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FISICOQUÍMICA

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE

SOLUCIÓN

FISI UNIVERSIDAD NACIONAL CO “SANTIAGO ANTÚNEZ DE QUÍ MAYOLO” MI CA FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS, GEOLOGÍA Y METALURGIA

 DETERMINACIÓN DEL CALOR DE SOLUBILIDAD INFORME N°2 Presentado por: Morales Solís Cristian Docente: Yupanqui Torres Edson HUARAZ – PERÚ

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DETERMINACIÓN DEL CALOR DE

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SUMARIO SUMARIO................................................................................................... 2 RESUMEN.................................................................................................. 3 ABSTRACT................................................................................................. 4 INTRODUCCIÓN......................................................................................... 5 OBJETIVOS................................................................................................. 6 FUNDAMENTO TEÓRICO............................................................................ 7 MATERIALES Y REACTIVOS........................................................................8 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL...............................................................9 CÁLCULOS Y RESULTADOS.......................................................................10 RECOMENDACIONES............................................................................... 14 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS...............................................................15

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RESUMEN En el presente experimento se calculó el valor del calor de solución por medio de la ecuación de Vant Hoff, que necesita el valor de la solubilidad y la masa de una sustancia (en nuestro caso, la sustancia en análisis fue el ácido oxálico H 2C2O4 presente en una solución saturada del mismo); calculada tres veces a diferentes temperaturas, para poder trazar una gráfica ajustada que presenta una pendiente que depende del calor de solución requerido. Palabras clave: solubilidad, calor, ecuación de Vant Hoff, H2C2O4.

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ABSTRACT At present experiment calculated to him the value of the warmth of solution by means of the equation of Vant Hoff, that needs the value of the solubility and the mass of a substance ( in our case, the substance in analysis went the H2C2O4 oxalic acid present in a solution saturated of the same ); calculated three times to different temperatures, to draw a graphic wrapped that presents a slope it depends of the warmth of required solution Code words: solubility, warmth, equation of Vant Hoff, H2C2O4

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INTRODUCCIÓN La termoquímica, rama de la química, que estudia los cambios energéticos de las reacciones químicas, emplea un montón de métodos o técnicas que, a partir de valores conocidos de los calores de ciertas reacciones; se pueden obtener los cambios energéticos para cualquier reacción, empleando las dos leyes fundamentales de la termoquímica. Un caso especial, viene a ser la ley de Vant Hoff que permite calcular el valor del calor involucrado en un proceso de disolución de cierta sustancia, solamnete analizando la solubilidad de la sustancia que se quiere y la temperatura de trabajo. En este trabajo, se plasma todo lo desarrollado en la experimentación realizada en el laboratorio respecto al tema, que permitió conocer y también, poder analizar la importancia de la solubilidad, que se determina por titulación con una base estandarizada. Es por esto que, se espera que se cumpla con la función de dilucidar dudas sobre el tema y también, que sirva como una ayuda para futuras dudad o consultas.

EL AUTOR

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OBJETIVOS El objetivo para la siguiente práctica es: 

Determinar el calor de disolución de ácido oxálico por el método de la solubilidad.

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FUNDAMENTO TEÓRICO DETERMINACIÓN DEL CALOR DE DISOLUCIÓN El equilibrio más simple entre un sólido y su parte disuelta es de aquella solución saturada que no se ioniza en la solucion dependiendo solo de la temperatura y la concentración de la solución, puesto que en una solución saturada existe un estado de equilibrio, se puede aplicar la ecuación de Van´t Hoff, que para el caso especial de la solubilidad “S” puede escribirse:

d( lnS) D H = 2 dT RT

Integrando y considerando a

DH

constante:

òd( lnS) = lnS=

logS=-

logS Que al graficar

vs

1 T

D H dT R ò T2

- DH +C RT

DH +C 2,303RT

se obtiene:

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ò

S2

S1

ln

d( lnS) =

S2 D Hæ T2 - T1 ö ÷ ç ÷ = ç ÷ ç ÷ S1 R èT2 x T1 ø

D H T2 dT R òT1 T2

log

ö S2 DH æ T2 - T1 ÷ ç ÷ = ç ÷ çT x T ÷ S1 2,303Rè 2 1ø

Donde: S1 = Solubilidad a la temperatura T1. S2 = Solubilidad a la temperatura T2. H = Calor promedio de disolución. R = constante de los gases Las solubilides se expresan en moles o gramos de soluto por 100 g de solvente. TITULACIÓN Y PUNTO DE EQUIVALENCIA  VALORACIÓN Los estudios cuantitativos de las reacciones de neutralización ácido – base se llevan a cabo en forma adecuada por medio de una tecnica conocida como valoración. En una valoración; una disolución de concentración exactamente conocidad, denoinada disolución patrón, se agrega en forma gradual a otra disolución de concentración desconocida hasta que la reacción química entre las dos disoluciones se complete  PUNTO DE EQUIVALENCIA Al momento de realizar una valoración, se agrega el reactivo de concentración conocida, en forma cuidadosa desde una bureta hacia

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un matraz que contiene al otro reactivo; esto realiza hasta que se alcanze el punto de equivalencia, que no es más que el punto en el cual el ácido ha reaccionado o neutralizado completamente a la base. Este punto se detecta por el cambio brusco del color del indicador que se ha añadido a la solución de concentración desconocida. Además, debe saberse que en este punto los equivalentes gramos de ambas sustancias son iguales; así: #eq- gácido = #eq- gbase

#eq- g= N x V = Pero: PE= Donde:

m PE

M q

M

N = normalidad (N)

= peso molecular (g/mol)

V = volumen (L) m = masa (g) PE = peso equivalente (g/mol)

q = número de hidrógenos u oxígenos ionizables

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 Termómetro

 Pipeta de 5 ml

 Termostato

 1 vaso de precipitados de 10 ml  1 vaso de precipitados de 150 ml  Solución de NaOH 0,5 N

 Balanza analítica  Soporte universal  Varilla de vidrio  Bureta de 50 ml  Erlenmeyer de 150 ml

 Solución saturada de H2C2O4  Indicador Fenolftaleína  Agua destilada

 Pesafiltro

MATERIALES Y REACTIVOS

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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 1. Preparar una solución saturada de ácido oxálico a 35°C (aprox. 150 ml). 2. Colocar la solución saturada en un erlenmeyer y mantener en un baño a la temperatura constante de 35°C durante 10 minutos. 3. Pesar un pesafiltro vacío limpio y seco y anotar su peso. 4. Tomar 5 ml de la solución con una pipeta cubriendo el extremo de la pipeta con algodón para evitar que penetre algo sólido y pasar rápidamente al pesafiltro tarado. 5. Pesar rápidamente y luego pasar la solución a un vaso de 150 ml. 6. Lavar el pesafiltro con agua destilada y pasar el líquido de lavado al vaso de precipitación de 150 ml. 7. Titular con solución de NaOH 0,5 N usando fenolftaleína como indicador y anotar el gasto. 8. Repetir el experimento a 30°C y a 25°C. NOTA: Si las temperaturas medidas pueden ser aproximadamente las requeridas, en caso que no se logre las pedidas.

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CÁLCULOS Y RESULTADOS A continuación, se realizarán los cálculos para las tre temperaturas a las que se trabajó1: 1. A 37°C Los datos de este experimento son: T mvaso Vsol mvaso+sol VNaOH gastado NNaOH

37°C 9,1698 g 5 ml 14,4974 g 44,8 ml 0,5 N

Se calcula la masa de la solución de ácido oxálico:

msol = mvaso+sol - mvaso msol = 14,4974 g- 9,1698 g= 5,3276 g En el titulación realizada se tuvo la siguiente reacción: H2C2O4 + 2NaOH ® Na2C2O4 + 2H2O En el punto de equivalencia, se tiene:

1 Temperatura experimental

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#eq- gH2C2O4 = #eq- gNaOH mH2C2O4 PEH2C2O4 mH2C2O4 MH2C2O4 qH2C2O4

= VNaOH.NNaOH = VNaOH.NNaOH

mH2C2O4 .qH2C2O4 = VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 mH2C2O4 =

VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 qH2C2O4

44,8 x 10- 3L x 0,5 N x ( 2 x 1 + 2 x 12 + 4 x 16) g mol mH2C2O4 = 2 mH2C2O4 = 1,008 g Para calcular el valor de la solubilidad, en 100 g de solvente, de la solución: 1,008 g de H2C2O4 ® 5,3276 g de solución x g de H2C2O4 ® 100 g de solución Entonces: x= S1 = 18,92 g de H2C2O4 / 100 g de solución 2. A 30°C Los datos de este experimento son: T mvaso Vsol mvaso+sol VNaOH gastado NNaOH

