INFORME PRCTICA No 5.CALOR DE REACCIN EN SOLUCINGrupo 3 Andrs Felipe Contreras Hurtado, Ivn Ral Fisgativa Villarraga, Santiago Martnez TorresAbril 7 2015

Abstract

In the industry its necessary to know about of the energy involved in different chemical reactions, since, this value gives the energy, that the reaction releases (exothermic reaction) or needs (endothermic reaction). In this practice, the heat of reaction, more specifically, heat of neutralization of sulfuric acid with potassium hydroxide is measured with a dewar calorimeter, the value of it was calculated with an energy balance in the calorimeter. The experimental value was compared with a value calculated by the Hess law for the reaction.

Objetivos Determinar el calor de reaccin de una neutralizacin de cido sulfrico con hidrxido de potasio. Determinar el calor de solucin de la solucin salina formada en la neutralizacin.

Fundamento terico Calor de Solucin:El calor de solucin integral a una concentracin dada, es el calor de reaccin a una temperatura y presin dadas en el cual una mol de soluto es disuelta en suficiente solvente para que se produzca una disolucin de una concentracin dada. Este valor, disminuye a medida que disminuye la concentracin del solvente aumenta, es decir, alcanza su valor mximo cuando se llega a una dilucin infinita.

Calor de reaccin: En todas las reacciones qumicas existe una absorcin o una liberacin de energa dependiendo del tipo de reaccin. Las reacciones que absorben energa son denominadas endotrmicas mientras que las que liberan son llamadas exotrmicas. El calor de una reaccin qumica es el calor intercambiado por los reactivos con el medio durante la reaccin a una presin y temperatura dadas; cuando stas condiciones son las estndar ( 1 atm de presin y 25 C ) se dice que es el calor normal de reaccin.

Para calcular este calor de reaccin, se puede usar un montaje que consiste en un recipiente aislado (Q=0) que tiene un termmetro, un agitador y un calentador elctrico que genera calor a travs del efecto Joule siguiendo la relacin:

De donde: I= Intensidad de la Corriente, V= Voltaje y t= tiempo.

Tambin, para el calor de formacin de una solucin, se tienen en cuenta el calor de formacin tanto del solvente como del soluto, as como el calor liberado en la disolucin de n moles de soluto en el solvente. Por lo que:

Para el calor de Reaccin, por ejemplo para una neutralizacin de un cido con una base:

Suponiendo que el recipiente sea completamente adiabtico, se realiza un balance de energa teniendo en cuenta que el calor que intercambia el sistema con el medio es 0:

Ya que los intervalos de temperatura a trabajar son en general pequeos, el Cp de la solucin puede tomarse como constante simplificando la ecuacin. Sin embargo, para el calor del calormetro se tiene que definir una constante del calormetro que es :

Para determinar esta constante, se estandariza el calormetro, calentando agua en ste por medio del calentador elctrico y realizando el balance:

Para la determinacin experimental del calor de solucin se tiene el siguiente balance de energa para el sistema cuando se realiza la solucin:

Por lo que es necesario despus de realizar las mediciones respectivas para la reaccin del cido y la base, dejar la solucin en el calormetro y realizar un procedimiento anlogo a la determinacin de la constante del calormetro, pero en ste caso para determinar el calor especfico de la sal en solucin:

Para el clculo del calor de reaccin, se puede usar la Ley de Hess, la cual, la reaccin de neutralizacin puede ser igualada por una trayectoria de reacciones parciales.Para una reaccin de neutralizacin cualquiera:

Cuya reaccin inica es:

Y su reaccin inica neta:

Por lo que se puede obtener la entalpa de reaccin de obtencin de Agua en trminos de las entalpas de formacin de los reactivos, utilizando la siguiente relacin:

Por lo que dependiendo de los reactivos usados as como de los productos, se puede determinar una entalpa de reaccin estndar terica. Para una reaccin de KOH con H2SO4:

Las entalpas de formacin:

Entonces el calor de reaccin terico:

Procedimiento experimental 1. Estandarizacin del calormetro ( hallar K del calormetro) :

Adicionar aproximadamente 500-700 mL de agua al calormetro. Activar el agitador y esperar hasta una temperatura estable. Sumergir el calentador y encenderlo. Tomar valores de temperatura, voltaje y amperaje cada 15 segundos por 15 minutos. Apagar el calentador.

