Informe 1 - Fico II Volumen Molar
August 25, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÌA QUÌMICA Escuela Profesional de Ingeniería Química
ASIGNATURA: LABORATORIO DE FISICOQUÌMICA II LABORATORIO Nº1: VOLUMEN MOLAR
GRUPO: GRUPO 1 – 90G ALUMNOS: AGIP TORRES RUTH VANESSA
AGUILAR PROSOPIO ALYSSA
BALLENA CHAMPAC ALONSO CALDERÓN CARBAJAL JORCH ALDAIR
CALDERÓN RIVERA RONY MANUEL
CALIXTO ESPÍRITU JAIR
CASANUEVA PALACIOS KARLA ROSALÍA
DOCENTE: ING. HUAMANÍ TAIPE GUMERCINDO
2021
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química
INDI E I.
INTRODUCCIÓN .......................... .......................................................... ............................................................... ............................................................. .......................................................... ............................3
II.
OBJETIVO ............................. ............................................................. .............................................................. ............................................................. ............................................................. ...................................... ........ 4
III.
MARCO TEÓRICO.............................. ............................................................. .............................................................. ............................................................. ................................................ ..................5
3.1
Volumen específico ........................... ......................................................... ............................................................. ............................................................. ........................................... .............5
3.2
Volumen molar parcial .............................. ............................................................ ............................................................. .............................................................. ................................... 6
3.3
Propiedades del Volumen molar parcial.......................... ......................................................... .............................................................. ................................... 7
IV.
MATERIALES Y REACTIVOS.............................. ............................................................. ............................................................. .......................................................... ............................8
V.
PARTE EXPERIMENTAL ........................... ......................................................... ............................................................. ............................................................. ........................................ .......... 10
VI.
RESULTADOS .......................... .......................................................... ............................................................... ............................................................. ....................................................... ......................... 11
6.1
GRAFICAR FRENTE A LA FRANCCIÓN EN PESO (wE) ......................................................... ......................................................... 11
6.2
DETERMINAMOS LA ECUACIÓN
6.3
DETERMINAMOS LA FUNCIÓN............................. ............................................................ ............................................................. ............................................. ............... 12
6.4
DETERMINAREMOS V1, V2, V ................................................. ............................................................................... ............................................................ .............................. 13
=2
.......................................................... ............................ .................................................. .................... 12
VII.
CONCLUSIONES............................ ........................................................... .............................................................. ............................................................. .................................................. .................... 17
VIII.
BIBLIOGRAFÍA............................. ............................................................. ............................................................... ............................................................. .................................................. .................... 18
IX.
ANEXOS ........................... ........................................................... .............................................................. ............................................................. .............................................................. ................................... .... 19
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
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I.
INTRODUCCIÓN
Las magnitudes molares parciales se usan en mezclas para pa ra indicar la no aditividad de las propiedades extensivas de las mismas, es decir, la propiedad de la mezcla no es igual a la suma de la propiedad de los componentes puros por po r separado. Por ejemplo, el volumen molar de una mezcla binaria no es la suma de los volúmenes molares de los componentes puros. En esta práctica de laboratorio se calcularán los volúmenes molares parciales de una mezcla de etanol y de agua en soluciones de concentraciones conocidas, además de observar mediante gráficas las dependencias entre estas unidades. Entonces basados en toda esta información, para el laboratorio de fisicoquímica 2, trataremos de resolver y explicar sobre sob re estas dudas que se tiene respecto a este tema muy importante en el estudio químico.
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
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II.
OBJETIVO
Determinar el volumen molar del soluto y del solvente en una disolución aguaalcohol etílico
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
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III.
MARCO TEÓRICO
Cuando se mezclan dos sustancias de diferentes estructuras químicas, las propiedades extensivas de las mismas no se mantienen en la mezcla. Entre estas propiedades extensivas tenemos, la energía de Gibbs, la energía interna, la entalpía, los volúmenes, entre otras propiedades. Así tendremos que cuando mezclamos 50 ml de alcohol etílico con 50 ml de agua, el volumen total de la mezcla no es 100 ml. Estos tipos de fenómenos se enfocan con el criterio de las Magnitudes Molares.
