Informe de Laboratorio Termodinamica

 

 

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FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL

 

ESCU ES CUEL ELA A DE IN INGE GENI NIER ERÍA ÍA AM AMBI BIEN ENT TAL

“TERMODINAMICA”

   

TERCER LABORATORIO DEL CURSO DE QUIMICA I Integrantes: LLAMOCCA TORRES ANGELLY LISETH

RAMIREZ PEREZ CARLOS ALBERTO TORRES JEANDERYN ROSSO RAMOS STEFANY

DOCENTE: ING. BILM BILMA A YUPANQUI YUPANQUI PORRAS 

 

 

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  ÍNDICE RESUMEN.............................. RESUMEN........ ............................................ ............................................ ............................................ .......................................3 .................3

I.

II. INTRODUCCIÓN.....................................................................................................4 III.

OBJETIVOS.............................. OBJETIVOS........ ............................................ ............................................ ............................................ .................................5 ...........5

general................................................... ............................................ ...............................................5 .........................5 III.1. Objetivo general............................. específicos................................................ ............................................ ...................................... ....................5 ....5 III.2. Objetivos específicos.......................... IV.

MARCO TEÓRICO......... TEÓRICO............................... ............................................ ............................................ ...................................... ....................5 ....5

V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.............................. EXPERIMENTAL....................................................... ................................... ..........12 12 V.1. Materiales........ Materiales.............................. ............................................ ............................................ ..........................................................12 ....................................12 V.2. Equipos..... Equipos........................... ............................................ ............................................ ............................................ ...........................................13 .....................13 V.3. Reactivos.... Reactivos.......................... ............................................ ............................................ ............................................ ...................................... ...................14 ...14 V.4. Metodología..........................................................................................................15 VI.

TABLA DE DATOS Y RESULTADOS.. RESULTADOS........................ ........................................................... .....................................16 16

VII.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS.................................... RESULTADOS............................................................. ................................... ..........21 21

VIII. CONCLUSIONES....... CONCLUSIONES............................. ............................................ ............................................ .............................................21 .......................21 IX.

RECOMENDACIONES......................................................................................22

X. CUESTIONARIO....................................................................................................22 XI.

FUENTES DE INFORMACIÓN........... INFORMACIÓN................................. ............................................ ........................................ ..................26 26

 

 

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FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL  XII.

ANEXOS.................................. ANEXOS............ ............................................ ............................................ ......................................................27 ................................27

XIII.1.

Diagrama de flujos............... flujos..................................... ............................................ ................................................... .............................29 29

XIII.2.

Datos originales y observaciones................. observaciones....................................... ................................................. ...........................33 33

XIII.3.

Datos calculados. calculados....................... ............................................ ............................................ ............................................ .........................34 ...34

XIII.4.

Análisis de error............... error..................................... ............................................ ....................................................... .................................45 45

 

 

 

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I.

RESUMEN

En el presente laboratorio virtual se va a determinar la cantidad de energía que se libera cuan cuando do se llev llevaa a cabo cabo una una reac reacci ción ón de comb combus usti tión ón,, as asíí mism mismoo es de pa parti rticu cula lar  r  importancia conocer el valor energético involucrado en una reacción porque nos permite conocer la cantidad de energía producida por una determinada cantidad de reactivo. Nos ayudará el simulador https://labovirtual.blogspot.com/search/la bel/calor%20de%20combusti%C3%B3 combusti%C3%B3nn https://labovirtual.blogspot.com/search/label/calor%20de%20 este simulador están los accesorios y reactivos que se van a necesitar dichas mediciones.

para realizar 

 

 

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II. INTRODUCCIÓN

Si se busca una definición sencilla de termodinámica se puede encontrar que la termodinámica es la rama de la física que estudia la energía, la transformación entre sus distintas manifestaciones, como el calor, y su capacida capacidadd para producir un trabajo. La termodinámica está íntimamente relacionada con la mecánica estadística, de la cual se  pueden derivar derivar numerosas relac relaciones iones termodinámicas. termodinámicas. Es importante te tener ner en mente que la termodinámica estudia los sistemas físicos a nivel macroscópico, mientras que la mecánica estadística suele hacer una descripción microscópica de los mismos.

