Practica Constante R (Lab Termo) (2)

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE QUÍMICA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

Determinación de la constante universal de los gases R RESUMEN. La presente práctica, consistió en la elaboración de una escala termométrica, tal y como en su momento lo hicieron Celsius y Fahrenheit. En nuestro caso, se usaron dos termómetros, uno para medir en °C y otro para utilizar el Hg y a partir de este crear nuestra escala. Nuestro punto fijo inferior se obtuvo a partir hielos, mientras que el punto superior se obtuvo a partir agua en su punto de ebullición, y además se determinaron puntos intermedios a partir de la mezcla de agua fría y agua caliente. Una vez determinados nuestros puntos fijos, se hizo la división entre la distancia que hubo entre ambos puntos, y así lograr encontrar el valor de cada grado en nuestra nueva escala. En nuestro caso, nuestra escala iba de los 5 °Sacvak equivalentes a 0°C, hasta los 85° Sacvak equivalentes a 91° y a partir de estos datos se plantearon una serie de ecuaciones para encontrar una que relacionara ambas escalas, los °C y los °Sacvak. Ya una vez encontrada la relación, los demás puntos encontrados en la parte experimental se expresaron tanto en °Sacvak como a °C

INTRODUCCIÓN. Se denomina gas a un estado de agregación de la materia en el cual las fuerzas interatómicas o intermoleculares de una sustancia son tan pequeñas que no adopta ni forma ni volumen fijo, tendiendo a expandirse todo lo posible para ocupar todo el volumen del recipiente que la contiene. Los gases ideales son gases hipotéticos, los cuales se suponen compuestos por partículas que no interaccionan entre sí y que no ocupan ningún volumen. La aproximación de gas ideal se cumple satisfactoriamente en aquellos gases que se encuentran a baja presión y a una temperatura no demasiado baja. El estado de un gas queda determinado por 3 variables: Presión (P), Volumen (V) y Temperatura (T). Existe una ecuación de estado que expresa la relación que existe entre estas magnitudes en los gases ideales, que describe el comportamiento de los gases en condiciones de bajas presiones y altas temperaturas. Es la ecuación de estado de los gases ideales: P∙V = n∙R∙T Donde n es el número de moles del gas y R es la constante universal de los gases: 0.082 atm∙L/(k∙mol). El valor de R depende de las unidades con las cuales se esté trabajando: (Correspondiente al sistema internacional de unidades)

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Entre otros valores posibles. El valor de R puede medirse experimentalmente. Gases tales como oxígeno, hidrógeno, nitrógeno, se comportan como gases ideales en condiciones de temperatura ambiente y presión de una atmósfera. De esta manera es posible calcular el valor de R, despejando su valor de la ecuación: P∙V = n∙R∙T R =P∙V/n∙T El objetivo principal de esta práctica es determinar experimentalmente la constante universal de los gases ideales "R" y el volumen molar del hidrógeno obtenido a partir de la reacción química entre el Mg y el HCl

DESARROLLO EXPERIMENTAL. La determinación de la constante universal de los gases R, se hizo a partir de H2, el cual se obtuvo de la reacción de Mg con HCl. Para empezar se llenará con agua, la bureta del recolector, cuidando que no hayan burbujas de aire; y se medirá la temperatura del ambiente y la presión barométrica. Posteriormente en el tubo de ensayo se colocará una tira de magnesio, de la cual obtendremos primero su masa inicial, y se procederá a tapar el tubo. Después se medirá el volumen inicial de la bureta y enseguida se le colocarán 5mL de HCl 3M con ayuda de una jeringa, la cual se insertará en el tapón del tubo. Una vez esperado unos 5 minutos aproximadamente, ya que la reacción haya finalizado se tomará el embudo del dispositivo y se igualará el nivel del agua con el nivel de la bureta para así medir el volumen final. Ya por último se recuperará el Mg que no haya reaccionado, se lavará y secará perfectamente para luego ser pesado. (Este procedimiento se repetirá 3 veces).

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Con los datos obtenidos experimentalmente obtendremos: a. número de moles de H2, a partir de la masa final e inicial y de la estequiometria de la reacción;

b. el volumen, de la diferencia entre los volúmenes final e inicial;

c. la presión, la cual se obtendrá de la diferencia entre la presión atmosférica y la presión de vapor;

d. la temperatura, que será la temperatura del ambiente Y ya por último despejando R de PV=nRT obtendremos el valor de la constante universal de los gases.

