tecnológico de estudios superiores de coacalco

Manual de Prácticas de Fisicoquímica I

INGENIERÍA QUÍMICA

I.B.Q. Ma. del Carmen Domínguez Reyes

09/09/2012

TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE COACALCOINGENIERÍA QUÍMICA

LABORATORIO DE QUÍMICAINDICE:

Reglas de higiene y seguridad en el laboratorio………..………..………………………………….….3 Práctica No. 1: Determinación de la capacidad calorífica……………………………………………5

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LABORATORIO DE QUÍMICA

REGLAS DE HIGIENE Y SEGURIDAD EN EL LABORATORIO DE QUIMICA

1. Portar indiscutiblemente una bata blanca en el laboratorio

2. No colocar sobre las mesas de trabajo útiles, suéteres, ni artículos personales ajenos a la práctica.

3. NO FUMAR

4. No ingerir alimentos ni bebidas dentro del laboratorio. No utilizar materiales propios del laboratorio como recipientes para comer o beber. (el material puede estar contaminado con sustancias toxicas o corrosivas que pueden causarte un accidente o incluso la muerte).

5. Lavarse las manos frecuentemente.

6. Utilizar el equipo de protección personal que se te proporcione.

7. Mantener el área de trabajo perfectamente limpia.

8. En caso de accidente avisar de inmediato al profesor, por muy leve que parezca.

9. Realiza el experimento según el procedimiento señalado. No hagas modificaciones a las practicas sin previas consultas al profesor.

10. Leer las etiquetas antes de utilizar los reactivos; nunca regreses el reactivo al frasco. Si tomaste una cantidad mayor de reactivo, deja el exceso para otro compañero o trasvásalo a un frasco y etiquetado

11. Calentar lentamente el material de vidrio. Cuando se caliente una sustancia en cualquier tipo de material, cuida que el material no se proyecte a ti o a tu compañero.

12. Nunca pruebes, olfatees ni tomos un reactivo. Cuando se necesite oler un reactivo, no lo hagas directamente al recipiente; abanica con las manos los vapores y entonces con suma precaución oler.

13. Nunca verter agua sobre ácidos concentrados. Siempre agrega lentamente el acido sobre el agua mientras se mezcla

14. Si se desprenden gases durante el experimento, realízalo bajo le campana de extracción.

15. Los reactivos que ya no sirven, viértelos en los recipientes que indique el profesor.

16. No tirar sustancias sólidas en las tarjas.

17. No manipular las llaves de gases (cuando no se requiere)

18. Cuando se termina un experimento, lavar todo el material, secarlo perfectamente bien y guardarlo.

COMUNICACIÓN DE RIESGOS

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La comunicación escrita o por símbolos es parte inherente de nuestra naturaleza humana, para esto se ha diseñado una forma muy visual en la cual nosotros a través de símbolos, números y colores conoceremos los riesgos potenciales que tienen cada una de las sustancias. A continuación conoceremos las etiquetas de seguridad o rombos de seguridad, en el cual tenemos colores, números y símbolos que deberemos aprender para identificar una sustancia.

COLORES

Existen cuatro colores: azul, rojo, amarillo y blanco. El AZUL se refiere a los riesgos o peligros a la SALUD. El ROJO se refiere a los riesgos o peligros INFLAMABLES. El AMARILLO se refiere a los riesgos o peligros de REACTIVIDAD. El BLANCO, se refiere a los riesgos y peligros en CASOS ESPECIALES

NUMEROS

El CERO indica MINIMO peligro. El UNO indica peligro LIGERO El DOS indica peligro MODERADO El TRES indica peligro SERIO El CUATRO indica peligro SEVERO

SIMBOLOS

Únicamente se utilizara el área blanca y son casos especiales:

PRACTICA No. 1DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA

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COMPETENCIAS: Al término de la práctica el alumno:

a) Determina la capacidad calorífica de un líquido problema utilizando un calorímetro simple.

CONSIDERACIONES TEORICAS:

Son varias las propiedades relacionadas con la energía interna que son importantes en Termodinámica. Una de ellas es el la capacidad calorífica, conocida también como calor específico, el cual es útil cuando los cálculos termodinámicos corresponden al modelo del gas ideal.

Las propiedades intensivas cv y cp se conocen como capacidades caloríficas porque bajo ciertas condiciones especiales relacionan el cambio de temperatura de un sistema, con la cantidad de energía añadida por transferencia de calor. Para sustancias puras compresibles (líquidos y sólidos), se definen de la siguiente manera:

Dónde los subíndices v y p representan, respectivamente, las variables que se mantienen fijas durante el proceso de medición. Los valores de cv y cp pueden obtenerse mediante la mecánica estadística utilizando medidas espectroscópicas. Pueden determinarse también macroscópicamente mediante medidas de propiedades con gran precisión. Puesto que U y H pueden expresarse bien sobre la base de masa de unidad, bien por mol, los valores de las capacidades caloríficas pueden expresarse de modo similar. Las unidades SI son KJ/kg K o bien KJ/Kmol K. Sus correspondientes unidades inglesas son BTU/lbmol ºF.

Cómo se observa en las ecuaciones anteriores, cada uno de los calores específicos denota la razón de cambio de una propiedad con respecto a la temperatura, mientras otra se mantiene constante. Asimismo, la definición de cp implica que la entalpía de una sustancia pura es función de la temperatura y de la presión. En consecuencia, el cp depende en general de la temperatura y la presión. De manera análoga, la definición de cv implica que la energía interna de una sustancia pura es función de la temperatura y del volumen específico. Por tanto, el cv depende en general de la temperatura y del volumen específico. Sin embargo, cuando los gases están a presiones relativamente bajas, los calores específicos sólo dependen de la temperatura y se cumple la relación cp = cv + R. En el caso de líquidos y sólidos, los calores específicos son prácticamente iguales en magnitud, y dependen fundamentalmente de la temperatura.