 Debe quedar claro que la termodinámica es una ciencia y, quizá la herramienta más importante en la ingeniería, ya que se encarga de describir los procesos que implican cambios en temperatura, la transformación de la energía, y las relaciones entre el calor y el trabajo. La termodinámica es una ciencia factual que se encarga de estudiar hechos o acontecimientos auxiliándose auxiliándose de la observación y la experimentación por lo que tiene que

 

 

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apelar al examen de la evidencia empírica para comprobarlos. Así, la termodinámica puede ser vista como la generalización de una enorme cantidad de evidencia empírica.

Esta ciencia es extremadamente general: no hay hipótesis hechas referentes a la estructura y al tipo de materia de la cual nos ocupamos. Tal vez una de las razones por las que la termodinámica es tan difícil de estudiar sea que la teoría empleada para describir los fenómenos es muy general y que puede ser aplicable a sistemas de estructura muy elaborada con todas las formas de propiedades mecánicas, mecánicas, eléctricas y térmicas complejas. En el estudio termodinámico es común idealizar los sistemas para que sus propiedades mecánicas y eléctricas sean lo más triviales posibles. Cuando el contenido esencial de la termodinámica se ha desarrollado, es una cuestión simple extender el análisis a sistemas con estructuras mecánicas y eléctricas relativamente complejas. La cuestión esencial es señalar que las restricciones en los tipos de sistemas considerados no son limitaciones básicas sobre la generalidad de la teoría termodinámica, y sólo se adoptan meramente para la simplificación expositiva.

Quizá la complicación principal del análisis termodinámico como herramienta en ingeniería se deba a que es práctica común restringir los estudios a sistemas simples, definidos como sistemas que son macroscópicamente macroscópicamente homogéneos, isotrópicos, y desprovistos de carga eléctrica, que son lo suficientemente grandes para que los efectos de frontera puedan ser ignorados, y que no se encuentran bajo la acción de campos eléctricos, magnéticos o gravitacionales. Nada más lejos de la realidad

 

 

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III. III. OB OBJE JETI TIVO VOS S

III.1. Objetivo general  

Conocer los efectos del calor sobre los cuerpos: dilatación y cambios de estado, diferenciado entre calor y temperatura.

 

Relacionar las propiedades macroscópicas macroscópicas de un sistema con las que describen el comportamiento de sus partículas constituyentes.

III.2. Objetivos específicos 

Evaluar cualitativa y cuantitativamente el calor desprendido o absorbido de una reacción química, haciendo uso de un calorímetro y aplicando la de ley de Hess..



Determinar la capacidad calorífica de un calorímetro y el calor especifico de algunos metales.



Proponer la solución de problemas relacionados con los cambios

 

 

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FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL IV. MA MARC RCO O TE TEOR ORIC ICO O

TERMOQUIMICA Es la ciencia que estudia los cambios energéticos o cambios de calor(térmicos) en las reacciones químicas. Todas las reacciones químicas van acompañadas acompañadas de absorción o desprendimiento de energía, que generalmente se manifiesta como calor Q. Cada sustancia química además de poseer una composición definida. También posee o contiene una determinada cantidad de energía química. Denominada entalpia(H) , y dicho cambio una reacción química se le indica por por H. Experimentalme Experimentalmente, nte, en el laboratorio las reaccione reaccioness químicas se realizan a presión constante, por tanto el calor transferido desde el medio ambiente es igual al cambio de entalpia del sistema, lo que significa :

 

Q = ΔH 

CALOR  Se define como una cantidad de energía que fluye a través de la frontera de sistema durante un cambio de estado, en virtud de un diferencial de temperatura entre el sistema y su medio circundante, y que fluye de un punto mayor a un punto menor de temperatura. Desde un punto de vista macroscópico, la temperatura de un cuerpo es su estado térmico considerado con referencia a su poder de comunicar calor a otros cuerpos. Cabe señalar que, dos cuerpos pueden tener la misma temperatura y distintas cantidades de calor; es algo análogo a dos recipientes en los que el agua alcanza el mismo nivel mientras que en uno de ellos hay más agua que en el otro.