RESULTADOS. T = 24°C

Pvapor = 2985Pa

Patm = 77500Pa

Presión parcial de H2

0.7354 atm

Temperatura

297.15 K (

)

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Masa inicial Mg (g)

Masa final Mg (g)

Volumen inicial (mL)

Volumen Final (mL)

Cantidad de H2 (mol)

Volumen de H2 (L)

1

0.030

0.012

3.4

28.9

7.69x10-4

0.0255

0.0820

33.15

2

0.012

0

1.8

18.0

5.12x10-4

0.0162

0.0783

31.64

3

0.071

0.058

1.5

20.1

5.55x10-4

0.0186

0.0829

33.51

4

0.058

0.040

1.1

26.8

7.69x10-4

0.0257

0.0827

33.42

Promedio

0.0825

33.36

( (

)( )(

Volumen molar

R

) )

(

)(

)

(

)(

)

(

)

(

)

(

)

(

)

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Cuestionario final 1. A partir de la ecuación balanceada, demuestra usando los cálculos apropiados, que el reactivo limitante en la reacción de formación del es el HCl.

1 mol Mg ((1 mol )/(1 mol Mg))=1 mol 1 mol HCl((1 mol )/(2 mol HCl))=0.5 mol El HCl es el reactivo limitante porque brinda menor número de moles de producto

2. ¿Qué errores experimentales influyeron en tu determinación de R? Errores de medición, en los ml de HCl y en la masa de Mg y que muy probablemente hubo variaciones en la temperatura. 3. ¿Qué efectos tienen los siguientes errores experimentales en el cálculo del valor de R? ¿Se incrementa el valor de R?, ¿Decrece? ¿Se mantiene el valor? Explica tus respuestas para cada inciso. a) Parte del HCl no reaccionó con el magnesio En este caso el valor de R debió permanecer constante, el volumen y la presión que utilizamos se obtuvo directamente de la reacción, si esta se modificó, también esos valores. Sin embargo hubiera perjudicado en la medición de la masa de magnesio que se utilizó y por lo tanto de los moles, si no se realiza con cuidado esta determinación, el valor R tendía que disminuir. b) Hay un exceso de Mg en la reacción de generación del Caso contrario al anterior, el valor R se hubiera hecho más grande por tener un exceso y no considerar que menos reactivo se consumía c) La presión de vapor del agua no fue considerada en el cálculo de R. El valor de la presión del sistema hubiera variado, provocando que el valor R incrementara por tener una menor presión del sistema

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d) Parte del escapo del matraz. El valor de R hubiera variado dependiendo de la fuga, en este caso varían los valores de volumen, y presión. En general R disminuiría.

4. En muchas ocasiones es necesario utilizar la constante R en J/mol-K a) usa la conversión de 1 L-atm = 101.27 J, para obtener la constante en estas unidades L*atm J R 0.01368 1.385373 8.705782 6.84x 10-3 0.692686 7.690103 0.01152 1.1666304 8.094854 9.72x 10-3 0.984344 8.279536 R=8.279536J/(mol*K) b) Calcula el % error del valor de R determinado en J/mol-K con el de la literatura. 0.4219% 5. Calcula el volumen por mol (volumen molar) a condiciones estándar (usa tu valor promedio experimental de R). V/n=(0.08189 (atm*L)/(mol*K)*298.15 K)/(1 atm)=24.4155L/mol 6. Calcula el volumen molar (V/n) a las condiciones experimentales y compáralo con tus valores obtenidos a partir de la práctica. V/n=(0.08189 (atm*L)/(mol*K)*300.15 K)/(0.72 atm)=34.1379L/mol

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ANÁLISIS DE RESULTADOS. A partir de la parte experimental, obtuvimos dos puntos fijos, los cuales fueron 0°C y 91°C los cuales en nuestra

CONCLUSIONES. Como se pudo observar en la práctica la escala estudiante llamada °Sacvak fue elegida aleatoriamente de manera. Experimentalmente se pudo también observar que el valor R se mantiene constante a pesar de variar las condiciones estándar de presión y temperatura, esto quiere decir que mientras el fluido estudiado tenga comportamiento de gas ideal, sus parámetros están sujetos bajo el modelo ya mencionado. Si el valor, por ejemplo, de la presión de un gas comienza a variar pero la temperatura de este no lo hace proporcionalmente, este gas deja de comportarse como lo describe el modelo ideal y por lo tanto los resultados experimentales no coincidirán con los teóricos.

BIBLIOGRAFÍA.  Serway (210) Cap. 10 Física térmica. En editor (Octava edición) del libro Fundamentos de Física (pp. 322-328). México: CENCAGE Learning

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LABORATORIO DE TERMODINÁMICA

DETERMINACIÓN DE LA CONSTANTE UNIVERSAL DE LOS GASES R

INTEGRANTES:  LABORIE DÍAZ MARISOL  RANGEL TRINIDAD ARTURO  VALENCIA VÁZQUEZ CUAUTLI OSWALDO