Determinación Del Calor de Solución

 

INFORME DE LABORATORIO Nº2:

DETERMINACIÓN DEL CALOR DE SOLUCIÓN LABORATORIO TERMODINÁMICA QUÍMICA (210017) INGENIERÍA CIVIL QUÍMICA

Experimentador/a: Javiera Orellana S. Experimentador/a: Docente: Daniela Salinas U. Fecha: Lunes 30 de Noviembre, 2020.

Resumen

 

El objetvo principal que se preende lograr en ése experimeno es deerminar la consane del calorímero y el calor de reacción en la solubilización de NH 4Cl. Para ello se deben aplicar odos los daos del procedimieno descrio. Una vez obenido los daos se reemplazará en la ecuación de calor de reacción para así calcular la consane del calorímero. Para la segunda medición se masará NH 4Cl(s)  que poseriormene se disolverá con H2Ofría denro del calorímero. Una vez que reacciona se mide la T mezcla, obeniendo poseriormene el calor de solubilización en érminos molares. El C cal =  ´ 31,44 [J/°C] y ∆ H solubilización solubilización = 12450,9 [J/mol].

Referencia teórica Calor de reacción (∆H˚ rx) es la cantdad de calor liberada o absorbida en una reacción reacción química. La mayoría de las reacciones químicas se producen a presión consane, donde el cambio de enalpia es igual al calor (ΔH° = qp°). A presión consane, ΔH°=0 pero al ser medido el calor de reacción bajo condiciones adiabátcas q=0 y ΔH° por camb cambio io de emp emper era aur ura. a. El calo calorr de reac reacci ción ón se calc calcul ula a gr grac acia iass al calo calorí ríme mer ro o adiabátco que es un recipiene que mantene al sisema oalmene aislado por lo ano no hay ujo de calor desde o hacia el sisema. El calor de solución, es el calor involucrado en la disolución de “un mol” de soluo, en una cantdad especíca de “n moles” de solvene, a emperaura (298 K) y presión (1 bar≈1 am) deerminada. Cada vez que una reacción ocurre en medio acuoso, el H 2O forma pare del sisema de

.

reacción; en una solubilización además el agua es un reactvo Durane el proceso, el sisema contene el calorímero en si, la reacción de solubilización y el agua, hay calor asociado a cada componene: qoal = qagua + qcalorímero + qreacción  = 0, siendo q = calor La écnic écnica a ca calor lorime imerí ría a utliza utliza el cambio cambio de emper empera aura ura y la capac capacida idad d calorí caloríca ca expresada por gramo de susancia (C esp) para deerminar el calor, q, involucrado. En ese caso: qcalorímero = Ccalorímero  · ΔT qagua = magua · Cesp., agua · ΔT En esa últma ecuación en m agua se desprecia la cantdad de agua que se haya podido utlizar para la solubilización propiamene al, es demasiado pequeña, y C esp, agua es igual 4,184 (J/g·˚C).El calor de la reacción de solubilización es: qreacción  =  ó = - (qcalorímero + qagua)  ´ Por denición el Δ H  reacción  es el calor pueso en juego durane la reacción por mol de reacción q solubilización   ´ = Δ H   ´ algunos de sus componenes, es decir:  Δ H  rx solubilización= n soluto

Procedimiento

 