 

 

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  CALORIA Es la cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de 1gr de agua desde 14.5 a 15.5

C°

CALOR ESPECIFICO Se define como el número de calorías que deben añadirse a un gramo (ó libra) de sustancia para que su temperatura suba 1°C ( ó 1 °F) . El calor especifico de un elemento o compuesto es una  propiedad característica característica del eleme elemento nto o compuesto. Todas Todas las sus sustancias tancias nece necesitan sitan calor para

 

 

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FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL elevar temperatura, permaneciendo constante otras variables.

Q = w . C . ( TF - TI)

Donde: Q = calor especifico W = masa C = calor especifico Tf – To =diferencia de temperaturas

CALOR DE REACCIÓN Se define como la cantidad de calor que se desprende o absorbe durante una reacción química, esto se debe a la diferencia entre las entalpias de los productos y reactivos a presión constante y a una temperatura definida. Y se indica como ΔHr.   como el calor aso asociado ciado ccon on un unaa reacc reacción ión es afectado por el estado de los materiales (solidos, líquidos o gases), es necesario indicar por (s), (l), (g) el estado de cada material en la ecuación química correspondiente a una reacción química. Ejemplos:

 

H2(g) + I2

2HI(g)

ΔHr = 12.4 k cal.

 

Nacl (l)

NaCl

ΔHr = -6.6 kcal

  En donde, si ΔHr + , la reacción es endotérmica (absorbe Carlos) y es necesario suministrar calor para que ocurra.  

ΔHr + , la reacción es exotérmica (libera calor).

 

 

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El calor de reacción es una propiedad molar y se aplica a la ecuación expresada en moles, ΔHr . Ejemplo: en la formación de HI(g) es 6.2 kcal/mol. Dentro de los calores de reacción se encuentran los calores de formación, combustión, fusión, vaporización,, sublimación, disolución, neutralización, etc. vaporización

CALOR DE FORMACIÓN Es el calor liberado o consumido, cuando se forma un mol de un compuesto a partir de sus elementos constituyentes constituyentes y se representa por ΔHf. Ejemplo: 1 2

1

H2 + Cl2 2

  HCl

ΔHf = -40.02 kcal / mol

→

El calor de reacción r eacción que acompaña a cualquier cambio químico se calcula con los calores de formación de todos los compuestos en la reacción. Así : ΔHf = ΔHf(productos) – ΔHf(reactivos)

EJEMPLO :  calcular el calor de reacción reacción a 25°C y 1 atm. de la ecuación.

HCl (g) + NH3 (g)

Solución : 

  NH4Cl(s)

→

ΔHr = ?

 

 

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los calores de formación son los siguientes: HCl(g) : ΔHf = 22.063 kcal/mol  NH3(g) : ΔHf =-11.040 kcal/mol  NH4Cl : ΔHf = -75.380 kcal/mol Sustituyendo estos valores en la formula se tiene: ΔHf = (-75.380) – (-11.040 – 22.063) =-42.277 kcal/ mol

CALOR DE COMBUSTION Es el calor desprendido en la combustión completa de una mol de compuesto: generalmente orgánico, se oxida con el oxígeno formando CO2(g). H20(l) y quizás otros productos. El calor de reacción r eacción de los compuestos orgánicos se calcula en forma ultra directa utilizando los

 

 

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calores de combustión, en vez de los calores de formación.

 

 

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CALOR DE SOLUCION Y DILUCIÓN Es el calor absorbido o desprendido durante la disolución del soluto en el divalente; generalmente el calor de disolución depende de la concentración de la solución inicial y final a presión y temperatura constantes. El  proceso de disolución disolución de un so soluto luto en agua ssee representa aasí. sí.

