AO DE LA DIVERSIFICACIN PRODUCTIVA Y DEL FORTALECIMIENTO DE LA EDUCACINUNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERFACULTAD INGENIERIA QUMICAESCUELAS ACADMICAS PROFESIONALES DE INGENIERA QUMICA AMBIENTAL E INGENIERA QUMICA DEL GAS NATURAL Y ENERGA
DETERMINACIN DEL CALOR DE NEUTRALIZACION DEL HCL CON NaOH
CTEDRA : Laboratorio De Qumica General IICATEDRTICA : Dra. Mendoza Snchez Juana Mara INTEGRANTES : Espinoza Chanca Wilmer Max Jimenez Chuquimantari Javier Jimmy Prraga Quispe Alicia Xiomara Surichaqui Ramos Ronnie Yelstien
SEMESTRE: II SECCION: B
HUANCAYO PERU 2015 ContenidoI.- INTRODUCCION3II.-FUNDAMENTO TERICO52.1 CALOR (Q)52.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR:52.3 CAPACIDAD CALORIFICA(C):62.4 CALOR ESPECFICO (Ce):62.5 PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE CALORIMETRA:7III.-MATERIALES A UTILIZAR7IV.-PARTE EXPERIMENTAL7V.-CONCLUSIONES8VI.-CUESTIONARIO8Calormetro de presin constante8VII.-BIBLIOGRAFIA:10
I.- INTRODUCCION
Si bien es cierto la cuantificacin es parte de la vida diaria y ms an en la actividad de un ingeniero que est inmerso en esta prctica diariamente para poder determinar clculos respectivos, como tambin resultados de grandes experimentos que llevan a la contribucin de nuestro pas.En esta prctica podremos determinar el calor especfico de un calormetro casero, ya que nos valdr de base para los siguientes laboratorios que realizaremos en funcin del calormetro.La funcin del calormetro es medir el calor especfico de una sustancia determinada. Bsicamente est constituido por un recipiente de vidrio que es propiamente el calormetro, un lquido conocido (generalmente agua), un termmetro y una cubierta trmicamente aislado (tecnopor).
OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES:
Determinar el calor de neutralizacin del cido clorhdrico con hidrxido de sodio.
OBJETIVOS ESPECIFICOS:
Saber diferenciar calor (Q), capacidad calorfica (C) y calor especfico (Ce). Reconocer el cuerpo de gana calor y al que pierde, para determinar la temperatura de equilibrio. Determinar el calor del calormetro elaborado. Determinar el calor ganado y perdido de una sustancia ((HCL-NaOH) y calormetro).
II.-FUNDAMENTO TERICO
2.1 CALOR (Q)
Es un tipo especial de energa que solo aparece o existe en trnsito; jams se le puede aislar, dado que es una energa que se transmite de cuerpo a otro debido a la diferencia de temperatura que estos presentan, adems, no es almacenable. 1 cal = 4.18 J1 J = 0.24 cal
2.2 MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR:
a) CONVECCIN: La conveccin es el mecanismo de transferencia de calor pormovimientode masa o circulacin dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Slo se produce en lquidos ygasesdonde los tomos y molculas son libres de moverse en el medio.En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por laatmsfera por conduccin y radiacin cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmsfera por conveccin.Unmodelode transferencia de calor H por conveccin, llamado ley de enfriamiento deNewton, es el siguiente:
Donde h se llama coeficiente de conveccin, en Watt/ (m2. K), A es la superficie que entrega calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T, como se muestra en el esquema de la figura 1.
Figura 1..
B)CONDUCCIN: La conduccin es el mecanismo de transferencia de calor enescalaatmica a travs de lamateriapor actividad molecular, por el choque de unas molculas con otras, donde las partculas ms energticas le entregan energa a las menos energticas, producindose un flujo de calor desde las temperaturas ms altas a las ms bajas. Los mejores conductores de calor son losmetales. Elairees un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire oplsticosse llaman aislantes.