Denro Den ro del del calo calorí ríme mer ro o se cone conec car ará á el sens sensor or de e emp mper era aur ura, a, el cual cual esa esará rá sumergido en la solución, además de esar unido por el dispositvo PASCO con el sensor de emperaura para luego regisrar a ravés de ese, la lecura de emperaura (˚C) respeco al tempo (s). La lecura de la emperaura será a cada 2 segundos y se regisrara hasa una variación de emperaura que sea consane. Mediciones experimenales: 1. Calibración del calorímetro (Ccal  ):  En esa esa pri primer mera a mecidi mecidión, ón, se utliza utlizara ra el calorímero, 2 vasos de precipiado de 100 mL, de los cuales uno será para agua fría (vaso 1) y el oro para agua caliene (vaso 2). Se comenzará pesando el vaso 1, quien tene una masa de de 50,210 g (vacío) y se le añaden 50 g de H 2O medi medido doss en una una prob probe ea, a, vo volv lvien iendo do a pesa pesarr y masando ahora 102,948 g a una emperaura ambiene de 16,7 ˚C. ˚ C. Luego, agrega Luego, agregamos mos al ca calor loríme ímero ro (con (con el sensor sensor una vez incorp incorpora orado do en conaco con la solución (H 2O)) el agua fría, y comenzamos a rabajar con el vaso 2. Ese endrá una masa vacío de 49,135 g, y al añadirle 50 g de H 2O caliene su masa será de 93,123 g, a una emperaura ambiene de 69,0 ˚C. Por últmo, se incorpora el agua caliene al inerior del calorímero donde ya esa almacenado el agua fría, procediendo a cerrar ése y agiándolo hasa que la lecura sea una emperaura consane y nalmene, regisrarlas. Con esa información se puede calcular la consane del calorímero asumiendo que la emperaura inicial del agua fría es igual a la emperaura inicial del calorímero y la emperaura nal de la mezcla es igual a la emperaura nal del calorímero. qagua caliene + qagua fría + qcalorímero = 0 Anes de comenzar esa pare, se elimino el calorímero que enia la mezcla con el agua fría y caliene, se seco ése y el sensor. 2. Medi Medida da de dell ca calo lorr de reacci reacción ón de la solu solubi bili liza zaci ción ón de NH4Cl (s) (s): Se añaden al calorímero 100 g de agua destlada fría y luego se cierra resguardando que el sensor de emperaura ese en conaco con el agua, procedieno a regisrar emperaura hasa una lecura consane. Terminado eso, se agregan 3,017 g de cloruro de amonio (NH 4Cl) jandose de que caigan en el cenro y no en las paredes del calorímero, se cierra ése y se contnua haciendo el regisro de la emperaura respeco al tempo hasa una lecura consane, sin dejar de agiar para homogeneizar la mezcla. El regisro de la emperaura en 100 g de H 2O fría es de 17,21 ˚C y la T nal de la mezcla es de 15,66 ˚C.

Tabla Nº1: Materiales Calorímero Cápsula para pesada

Materiales Sensor de emperaura Agua destlada

 

2 vasos de precipiado de 100 mL Compuador Termómero digial

NH4Cl(s) Balanza

Datos experimentales Cesp, agua = 4,184 

J  g C 

Tabla Nº2: Registro de masas y temperaturas para agua fría y caliente. Medición 1 (calibración) Vaso 1 Vacío + 50 g Tamb ( C)

Vaso 2

50,210 g Vacío 102,948 g + 50 g 16,7 C Tamb ( C) Tfnalmezcla : 38,77 C

49,135 g 93,123 g 69,0 C

Tabla Nº3: Registro de masa de agua, masa de soluto, peso molecular del soluto, temperatura inicial del agua y temperatura final de la mezcla. Medición 2 mH2O (g)

msoluto (g)

PMsoluto (g/mol)

Ti H2O (C)

Tf mezcla ( C)

100 g

3,017 g

53,49 g/mol

17,21 (C)

15,66 (C)

Datos bibliográficos 



Represenación lera Fisícoquímica R. Chang Tercera Edición, página 90.

“q”=

Calor. .

Para una reacción Hrx > 0, es endoérmica (se absorbe energía) y con Hrx < 0, es exoérmica (se libera energía). Fisícoquímica R. Chang Tercera Edición, página 98.



.

Conversión de unidad de medida: 1 Fisícoquímica R. ChangTercera Edición, página 81.

Cal

l 

Resultados Datos calculados

Tabla Nº4: Variación de temperatura de agua fría y caliente  

H2Ofría

22,07 C

 

H2Ocaliente

-30,23 C

=

4,184

[J]. .

