Practica 2 de Química Industrial

1. OBJETIVOS  El alumno determinará de forma experimental la capacidad calorífica de un calorímetro  el alumno determinará experimentalmente la entalpía molar de reacción para un par ácido fuerte – base fuerte (calor de reacción de neutralización a presión constante). a) OBJETIVOS PARTICULARES  Obtener el cociente entre la cantidad de energía calorífica transferida a un cuerpo o sistema y el cambio de temperatura que experimenta la capacidad calorífica a través del uso de un calorímetro.  Desarrollar la entalpía molar de reacción de forma experimental. 2. INTRODUCCIÓN Mapa mental de la práctica 2 (Capacidad calorífica y calor de neutralización).

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3. PROCEDIMIENTO

Diagrama de bloques sobre el procedimiento experimental.

4. TABLA DE DATOS DE LOS REACTIVOS AGUA HCL NaOH DESTILAD A SEGURIDAD (CRETI)

TABLA DE DATOS DE LOS REACTIVOS -----

SUSTANCIA Corrosivo Reactivo AIRE X x HCL √ √ NaOH √ √ 5. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES Experimento No. 1

Explosivo x x x

--

--

Toxico X √ √

--

Inflamable X X x

T (°C) AGUA DESTILASA TEMP. AMBIENTE (t 1) 24°C

(t 2) 77°C

T °C DE LA MEZCLA DE AGUA DESTILADA CADA 10 SEGUNDOS TIEMPO (S) 0 10 20 30 40 50 TEMPERATURA (°C) 46 45 45 45 45 45 

60 45

Temperatura de equilibrio térmico: teq. = 45 °C

Experimento No. 2 2

Temperaturas del ácido y la base t ácido 24°C Peso registrado de la solución

t base 21°C

t eq. 26°C

m (vaso y solución) 121.6 g

T1 (promedio entre t ácido y t base) 22.5

m vaso 62.16g

m solución 59.44g

6. CÁLCULOS Experimento 1 1) Cálculo de la capacidad calorífica del Calorímetro -m liq cal Cp liq cal (teq-t2)= m liq frio Cp liq frio (teq-t1) + m calorímetro Cp calorímetro (teq-t1) −QC =QG +Q P

( mlg )( 35 ml )

m= 1

m=35 g

−mCp ∆ T caliente =mCp ∆ T frio + K ∆ T calorimetro

K=

m=ρV

−mCp ∆ T CALIENTE −mCp ∆ T FRIO ∆T calorimetro

(

−( 35 g ) 1 K=

K=18.33

cal cal ( 45−77 ) ° C−( 35 g ) 1 ( 45−24 ) ° C g°C g°C ( 45−24 ) ° C

)

(

)

cal °C

Experimento 2 −QC =+Q P −Q R=mCp ∆ T SOLUCION + K ∆ T 2) Calcular masa de NaCl n NaCl =0.035 mol m=nP M

(

m=( 0.035 mol ) 58.5

g =2.0475 g mol

)

3) Sustituyendo m de NaCl para calcular m de la solución 3

msolucion =m NaCl +mH 20 mhH 20=69.44 g−2.0475 mH 20 =67.3925 g

4) Calcular Cp de la solución C p=∑ X I Cp i X SAL=

mi 2.0475 g = =0.0295 mT 69.44 g

(

Cp=0.0295 0.2063

X H 2O =

mi 67.3925 g = =0.9705 mT 69.44 g

cal cal cal + ( 0.9705 ) 1 =0.9766 g°C g° C g°C

)

(

)

5) Sustituir el valor de Cp y masa de la solución en la ecuación original para calcular calor de neutralización

(

−Q R= (35 g ) 0.9766

cal cal ( 26−22.5 ) ° C+ 18.33 (26−22.5 ) ° C=183.789 cal g°C °C

)

(

)

6) Calcular el número de moles de agua por cada mol de compuesto NaCl 3.744 mol H20 ----- 0.035 mol de NaCl X

-- 1 mol de NaCl

n=106.97 mol Comparando ese valor de n en la gráfica da un valor de Cp=4.05 J/g°C

7) Calculo de la entalpia molar de neutralización. Para calcular la entalpia de neutralización utilizamos el calor de neutralización y el número de moles de H2O, aplicándolos a la siguiente fórmula: ∆Hn= -Q neutralización (J) / nH2O=