C) RADIACIN: La radiacin trmica es energa emitida por la materia que se encuentra a una temperatura dada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energa es producida por los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas constitutivos y transportada porondaselectromagnticas o fotones, por lo recibe el nombre deradiacin electromagntica. La masa en reposo de un fotn (que significaluz) es idnticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad especial, un fotn viaja a lavelocidadde la luz y no se puede mantener en reposo. (La trayectoria descrita por un fotn se llama rayo). La radiacin electromagntica es una combinacin de campos elctricos y magnticos oscilantes y perpendiculares entre s, que se propagan a travs del espacio transportando energa de un lugar a otro.
2.3 CAPACIDAD CALORIFICA(C):
Es la cantidad de calor ganado o cedido para elevar o bajar la temperatura de una sustancia en 1.
2.4 CALOR ESPECFICO (Ce):
Es la cantidad de calor que debe ganar o perder la unidad de masa para elevar o disminuir su temperatura en un grado.
2.5 PRINCIPIO FUNDAMENTAL DE CALORIMETRA:
Cuando mezclamos dos o ms, cuerpos a diferentes temperaturas, ocurre que el calor que pierden los cuerpos calientes lo ganan los cuerpos fros. Esto no es ms que una aplicacin de la ley de la conservacin de la energa.
Tambin conocida como primera ley de la termodinmica, establece que si se realiza trabajo sobre un sistema o bien ste intercambia calor con otro, laenergia internadel sistema cambiar.Visto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energa necesaria que debe intercambiar el sistema para compensar las diferencias entre trabajoy energa interna. Fue propuesta porNicolas Lonard Sadi Carnoten1824, en su obraReflexiones sobre la potencia motriz del fuego y sobre las mquinas adecuadas para desarrollar esta potencia, en la que expuso los dos primeros principios de la termodinmica. Esta obra fue incomprendida por los cientficos de su poca, y ms tarde fue utilizada porRudolf ClausiusyLord Kelvinpara formular, de una manera matemtica, las bases de la termodinmica.
La ecuacin general de la conservacin de la energa es la siguiente:
2.6 DETERMINACIN EXPERIMENTAL DE CALORES DE NEUTRALIZACIN. REACCIONES A PRESIN CONSTANTE.Cuando se lleva a cabo una reaccin de neutralizacin en un calormetro mezclando una disolucin de un cido con otra de una base, el calor liberado en la reaccin de neutralizacin es absorbido por el agua (que aumenta su temperatura) y por las paredes del calormetro.
2.7 Calores de reaccin
Todas las reacciones qumicas estn acompaadas ya sea por una absorcin o una liberacin de energa, que en general se manifiesta comocalor.LaTermoqumicaes la parte de la Termodinmica que estudia los cambios de energa en las reacciones qumicas.
Elcalor de una reaccin qumicaes el cambio de entalpa del sistema cuando la reaccin ocurre a presin constante. En general, este calor de reaccin depende no slo de la naturaleza qumica de cada producto y cada reactivo, sino tambin de sus estados fsicos.Elcalor estndar de reaccin, puede ser considerado como una propiedad caracterstica de la reaccin, y a partir de la cual se puede calcular calores de reaccin bajo otras condiciones. Se define elcalor estndar de reaccincomo el cambio de entalpa resultante del proceso de la reaccin, bajo una presin de 1 atm, comenzando y terminado con todos los materiales a la temperatura de 25C. Por ejemplo: Se coloca en un calormetro, a presin constante, 1 mol de tomos de Zn (65,38 g) con 2073 g de una solucin acuosa 1,0 m de HCl (es decir 2,0 moles de HCl) a una temperatura inicial de 25C. Durante el curso de la reaccin, el sistema aumentar de temperatura, se desprender hidrgeno gaseoso, y se formar una solucin acuosa 0,5 m de cloruro de zinc. Cuando la reaccin