2. Estandarizaciones de los compuestos a usar (hidrxido de Sodio y cido clorhdrico)

Para el hidrxido: Preparar una disolucin de Biftalato de potasio 0,04 M, pesando 0,4084 g de Biftalato y disolvindolo en 50 mL de agua. Adicionar indicador fenolftalena y agitar hasta homogenizar. Preparar 50 mL de una solucin de Hidrxido de sodio 1 M pesando aproximadamente 2 g del hidrxido slido. Diluir la solucin de hidrxido para evitar problemas en la titulacin. Titular el Biftalato con el hidrxido en una bureta. Anotar el volumen cuando se observe el cambio de color en la solucin. Calcular la concentracin real del Hidrxido.

Para el cido: Preparar 50 mL de una solucin de cido clorhdrico 1 M y tomar una alcuota de 10 mL. Adicionar fenolftalena y agitar para homogenizar. Titular el cido con el hidrxido de sodio estandarizado hasta observar el cambio de color. Calcular la concentracin del HCl.

3. Calor de reaccin Adicionar al calormetro con 700 mL de agua , una alcuota de 10 mL de HCl; Agitar y esperar a que la temperatura se mantenga constante (anotar sta temperatura). Agregar cuidadosamente el volumen necesario de NaOH Tapar el calormetro y tomar mediciones de temperatura cada 15 segundos durante 6 minutos y concluir con la agitacin.

4. Calor especfico de la disolucin de la sal formada Con el calormetro cerrado; prender nuevamente la agitacin, esperar a que la temperatura se estabilice (anotar temperatura); encender la resistencia sumergible. Anotar en el instante el amperaje y voltaje; Tomar medidas de temperatura durante 6 minutos cada 15 segundos. Apagar, resistencia y agitacin. Depositar los residuos en el lugar indicado para ello.

Diagrama de los equipos El montaje utilizado para la medicin del Calor de reaccin fue: Imagen No 1. Montaje experimental Vaso Deward

El montaje cuenta con un calormetro de vaso Deward, una termocupla y un circuito con una resistencia para el calor elctrico.

Tablas de Datos

En primer lugar se realiz la preparacin de las disoluciones de cido y base a trabajar:

Tabla No 1. Masa de slido pesado y concentraciones de las soluciones preparadas.

Masa (g)Volumen (mL)Concentracin (M)

Biftalato0,59691000,02954

Hidrxido de Potasio5,64731001,008

cido Sulfrico-1000,54

Para las titulaciones, el cido y la base se diluyeron como se muestra en la tabla 2:

Tabla No 2. Diluciones de cido y base de las soluciones concentradas.Factor de dilucinConcentracin

cido Sulfrico0,060,0108

Hidrxido de potasio0,050,0504

Los resultados de la primera titulacin, Biftalato con KOH se encuentran en la tabla 3:

Tabla No 3. Titulacin de 10 mL de solucin de Biftalato con KOH TitulacinVolumen KOH (mL)

17,6

27,7

37,6

Lo resultados de la segunda titulacin se observan en la tabla No 4:

Tabla No 4. Titulacin de 10 mL de cido sulfrico con solucin de KOH. TitulacinVolumen KOH (mL)

15,6

25,3

35,3

Para el clculo de la constante del calormetro se realizaron 3 corridas mostradas en el Anexo 1, 2 y 3. En la tabla No 5 Se presentan los valores tomados en la determinacin del calor de reaccin

Tabla No 5. Corrida experimental para determinar el calor de reaccin de la neutralizacinTiempo (s)Temperatura (C)

1526,9

3027

4527,1

6027,2

7527,3

9027,3

10527,3

12027,3

13527,3

15027,3

16527,3

18027,3

19527,3

21027,3

22527,3

24027,3

25527,3

27027,3

28527,3

30027,3

31527,3

33027,3

En la tabla No 6. Se encuentran los valores para la determinacin del CP de la solucin salina:

Tabla No 6. Corrida experimental para el calor de solucin con V=6,1 voltios e I=0,92 amperios.Tiempo (s)Temperatura (C)

027,3

6027,3

12027,4

18027,5

24027,5

30027,6

36027,7

Muestra de clculos

Determinacin de K

corrida 1:

corrida 2

corrida 3:

Tablas de resultados

Concentracin real (M)

cido sulfrico0,53

Hidrxido de potasio0,78

A partir de las titulaciones se hallaron los valores reales de las concentraciones de cido y de base:

Tabla No 7. Concentraciones reales de reactivos

Los valores de la constante del calormetro para las 3 corridas se presentan en la tabla No 8 adems del valor promedio usado en clculos.

