C  19.83783 cal/°C 3.- Complete la ecuación de la reacción de neutralización HCl(ac) + NaOH(ac)  NaCl(ac) + H2O(l) 4.- Tome los datos de la tabla No. 3 y calcule el valor teórico esperado para ∆H°r ∆H°v = ∑nΔH°f productos - ∑nΔH°f reactivos 𝑘𝐽

𝐾𝐽

𝐾𝐽

∆H°v = [(1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐶𝑙) (−407.29 𝑚𝑜𝑙) + (1𝑚𝑜𝑙 𝐻2 𝑂)(−285.98 𝑚𝑜𝑙)] − [(1𝑚𝑜𝑙 𝐻𝐶𝑙) (−167.52 𝑚𝑜𝑙) + 𝐾𝐽

(1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝑂𝐻)(−469.79 𝑚𝑜𝑙)] KJ

𝑐𝑎𝑙

∆H°v = −55.96 𝑚𝑜𝑙  −13374.999 𝑚𝑜𝑙 5.- ¿Qué diferencia existe en términos de porcentaje, entre el valor obtenido experimentalmente del calor de neutralización con respecto al valor teórico? 𝑐𝑎𝑙

Valor experimental: −13453.466 𝑚𝑜𝑙 𝑐𝑎𝑙

Valor teórico: −13374.999 𝑚𝑜𝑙 %𝐸𝑟𝑟𝑜𝑟∆𝐻°𝑟 =

13374.999 − 13453.466 𝑥100 = 0.58% 13374.999

6.- ¿Qué es un proceso endotérmico? Reacción química que absorbe calor. Cuando la variación de entalpia es positiva, se ha producido un aumento del contenido energético.

~ 6~

7.- Cite cinco ejemplos de aplicación industrial en los que se manifieste el proceso transferencia de calor     

Pasteurización de alimentos y bebidas o productos farmacéuticos Fusión de metales, plásticos o vidrios Evaporación de un liquido Producción de vapor en una caldera a partir de un liquido Destilación

ANALISIS DE RESULTADOS: Al realizar el porcentaje de error del (∆Hr) pudimos notar que el valor salió muy pequeño. Nosotros justificamos dicho valor por diferentes circunstancias. Primero, al tomar la medición se pudo haber presentado o no un error con el equipo proporcionado, la báscula solo marcaba hasta 2 decimales por lo que consideramos que estuvo bien, segundo, el error o el acierto de la lectura de los valores, el equipo pudo leer una cantidad que variaba por medio grado o menos, en el caso de la temperatura. CONCLUSIONES. Se pudo encontrar la capacidad calorífica en el calorímetro a un determinado volumen y temperatura de la sustancia, también pudimos observar que en la reacción de neutralización el sistema libera calor, al llevar a cabo los registros de temperatura y lograr tener medidas precisas de masa de los reactivos el resultado de la entalpia fue un poco menor que el esperado teóricamente, obteniendo un porcentaje de error pequeño con un valor de 0.70%. BIBLIOGRAFIA. Manual de laboratorio Química Industrial II, Ing. Víctor Hugo Ortiz Pérez, Ing. María del Roció Romero Sánchez, Academia de laboratorio de química, 2008 Talleres gráficos de UPIICSA IPN. México DF, págs. Consultadas. 8-13 .

~ 7~