se ha completado, la solucin resultante y el gas hidrgeno pueden ser enfriados a 25C nuevamente. Si no ha tenido lugar evaporacin de agua, se determinar que del sistema deben extraerse 34900 cal para restablecer la temperatura de 25C. La cantidad medida de calor desarrollado representa elcalor estndar de reaccinpara esta reaccin en particular, a presin constante (atmosfrica) para las concentraciones indicadas.Cuando se libera calor en una reaccin, se dice que la reaccin esexotrmica; cuando se absorbe calor es una reaccinendotrmica.Usando la nomenclatura convencional, la reaccin del ejemplo citado se simboliza de la siguiente maneraZn (s) + 2 HCl (m = 1,0) ZnCl2(m = 0,5) + H2(g) (1,0 atm) (1)donde H= -34900 cal /mol; y es el calor de reaccin ( o cambio de entalpa) a 25C y 1 atm.Su signo negativo establece, por convencin, que la reaccin es exotrmica.Los calores de reaccin pueden determinarse por mediciones calorimtricas, en los casos en que stas pueden realizarse en forma rpida y completa. Algunos calormetros operan isotrmicamente aadiendo o extrayendo calor del sistema para mantener la temperatura constante.Otros actan adiabticamente, usando un sistema aislante. El tipo ms corriente consta de un recipiente aislado, con agua, dentro del cual se produce la reaccin. El calor desarrollado o absorbido modifica la temperatura del agua, la cual se mide. La cantidad de calor resulta igual al producto de la capacidad calorfica total del calormetro por la variacin de temperatura, pero para mediciones aproximadas, basta con tener en cuenta slo lamasa del aguaysu calor especfico que es igual a 1 cal/ g C, despreciando el calor absorbido por el calormetro es decir, despreciando su capacidad calorfica.Los calores de reaccin tambin pueden calcularse a partir de datos de calores de combustin o de formacin; en este caso, elcalor estndar de reaccin(o cambio de entalpa) es igual a la suma algebraica de loscalores estndar de formacinde los productos menos la suma algebraica de los calores estndar de formacin de los reactivos; esto es, multiplicados todos estos calores de formacin por los respectivos coeficientes estequiomtricos.H reaccin = Hf (productos) - Hf (reactivos) a 25 C (2)Elcalor molar estndar de formacin de un compuesto(Hf) representa el calor de reaccin cuando se forma un mol de compuesto a partir de los elementos que lo integran (en forma de sustancias simples), a la presin de 1 atm y siendo la temperatura al comienzo y final de la reaccin de 25C.Calor de neutralizacin.La neutralizacin de soluciones acuosas diluidas de un cido por medio de una solucin acuosa diluida de una base, es un tipo particular de reaccin qumica; es unareaccin de neutralizacin.La neutralizacin de una solucin acuosa de HCl con una solucin de NaOH puede ser representada por la siguiente ecuacin:HCl (ac) + NaOH (ac) NaCl (ac) + H2O (l) (3)El calor de reaccin H25C puede calcularse a partir de los respectivos calores deformacin Hf, a saber:Hf NaOH (ac) -112,236 kcalHf HCl (ac) -40,023 kcalHf NaCl (ac) -97,302 kcalHf H2O (l) 683,17 kcalSegn la ecuacin (2), el calor standard de reaccin para la ecuacin (3) ser:H 25C = [ (-97,302) + (-68,317) ] - [ (-112,236) + (-40,023) ] = -13,680 kcal (4)El smbolo (ac) empleado a continuacin de la frmula del soluto, representa por convencin, que la solucin acuosa es lo suficientemente diluida como para que una dilucin adicional no produzca efectos trmicos; en consecuencia, por ejemplo, el calor de la formacin del NaOH (ac), Hf = - 112236 cal, ser igual a la suma algebraica del calor de formacin de un mol de NaOH en infinitos moles de agua; esto es, el calor de la disolucin a dilucin infinita.Los calores de neutralizacin pueden determinarse por mediciones calorimtricas directas, a partir de mediciones en serie efectuadas sobre