3.1 Volumen específico El volumen específico es una propiedad intensiva característica de cada elemento o material. Se define matemáticamente como la relación entre el volumen ocupado por una determinada cantidad de materia (un kilogramo o un gramo); en otras palabras, es el recíproco de la densidad. Ejemplos: dos pedazos de hierro de distinto tamaño tienen diferente peso y volumen, pero el peso específico de ambos será igual. Este es independiente de la cantidad de materia considerada para calcularlo. Como es una propiedad intensiva, también podremos ubicar dentro de estas, por ejemplo: el punto de fusión, punto de ebullición, el brillo, el color, la dureza, etc. Se puede definir termodinámicamente por la siguiente ecuación:
= = íí = =
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3.2 Volumen molar parcial Es la contribución de una mol de componente i a la propiedad total X de la mezcla cuando se lo agrega a presión y temperatura constante a una masa tan grande de sistema que su composición se mantiene virtualmente inalterada. Las propiedades molares parciales son intensivas y de gran utilidad en el estudio de soluciones. Dependen de la presión, la temperatura y la composición del sistema. La propiedad molar parcial
para el componente i se define como: para
La propiedad extensiva X de una mezcla de n componentes, viene dada por: =
×
+
×
+
+
×
= , ...,
⋯ Siendo
la propiedad molar parcial del componente i en dicha mezcla. El valor la
variará con la concentración de i. En una mezcla ideal,
es igual a la
propiedad X de la sustancia pura.
Definimos el VOLUMEN MOLAR Y PARCIAL para un componente i, como:
̅ ,, =
Para un sistema binario, se puede escribir: =v-
(
)
= v + (1-
Donde:
= volumen especifico del componente 1 = volumen especifico del componente 2
V = volumen especifico de la mezcla en
= fracción en peso del componente 2
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/g
)(
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(
) = variación del volumen especifico de la mezcla respecto a la fracción
peso 2
Conocido
se puede determinar su volumen molar componente 1:
El volumen total de la solución (V)se puede calcular: V=
∑ ̅
, aplicando a un sistema binario: V =
̅ ̅ +
̅ =
3.3 Propiedades del Volumen molar parcial Se define para cada componente del sistema.
Magnitudes son funciones de estado del sistema
Son funciones de estado intensivas. Representan lo que cam cambia bia una
magnitud extensiva en función de otra extensiva. Aunque se definen para cada componente son propiedades del sistema sistema
en su conjunto porque dependen de las fuerzas intermoleculares. Dependen de presión, temperatura y composición. Puede ser positivo, cero o negativo. Es el cambio de volumen, si el
volumen disminuye el volumen molar parcial será negativo.
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IV.
MATERIALES Y REACTIVOS
Balanza analítica
Picnómetro
Termómetro
Baño Termostático
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Alcohol Etílico
Agua destilada
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V.
PARTE EXPERIMENTAL
1.Prepare 15 gramos de las siguientes soluciones de agua-etanol con los siguientes porcentajes en peso. (Lab. Química General I): 0;5;10;20;40,80 y 100 % en peso. 1.Determine la densidad de cada una de las soluciones anteriores mediante el método del picnómetro (Lab. de Fisicoquímica I)
Grafique v frente a la fracción en peso(w2)
Determine la ecuación: v=f(w2)
1.Determine la función
=
,
1.Determine para cada una de las muestras, aplicando las ecuaciones citadas en el fundamento teórico. INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
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VI.
RESULTADOS
Para el efecto de la presente práctica se le proporciona los valores de las densidades de las soluciones.
Tabla 2 Densidades de mezclas Agua-Etanol -3
wE
-3
δ/g.cm
wE
-3
wE
δ/g.cm
δ/g.cm
1
0.7893
0.65
0.8795
0.30
0.9538
0.95
0.8042
0.60
0.8911
0.25
0.9617
0.85
0.8310
0.50
0.9138
0.15
0.9751
0.75
0.8556
0.40
0.9352
0.05
0.9894
6.1 GRAFICAR FRENTE A LA FRANCCIÓN EN PESO (wE)
Ahora procedemos a realizar la gráfica, y ajustaremos la ecuación a una polinómica de grado 5, debido a que habrá una mayor exactitud al momento de realizar los cálculos, permitiendo una ecuación que represente satisfactoriamente la variación del volumen específico frente a la fracción en peso.
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V VS 1.4
ቇ 3 ቆ í
1.2 1 0.8
y = 0.7235x5 - 1. 1.84 8401 01xx4 + 1.6863x3 - 0. 0.50 5041 41xx2 + 0.1995x + 1.0019 R² = 1
0.6 0.4 0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
ó
6.2 DETERMINAMOS LA ECUACIÓN
=
Usando el programa EXCEL, a partir de la gráfica realizada en el inciso 6.1, podemos obtener su ecuación.