30°C 9,1698 g 5 ml 14,4239 g 34 ml 0,5 N

Se calcula la masa de la solución de ácido oxálico:

msol = mvaso+sol - mvaso msol = 14,4239 g- 9,1698 g= 5,2541 g En el titulación realizada se tuvo la siguiente reacción:

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H2C2O4 + 2NaOH ® Na2C2O4 + 2H2O En el punto de equivalencia, se tiene:

#eq- gH2C2O4 = #eq- gNaOH mH2C2O4 PEH2C2O4 mH2C2O4 MH2C2O4 qH2C2O4

= VNaOH.NNaOH = VNaOH.NNaOH

mH2C2O4 .qH2C2O4 = VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 mH2C2O4 =

VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 qH2C2O4

34 x 10- 3L x 0,5 N x ( 2 x 1 + 2 x 12 + 4 x 16) g mol mH2C2O4 = 2 mH2C2O4 = 0,765 g Para calcular el valor de la solubilidad, en 100 g de solvente, de la solución: 0,765 g de H2C2O4 ® 5,2541 g de solución x g de H2C2O4 ® 100 g de solución Entonces: x= S2 = 14,56 g de H2C2O4 / 100 g de solución 3. A 26°C Para este experimento los datos son: T mvaso Vsol mvaso+sol VNaOH gastado NNaOH

26°C 9,1698 g 5 ml 14,3910 g 28,4 ml 0,5 N

Se calcula la masa de la solución de ácido oxálico:

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msol = mvaso+sol - mvaso msol = 14,3910 g- 9,1698 g= 5,2212 g En el titulación realizada se tuvo la siguiente reacción: H2C2O4 + 2NaOH ® Na2C2O4 + 2H2O En el punto de equivalencia, se tiene:

#eq- gH2C2O4 = #eq- gNaOH mH2C2O4 PEH2C2O4 mH2C2O4 MH2C2O4 qH2C2O4

= VNaOH.NNaOH = VNaOH.NNaOH

mH2C2O4 .qH2C2O4 = VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 mH2C2O4 =

VNaOH.NNaOH .MH2C2O4 qH2C2O4

28,4 x 10- 3L x 0,5 N x ( 2 x 1 + 2 x 12 + 4 x 16) g mol mH2C2O4 = 2 mH2C2O4 = 0,639 g Para calcular el valor de la solubilidad, en 100 g de solvente, de la solución: 0,639 g de H2C2O4 ® 5,2212 g de solución x g de H2C2O4 ® 100 g de solución x= S3 = 12,24 g de H2C2O4 / 100 g de solución Entonces: Se graficará, la relación entre log S y 1/T para su posterior tratamiento estadístico: N° de exp 1

S (g)

T (K)

1/T

log S

18,92

310

2

14,56

303

0.003225 81 0.003300 33

1.276921 13 1.163161 37

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3

12,24

299

0.003344 48

1.087781 42

La gráfica es:

Gráfico del calor de solución 1.3 f(x) = - 1586.78x + 6.4

1.25 1.2 1.15 Log S

1.1 1.05 1 0.95

0

0

0

0

0

0

0

1/T

Donde, la pendiente es:

m=- 1586,8 K - DH m= =- 1586,8 2,303R cal D H= 2,303 x R x1586,8= 7261,2936 mol Kcal D H= 7,261 mol

Entonces, el calor de solución es:

Kcal D H= 7,261 mol

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0

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RECOMENDACIONES Es recomendable que el manejo de instrumentos de laboratorio deben de hacerse con precaución y cuidado, para asi no dañarlo. Para obtener una mayor exactitud y precisión al hacer la lectura del cualquier equipo, se debe realizar varias veces, de modo que al final para uso en los cálculos se hará con el promedio aritmético. Al momento de la titulación ácido - base, se debe realizar, con mucha concentración para poder obtener un volumen gastado del NaOH correctamente; dejando caer gota a gota la base de la bureta, para apreciar el cambio de color en el momento adecuado.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS AA.VV. 2013. Química General manual de laboratorio. Huaraz : Facultad de ciencias de la UNASAM, 2013. Atkins, Peter. 1998. Química Física. Sexta ed. Barcelona : Ediciones Omega, 1998. ISBN: 84-282-1181-7. Brown, Theodore. 2009. Química, la ciencia central. México D.F : Prentice Hall, 2009. Chang, Raymond. 2002. Química. Séptima ed. México D.F : Mc Graw Hill, 2002. ISBN: 970-10-3894-0.

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