soluciones de concentraciones finitas que progresivamente se van diluyendo y extrapolando a dilucin infinita. Se indican a continuacin, algunos valores de calores de neutralizacin basados en tal procedimiento:HCl ( ac) + LiOH (ac) Li Cl (ac) + H2O H 25C = -13680 cal (5)HNO3 (ac) + KOH (ac) KNO3 (ac) + H2O H25C = - 13675 cal (6) H2SO4 (ac) + KOH (ac) K2SO4 (ac) + H2O H 25C = - 13673 cal (7)Obsrvese que el calor de neutralizacin de cidos fuertes con bases fuertes en solucin diluda, es prcticamente constante cuando 1 mol de agua se forma en la reaccin. La explicacin de este hecho reside en que tanto los cidos como las bases fuertes y sus sales derivadas estn completamente disociadas en sus respectivos iones cuando se hallan en solucin acuosa suficientemente diluda. Desde este punto de vista, una solucin diluda de HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solucin acuosa; y similarmente, una solucin diluda de NaOH consiste en iones Na+ e OH- en solucin acuosa. Despus de la neutralizacin, la solucin restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. La reaccin (3) puede ser interpretada como inica de la siguiente manera:Na+ (ac) + OH- (ac) + H+ (ac) + Cl- (ac) Na+ (ac) + Cl- (ac) + H2O (l),o sea cancelando los trminos comunes:OH- (ac) + H+ (ac) H2O (l) H 25C = -13680 cal (8)PARTE EXPERIMENTAL
III.-MATERIALES Y REACTIVOS A UTILIZAR
1 probeta de 25 ml 1 vaso de 150 ml 1 Matraz aforado 1 calormetro 1 termmetro HCL 0.5M NaOH 0.5M
IV.-PARTE EXPERIMENTAL
En un matraz aforado se coloca exactamente 25 ml de hidrxido de sodio en el calormetro y determinar su temperatura Por otro lado medir en otro matraz aforado exactamente 25 ml de cido clorhdrico e inmediatamente determinar su temperatura , verter en el calormetro y cerrar el calormetro con el tapn, agitar unos instantes para homogenizar las mezclas y registrar la temperatura de equilibrio. (Tm,). La experiencia se realiza en un calormetro (presin constante) y consiste fundamentalmente en medir el aumento de temperatura debido a la reaccin de neutralizacin de una solucin diluda de un cido fuerte (o un cido dbil) con el volumen estequiomtricamente equivalente de una solucin diluda de una base fuerte. Como las concentraciones de las soluciones son conocidas, tambin se puede calcular el nmero de moles de agua formados en la reaccin de neutralizacin. A partir del aumento de temperatura observado, se puede calcular el calor desarrollado correspondiente a dichos moles de agua y tambin el correspondiente a 1 mol de agua
4.1CLCULOS
V=25 ml =17=17=20
1 mol de HCL 1 mol H2O 0.025 mol de HCL x mol H2O x=0.0125 mol H2O ===
== === Numero de moles de agua que se produce en la reaccin
=
=
Calor de neutralizacin es el calor liberado por cada mol de agua producido
V.-CONCLUSIONES
Despus de realizar los clculos tenemos que el calor de neutralizacin de la reaccin que resulta -110.4KJ/mol lo que se comprueba tambin la primera ley de la termodinmica .y
VI.-CUESTIONARIO
Con que otros reactivos se podran realizar la practica
Con cualquier otra base y un cido.
VII.-BIBLIOGRAFIA:
http://www.ehowenespanol.com/tipos-calorimetros-info_281675/ http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10_calorimetria.php Brown T., LeMay Jr., Bursten B.,Qumica. La ciencia central. Editorial Prentice Hall Hispanoamericana SA. 1998. Sptima edicin Umland J. y Bellama J.Qumica General. Editorial ITE Latin Amrica. 2004. Tercera Edicin. Chang R.Qumica.Editorial Mc Graw Hill.Mxico.1992. Primera edicin en espaol. Whitten K. Gailey R. y Davis R.Qumica General. Editorial Mc Graw Hill. Mxico. 1992. Segunda edicin en espaol. Atkins P. y Jones L.Qumica. Molculas. Materia. Cambio. Ed. Omega S.A. 1998. Tercera edicin.
ANEXOS:
Materiales para la medicin del calor de neutralizacion.
EeEnsamblado del calormetro