Tabla No 8. Constante del calormetro para las corridas experimentales

CorridaConstante del calormetro (J/K)

1704,04

2636,89

3701,08

Promedio680,58

Utilizando los valores de la Tabla No 6 se calcul el valor del Cp de la solucin salina es de y el valor del calor de reaccin es de .

Anlisis de Resultados

En base al valor real del calor de reaccin calculado con la ley de Hess, de -95,6 kJ/mol, se encuentra un error experimental del 20,25% con respecto al valor experimental de -76,3%.

La precisin de los datos obtenidos es bastante alta, tanto en las titulaciones como en las primeras dos corridas experimentales para la determinacin de la constante del calormetro, por lo tanto es importante aclarar que en general, el error debido a los experimentadores no es tan significativo como lo es el error proporcionado por el equipo usado.

Con respecto a esto, el error porporcionado por el vaso dewar as como la resistencia usada es bastante importante, ya que al determinar la constante del calormetro y el calor especfico de la sal formada al neutralizar el cido sulfrico con hidrxido de potasio; se observ que la resistencia del calormetro nicamente se calentaba en la parte superior, y como el nivel del agua, escasamente alcanzaba a tocar la parte inferior de la resistencia por lo tanto debi haber una prdida de calor entre la parte superior de la resistencia y el nivel del agua, debido a esto los datos cuantificados por medio de ste calormetro no son lo ms fieles posible al valor real, ni de la constante del calormetro ni del calor especfico de la sal, por otro lado la termocupla mostraba una lectura de temperatura nicamente con cifras decimales, lo cual dificultaba ver el cambio de temperatura, que para el caso era muy bajo y a la hora de realizar el clculo para la determinacin de la constante del calormetro, el hecho de cambiar una dcima de grado daba un cambio en el valor desde 700 joules a un valor de 6000 joules..

ConclusionesEn base a los resultados obtenidos, se puede observar que el mtodo experimental en s es bastante efectivo; el error calculado fue aportado , en su mayora, por el montaje utilizado el cual estaba en mal estado y no permita un calentamiento adecuado de las disoluciones. Adems, la propagacin del error en base al clculo de la constante del calormetro, as como el Cp de la disolucin afectan el valor calculado del calor de neutralizacin. En cuanto a las concentraciones de las soluciones usadas, se observa que la concentracin de la solucin de base es mucho ms baja de la supuesta, por lo que el slido puede estar contaminado y puede que haya interferencias durante la titulacin, aunque seran mnimas.

SugerenciasCambiar el equipo a usar o tener ms control sobre los datos que ste arroja, ms especficamente del control del calor proporcionado por la resistencia, el cual no es uniforme en toda la superficie de la misma.

BibliografaSHOEMAKER D. P., GARLAND C.W, NIBLER J.W., Experiments in Physical Chemistry, 8th edition, Mc Graw-Hill, New York (2009).

Anexos

Anexo 1. Primera Corrida experimental para la constante del calormetro.

Tiempo (s)Temperatura(C)

032,75

1532,80

3032,80

4532,80

6032,80

7532,80

9032,90

10532,90

12032,90

13532,90

15032,90

16533,00

18033,00

19533,00

21033,00

22533,00

24033,10

25533,10

27033,10

28533,10

30033,10

V= 5,2 voltiosI= 0,83 amperiosMasa de Agua = 716,6 gramos

Anexo 2. Segunda corrida experimental para la constante del calormetro.

V= 6,35I= 0,93Masa de Agua= 789,5 gramos

Tiempo (s)Temperatura (C)

030,25

1530,30

3030,30

4530,30

6030,30

7530,40

9030,40

10530,40

12030,40

13530,40

15030,50

16530,50

18030,50

19530,50

21030,60

22530,60

24030,60

25530,60

27030,60

28530,60

30030,60

31530,70

33030,70

34530,70

36030,70

37530,70

39030,70

40530,70

42030,75

Anexo 3. Tercera corrida experimental para la constante del calormetro.

V=5,25 voltiosI=0,815 amperiosMasa de Agua = 692,12 gramos

Tiempo(s)Temperatura(C)

026

6026,1

12026,2

18026,3

24026,4

30026,5

36026,6

42026,7

48026,8

54026,8

60026,9