 

Tabla Nº5: Valores de constantes de calor  qH2Orío 4869,87 [J]

qH2Ocaliente -5563,70  [J]

qcalorímetro 693,83 [J]

Ccalorímetro 31,44 [J/C]

Moles de NH4Cl = 0,056 [mol] Calor de solubilización en érminos molares: 12056,43 12 056,43 [J/mol] Ejemplo de cálculos: Determinación Determinaci ón de la constante del calorímetro:

-

Calculo temperatur Calculo temperatura a fnal tabla tabla 2: Se obuvo al sacar el promedio enre 12 daos experimenales de la emperaura;

(38,76 + 38,75 + 38,77 + 38,76 + 38,76 + 38,76 + 38,78 + 38,77 + 38,77 + 38,78 + 38,78 + 38,78) : 12 ≈ 38,77 °C  -

Variación de temperatura de agua ría (1) y caliente (2) :

− Ti= 38,77 − 16,7=22,07 C  ( 1 ) T =Tf   − (2)T =Tf −Ti= 38,77−69,0 =−30,23 C  -

Calc Calcul ulo o de de con const stan ante tess de ca calo lorr (qaguaría ,  , qaguacaliente y qcalorímetro  ): ):

q aguafría  ( 102,948 102,948 g – 50,210 g)   4,184   aguafría =  ( 

J    22,07   C = 4869,87 [J]  g C 

q aguacaliente 93,123 g – 49,135g)  4,184   ( 93,123 aguacaliente =   ( 

J    -30,23   C = -5563,70 [J]  g C 

q aguafría   + q aguacaliente   = 0    q calorímetro  aguafría  + aguacaliente  + q calorímetro  calorímetro  = calorímetro  = 693,83 [J]  -

Cons Consta tant nte e calo calorí rífc fca a del del calo calorím rímet etro ro::

q calorímetrico  calorímetrico  = C calorímetro  calorímetro   T      C cal cal =

693,83 [ J ] 22,07 C 

 = 31,44

J  C 

Determinación Determinac ión del calor de reacción en la solubilización de NH 4CL:

-

Calc Calcul ulo o de de con const stan ante tess de ca calo lorr (qagua , qreacción y qcalorímetro  ): ):

J    = -648,52 [J]  q agua =  100 g  4,184   g C   (15,66-17,21)  C

 

q calorímetrico  calorímetrico  = C calorímetro  calorímetro   T   = 31,44

J    -1,55   C = -48,73[J]  C 

q reacción   = q solubilización  + q agua   ) = -(-48,73 -648,52) = 697,25 [J]  reacción  = solubilización = -(q calorímetro  calorímetro  + agua 

-

Calculo de moles de soluto: NH4Cl(s) + n H20(l)  NH4 + (ac) + Cl - (ac)

n soluto -

3,017 g 53,49 g / mol

=0,056 mol de N H 4 Cl

Calcu Calculo lo ca calor lor molar molar de so solub lubili ilizac zación ión de sal: sal:

  ´ solubilización = ∆ H 

  697,25 J  0,056 mol

=12450,9 [ J / mol ]

 

Análisis y conclusiones La ermoquímica esablece las bases eóricas del manejo del calor en las reacciones químicas, desde el puno de visa experimenal, la calorimería nos permie cuantcar qué ano calor como una forma de la energía absorbida o desprendida esá presene en una reacción. Deerminar esa energía presene en una reacción es posible bajo dos condiciones ermodinámicas; ermodinámicas; ya sea a presión consane o a volumen consane. En la medición 1, se logra concluir que C cal = 31,44 [J/°C] y el qH2O fría = 4869,87 [J], eso quiere decir que el agua fría absorbe el calor del agua caliene. En la medición 2, una vez que se agrega la sal, se cierra el sisema y se comienza a agiar, los valores que se muesran en el PASCO empiezan a bajar, por ende esa emperaura da un indicatvo de que algo ocurre al inerior del calorímero. La sal se disuelve en los 100 g de H 2O, requiriendo energía para poder disolverse en el e l solvene, es decir, el NH4Cl requerirá de energía para poder romper los enlaces y permitr la solubilización del compueso iónico. Como se requiere energía, eso implica que es una reacción endoérmica, pueso que la reacción es endoérmica si se absorbe calor y el calor de reacción es positvo (q>0).

 

Referencias bibliográficas R. Chang. Fisicoquímica (pág.81-99).(3º edición). McGraw Hill, México D.F. Ul Ullo loa a Sa Sali lina nass D. (2 (202 020) 0).. Gu Guía ía pr prác ácc co o 2:  Det Determ ermina inació ción n del calor calor de soluc solución ión. Universidad del Bio-Bío.