∆ H=

−183.789 cal cal =−5251.11 0.035 mol mol

Cálculo del % error

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−13360 %E=

cal cal −(−5251.11 ) mol mol x 100 =60.70 cal −13360 mol

Capacidad calorífica de calorímetro Calor de neutralización Entalpia molar de neutralización % E de la entalpía molar de neutralización # de moles formados # de moles de agua por cada mol de NaCl 7. TABLA DE RESULTADOS

K= 18.33 cal/°C -Qr=183.789 cal ΔH= -5251.11 cal/mol 60.70% n= 3.744 mol n= 106.97 mol

Observaciones: La causa que podemos atribuir al porcentaje de error mostrado en la tabla anterior puede ser en primera instancia a la mala medición de temperaturas a causa de un desperfecto en la graduación del termómetro. 8. CUESTIONARIO 1. ¿Qué interpretación física tiene el valor de K del calorímetro? La c del calirimetro indica la cantidad de calor ganado por una sustancia para asi poder elevar su temperatura 2. Calcule K para 2 calorimetros cuyas masas son de 100 g pero uno ha sido construido en aluminio y otro en vidrio pyrex. Consulte los valores de Cp en la tabla numero 2 El Cp se tomo de la siguiente tabla

Mcalorimetro= 100g Cpaluminio= 0.92 J/g ℃ Cpvidrio pyrex = 0.83 J/g ℃ C calorimetroaluminio =(m)(Cp) = (100g) (0.92 J/g ℃ )= 92 J/g ℃ = 21.98 cal/ g ℃ C vidrio pyrex = (m)(Cp) = (100g) (0.83 J/g ℃ )= 83 J/g ℃ = 19.63.98 cal/ g ℃

3.- complete la ecuación de la reacción de neutralización HCl (ac) +NaOH (ac)

_NaCl (ac)____ +___H2O (l)_______

4.- tome los datos de la tabla No 3 y calcule el valor teórico esperado para

∆ H

Datos de los calores de formación: de la tabla mostrada a la derecha

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∆ H ° fHCl=−167.52

KJ MOL

∆ H ° fNaOH =−469.79

KJ MOL

∆ H ° fNaCl=−407.29

KJ MOL

∆ H ° fH 2 O=−285.98

KJ MOL

∆ H ° f =∑ n ∆ H ° fproductos−∑ n ∆ H ° f reactivos = kj −167.52 kj +( 0.04 mol)( ) ( −469.74 ) mol mol −407.29 kj −285.98 kj ∆ H ° f = ( 0.04 mol )( + ( 0.04 mol ) ( ) )]−¿ [ mol mol

( 0.04 mol )

∆ H °f=

=

−53.2232kj =−12720.65 cal/mol mol

5.- ¿Que diferencia existe en términos de porcentaje entre el valor teorico obtenido experimentalmente del calor de cal cal −13360 −(−5251.11 ) mol mol x 100 =60.70 neutralización con respecto al valor teorico? %E= cal −13360 mol

6.- ¿Qué es un proceso endotérmico? Es aquel proceso que en un sistema está Acompañado por la absorción de calor. 7.- Cite cinco ejemplos de aplicación industrial en los que se manifieste el proceso de transferencia de calor 1. 2. 3. 4. 5.

Fabricación del plástico (bolsas) Placa solar Recipiente metálico con agua al fuego Cocina vitrocerámica Procesado de azúcar

9. ANÁLISIS DE RESULTADOS El porcentaje de error obtenido, así como los datos pueden variar con el dato teórico debido a que pudo haber distintos factores que alteraron o intervinieron en el desarrollo experimental, como el mal uso del termómetro, ya 6

que presentaba un desperfecto en la graduación, además al momento de trabajar con el ácido y la base se derramaron algunas gotas, causando alteración en los pesos. 10. CONCLUSIONES

A pesar de contar con un calorímetro casero, se logró cumplir con elobjetivo de determinación de la capacidad calorífica del calorímetro, ya que se obtuvo un valor de 15.22 J/mol K. de igual forma se determinó el calor de neutralización Q que se produce al llevarse a cabo una reacción química (según el tipo de reacción) entre dos sustancias (HCl y NaOH); en ambos casos dichos cálculos se llevaron a cabo haciendo usos de ecuaciones de Balance Térmico. 11. BIBLIOGRAFÍA

  

Manual de laboratrio de química industrial, academias de laboratorio de química 2008, pags. 8-11 Introducción a la química industrial, Angel Vian Ortuño, edtorial Reverté, Barcelona- España, 2008, pp 135142. Quimica Industrial, Klaus Weissermel- Hans Jurgen Arpe. Editorial Reverté. España. 2006. Pp 121-133.

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