= = = ó í: = 0.7235 1.8401 + 1.6863863 0.5041041 +0.1995 +1.0019 =
6.3 DETERMINAMOS LA FUNCIÓN
= 0.7235 1.8401 + 1.66863863 0.55041041 +0.1995 +1.0019
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=3.6175 7.33604604 +5.0589 1.0082 +0.1995 6.4 DETERMINAREMOS V1, V2, V Tener en cuenta las siguientes ecuaciones:
= () = + 1 () = = V + V
Para un sistema binario
Teniendo los datos de manera ordenada, procederemos a calcular cada uno de los valores
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Para la solución con WE = 0
1° Calculamos los volúmenes específicos
= () +0.1995 0180325 33 0 × 3.6175 7.3604604 + 5. 0589 =1.=1.000180325 0 5 89 1 1. . 0 08 082 2 3 0 × 3.6175 0 7.3604 0 +5.05890 1.00820+0.1995 =1.00180325 = + 1 () =1.00180325+ 0180325+31 03.3.61751750 7. 7.3604 604604 0+5.+ 5.00589 589 58958911.0 1..008082020820+0. +0.19951995995 =1.10030325
2° Calculamos los volúmenes molares V 1 y V2
= 3 =1.00180325 × 18 =18.0324585 3 = 3 =1.10030325 × 46 3 =55.2599493
H2O
ETANOL
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= 15 ; = 0
= V + V 3 + 460 3 + × =15. = 18150×18. 2704875 ×18.0324584 55. 2 599493 3
De manera similar se realizan los siguientes puntos, pero para trabajar de una manera más rápida y eficaz para los siguientes datos seguiremos el mismo procedimiento en Excel y obtenemos lo siguiente:
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Donde: Componente 1 = agua Componente 2 = etanol
: ::
m1:
masa del componente 1
m2:
masa del componente 2
n1:
número de moles del componente 1
n2:
número de moles del componente 2
V:
volumen total de la solución
volumen específico del componente 1
volumen específico del componente 2
volumen molar del componente 1
volumen molar del componente 2
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VII.
CONCLUSIONES
El experimento lamentablemente lamentablemente no se pudo realizar realizar por ser virt virtual ual
pero el profesor nos proporcionó los datos para poder hacer un análisis y cálculos correctos. El uso de Excel nos fue muy importante ya que nos permitió hacer los
cálculos más rápidos y eficientes.
Mediante la gráfica y con los cálculos previamente hechos, se observa
que el volumen molar de a mezcla alcohol-agua va incrementando conforme aumentemos el porcentaje en peso
E.
En cada muestra se pudo llegar a obtener mediante cálculos que las
sumas de los volúmenes de cada componente y el volumen total no eran los mismos, con esto podemos afirmar que los volúmenes no son aditivos.
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VIII.
BIBLIOGRAFÍA
1. Smith, J., Van Ness, H. & Abbott, M. (1996). Introduccion a la Termodinamica en
Ingenieria
Quimica.
INTERAMERICANA
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Mexico
D.F.;
Mexico:
McGRAWHILL/
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IX.
ANEXOS
PROBLEMAS PROPUESTOS
9.1 Para una solución de ClNa-H2O, su volumen obedece a la expresión: V/cm3=1002.874 + 17.8213 m + 0.87391 m 2 – – 0.047225 m3 Donde m es la molalidad. Considere que m es proporcional a las moles del NaCl y que las moles de H 2O= 55.508 moles, donde el volumen molar componente puro del H2O es 18.068 cm3. Encuentre una expresión analítica para el volumen molar parcial del H 2O en la solución. Datos: Moles de H2O: 55.508 Volumen del componente puro H2O: 18.068 cm3 Según la teoría, sabemos que la tangente de la curva:
. ̅ = , = . =
Como la molaridad
varía
Es cte
Fig1. Relación del volumen especifico respecto a la molalidad del soluto
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Reemplazando: V/cm3=1002.874 + 17.8213 m + 0.87391 m 2 – – 0.047225 m3
̅ = , = 17.8213 + 1.74782m – 0.141675 Como: V = n1
+ n2
=̅ 55. ̅ ̅ ̅ 5 5 17..8213213 + 1.74782m 4782m – 0.14141675675 ̅ = 1002.874 + 17.8213 + 0.87391 – 0.04722555.55 17 7455.2955 +0.09445 ̅ = 10100202..87474 0.87429 ̅ = 18.18.0535535 0.0157 0157383877 +1.7002∗10−
La expresión analítica parcial del H2O en la solución es:
Grafica m vs V
V(m)=1002.874 + 17.8213 m + 0.87391 m 2 – – 0.047225 m3
la pendiente nos indica v molar del componente 2
, =̅ = 17.8213 8213 + 1.74782m 4782m – 0.141675 41675
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Dando valores a la molalidad:
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m
V sol
0
1002.874
1
18826.7951
1.5
27739.4997
2
36652.7474
2.5
45566.5738
3
54481.0143
4
72311.879
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Para el componente Nº1: AGUA Asumimos ciertos valores para la molalidad
m
v1
0
18.0535
1
18.0394615
2
18.0041468
3
17.9577571
4
17.9104936
5
17.8725575
6
17.85415
GRAFICA V1 vs MOLALIDA MOLALIDAD D 18.1 18.05 18
̅ 1 17.95 V
17.9 17.85 17.8 0
1
2
3
4
Molalidad (m)
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5
6
7
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9.2 Calcular los volúmenes molares parciales del agua y de la acetona en una disolución que contenga una fracción molar de acetona de 0,60 Los datos siguientes se refieren a disoluciones acuosas de la acetona 20°C. Wacetona
97,5
87,73
76,07
64,97
44,28
35,21
10,30
4,92
1,58
0,000
0,8011
0,8287
0,8604
0,8894
0,9335
0,9654
0,9828
0,9937
0,9964
0,9986
%(p/p) δSol
(g/mL)
-
Solución: Invertimos la densidad, para así tener el volumen específico y W lo pasamos a fracción en peso:
Wacetona (Fracción en peso) vsol
(g/
0.975
0.8773
0.7607
0.6497
0.4428
0.3521
0.1030
0.0492
0.0158
0,000
0,8011
0,8287
0,8604
0,8894
0,9335
0,9654
0,9828
0,9937
0,9964
0,9986
)
Gráfica:
v VS We ቇ 3 ቆ í
1.2 1 0.8 0.6
y = -0.1293x2 - 0.078 0.0784x 4x + 0.9976 0.9976 R² = 0.996
0.4 0.2 0 0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
ó
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1.2
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- Entonces:
==
= =. .óí +: .