 

 

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V. PR PROC OCED EDIM IMIE IENT NTO O EX EXPE PERI RIME MENT NTAL AL

V.1.

MATERIAL IALES

MECHERO, TRÍPODE Y REJILLA Es un instrumento de uso frecuente en laboratorios de química. Sirve como soporte en montajes para el calentamiento de sustancias. Sobre el trípode se coloca la malla o rejilla de asbesto, para utilizar con mecheros  de alcohol o bunsen. Es ideal para realización de experimentos.

 

TERMÓMETRO

 

Es un tubo de vidrio sellado que contiene mercurio, cuyo volumen cambia con la temperatura de manera uniforme

 

 

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PISETA CON AGUA DESTILADA

Se utilizan para enjuagar el material de laboratorio, ya sea para disolver o para lavar. En casos especiales se utilizan con una boquilla especial para recoger una muestra liquida y mantener el contenido de la muestra sin contacto a otros componentes externos.

 

VASOS DE PRECIPITAD PRECIPITADO O

Es un recipiente cilíndrico de vidrio  borosilicatado fino que se utiliza muy comúnmente en el laboratorio, sobre

   

 

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BAGUETA

Es un fino cilindro de vidrio macizo, que se utiliza principalmente para revolver, mezclar o disolver

V.2.

EQUIPOS  

BALANZA

Es ideal para controlar el peso de muestras muy pequeñas. Por ejemplo, con esta balanza analítica puede pesar el polvo. Los campos de uso típicos para una balanza de laboratorio son los laboratorios y los institutos de investigación.

   

 

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CALORIMETRO Es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos

V.3 REACTIVOS AGUA

Es una sustancia que químicamente se formula como H2O, es decir, que una molécula de agua se compone de dos  

ETANOL

átomos de hidrógeno enlazados covalentemente.

   

 

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METANOL Es un líquido incoloro, volátil e inflamable con un ligero olor alcohólico en estado puro. Es un

 

HEPTANO

líquido altamente venenoso y nocivo para la salud. Es miscible en agua, alcoholes, esteres,

 

HECTANOL

Es un hidrocarburo saturado de la familia de los alcanos de fórmula C7H16. Existe  

CICLOPENTANO

en la forma de 9 isómeros.

 

 

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BENCENO

Es una sustancia química líquida, incolora o de color amarillo claro cuando está a

 

ETANOL

Es un compuesto químico orgánico alifático con un grupo funcional hidroxilo, formando  parte de la familia de los alcoholes, de fórmula empírica

   

 

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CICLOPENTANO Es un hidrocarburo del grupo de los cicloalcanos,, que pertenece al grupo de los cicloalcanos cicloalcanos. .

V.3 Metodología

 

 

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PROCEDIMIENTOS 

1)Colocamos 320.01 gramos de metanol en forma de mechero, dentro de un recipiente

2)Observamos la temperatura inicial del agua T=20°C, y encendemos el mechero.

 

 

 

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3) Se observa que la temperatura del agua se eleva hasta Tf = 25.5°C

 

4) Tenemos como resultado final la masa del mechero de 319.5

 

 

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VI.. TA VI TABL BLA AD DE ED DAT ATOS OS

Combustible

METANAL

Masa mechero inicial

320.01

Temperatura agua fría (°C)

20.0°c

Masa de agua (g)

500g

Temperatura agua caliente (°C)

25.5°c

Masa del mechero final

319.5

Masa del combustible consumido en la combustión

0.51

Moles del combustible consumido en la combustión 0.0159

Calor especifico del agua

3 1g/ cm

 

 

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FACULTAD DE INGENIERÍA AMBIENTAL Calor utilizado para calentar el agua

Calor producido en la reacción (p (peerdidas del calor:40%) Calor de combustión en kJ/mol (experimental) Calor de combustión en kJ/mol (teórico) % Error