- DETERMINAMOS LA FUNCIÓN
=
= 0.0.258586.6 +0. 0784+ . =. - Determinaremos V1, V2, V. Tener en cuenta las siguientes ecuaciones:
= () = + 1 () == V + V
Para un sistema binario
- Nos dicen que la fracción molar de acetona es 0.60.
Sabemos que:
∗ = = ∗ = = ∗
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= ∗ =0.60∗ 58.08 =0.458.5804408+18
Nota:
Siendo: WE = fracción en peso
- Calculamos el v para el:
=. . + . =.∗ 0.458044 .∗3 0.458044 + . =0.93456 = () 3 = 0.93456 0.458044× 0.2586 +0.0784 3 5860.458044 +0.0784 784 = 0.93456 0.458044× 0.2586
- Calculamos los volúmenes específicos
Hallamos v1:
Hallamos v2:
= 0.95295 3
= + 1 () =0.93456+ 1 0.4580440.2586 +0.0784 =0.93456+ 1 0.4580440.25860.458044 +0.0784 =0.91285 3
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- Calculamos los volúmenes molares V1 y V2
Hallamos V1:
= 3 =0.9=17. 52951531 ×183 =3 =0.91285 ×58.08 3 =53.018328
Hallamos V2:
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9.3 Cuando 1 mol de MgSO 4 se disuelve en un gran volumen de agua, el volumen total disminuye en 1,4 cm 3. (a)¿Cuál es el volumen molar parcial del soluto? soluto? Justifique el resultado considerando la naturaleza de las especies presentes en la solución. (b) Estime el volumen molar de una solución de MgSO 4 0,01 molal. Considere que el volumen molar parcial del agua en la solución es de 18 cm 3mol-1. SOLUCION: DATOS PROPORCIONADOS: a)
1 mol de MgSO4
H2O
H2O + MgSO4
V
V-1,4
ESTADO 1
ESTADO 2
Para el estado 1 (H2O pura):
= ∗̅
Tomando un volumen igual a 1000 cm 3 y con un volumen molar parcial para el agua de 18cm3/mol:
1000 = ∗ 18
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
=55,5556
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Para el estado 2 utilizamos la siguiente ecuación:
= ∗ ∗ ∗ + ∗
Teniendo como datos para resolver la ecuación: VMEZCLA = 1000cm3 – – 1,4cm3 = 998,6cm3 Para el sulfato de magnesio: XB = 1mol/56,5556mol = 0,01768
=120,366 =2,66 = 18 = 1
Para el agua en la mezcla: X AGUA = 1 – 0,01768 = 0,98232
= 0,01768∗120, 2,66 366 ∗ 0,01768∗120, 1768∗ 120,2,63666998,6+0,98232∗18 8232∗ 181 =43,22 = ∗̅ 43,22 =1∗̅
Entonces para 1 mol en la mezcla para el volumen parcial de sulfato de magnesio:
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
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b) Molalidad de MgSO4 = 0,01
̅ =43,22
= = =∗ =1000 0,01= 1 =0,01 ∗ = ∗ ∗ + ∗ 0, 0 0018∗120, 3 66 998, 6 = ∗ +0,99982∗18 2,66 0,=0.00018∗120, 0018∗ 120, 2, 6 3 6 66 9982∗ 18 1 44 = ∗̅ 0,44 =0,01∗̅
Para 1000 ml de agua:
Luego con la molalidad:
Utilizando la misma ecuación del apartado “a”:
Para 0,01mol de MgSO4:
INFORME 1: “VOLUMEN MOLAR”
44 ̅ = 44
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