Para la determinación experimental de la capacidad calorífica tanto de sólidos como de líquidos es necesario hacer un balance de energía en todo el sistema, incluyendo el recipiente donde se efectúa la medición, ya que este también consume calor, por lo que es necesario evaluar previamente la capacidad calorífica del mismo.

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LABORATORIO DE QUÍMICAMATERIAL:

1 calorímetro con tapón horadado2 termómetros1 agitador de vidrio2 probetas de 250 mL2 matraces Erlenmeyer de 1000 mL2 vasos de precipitados de 100 mL1 mechero Bunsen1 soporte universal con anillo y rejilla1 picnómetro de 10 mLBalanza analíticaLíquido problema

DESARROLLO EXPERIMENTAL.

A. Determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.

1. Siguiendo las instrucciones del profesor, armar el arreglo experimental que se muestra en la figura 1.

2. Destape con cuidado el calorímetro y vierta 250 mL de agua a temperatura ambiente. Tape el calorímetro y agite hasta que la temperatura del agua dentro de él sea constante (T1) y registre este valor en la tabla correspondiente.

3. Determine el peso del agua contenida en el calorímetro (mla temperatura T1 (consultar bibliografía) y regístrela en la tabla correspondiente.

4. En un matraz Erlenmeyer, calentar 100 mL de agua a 40 ºC aproximadamente. Coloque un termómetro dentro del matraz y agite hasta obtener una temperatura constante (T2) y regístrela en la tabla correspondiente.

5. Agregue el agua a Tmás alta obtenida (T3) en la tabla correspondiente.

6. Obtenga la masa de agua agregada (m2) utilizando la densidad a la temperatura T2 y regístrela en la tabla correspondiente.

7. Calcule la capacidad calorífica del calorímetro (C) utilizando el siguiente balance, para el cual, debe investigar el valor del calor específico del agua CpH2O en la bibliografía.

Calor cedido por el agua adicionada = calor ganado por el calorímetro y el agua contenida en él

CpH2O m2 (T2 – T3) = (C + CpH2O m1) (T3 – T1)

8. Realizar los pasos del 1 al 7 por triplicado.

B. Determinación de la capacidad calorífica del problema.

1. Repetir los pasos 1 y 2 del experimento A, teniendo cuidado de vaciar el agua del experimento anterior y de secar bien el calorímetro. Anote los datos de T1 y m1 en la tabla correspondiente.

2. En un matraz Erlenmeyer, calentar 100 mL del líquido problema a 40 ºC aproximadamente.Coloque un termómetro dentro del matraz y agite hasta obtener una temperatura constante (T4) y regístrela en la tabla correspondiente.

3. Agregue el líquido problema a T4 al calorímetro lo más rápidamente posible, agite y anote la temperatura más alta obtenida (T5) en la tabla correspondiente.

4. Determine la densidad del líquido problema a la temperatura T4 utilizando el picnómetro.6

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LABORATORIO DE QUÍMICA5. Obtenga la masa del líquido problema agregada (m3) utilizando la densidad a la

temperatura T4 y regístrela en la tabla correspondiente.6. Calcule la capacidad calorífica del líquido problema (Cp) utilizando el siguiente balance,

para el cual, debe investigar el valor del calor específico del agua CpH2O en la bibliografía.

Calor cedido por el líquido problema = calor ganado por el calorímetro y el agua contenida en él

Cp m3 (T4 – T5) = (C + CpH2O m1) (T5 – T1)

7. Realizar los pasos del 1 al 6 por triplicado.8. Realice un análisis de unidades de las ecuaciones 3 y 4.9. Discuta la validez del método para la determinación de capacidades caloríficas de líquidos.10. Proponga un método para calcular la capacidad calorífica de sólidos.11. Discuta los resultados obtenidos.

RESULTADOS

Tabla 1. Datos obtenidos en la determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.Experimento m1 (g) m2 (g) T1 (K) T2 (K) T3 (K)

Promedio=

Tabla 1. Datos obtenidos en la determinación de la capacidad calorífica del calorímetro.Experimento m1 (g) m3 (g) T1 (K) T4 (K) T5 (K)

Promedio=

Tabla 3. Tabla de resultados:C (J/ K)

Cp (J/kg K)Cpteórico (J/ kg

K)% error

CONCLUSIONES:

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REFERENCIAS

Smith, J.M., Van Ness, H.C., Abbot, M.M.; “Introducción a la termodinámica en ingeniería química”, 6ª. Edición, Mc Graw Hill, 2003.

Manrique Valadez, J.A; “Termodinámica”, 3ª. Edición, Oxford University Press, 2003. Moran, M.J., Shapiro, H.N.; “Fundamentos de termodinámica técnica”, 2ª. Edición, Editorial

Reverté, 2000

NOMENCLATURA

T1 = temperatura del agua fría, ºCT2 = temperatura del agua caliente, ºCT3 = temperatura mál alta de la mezcla de agua fría y caliente, ºCT4 = temperatura del líquido problema caliente, ºCT5 = temperatura más alta de la mezcla de agua fría y líquido problema caliente, ºCm1 = masa del agua fría, gm2 = masa del agua caliente, gm3 = masa del líquido problema caliente, gC = calor especifico del calorímetro J/KCpH2O = capacidad calorífica del agua, J/ kg KCp = capacidad calorífica del líquido problema, J/kg K

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ANEXO I:

Diversos materiales de laboratorio:

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LABORATORIO DE QUÍMICAANEXO II:

Diversos dispositivos de laboratorio:

Dispositivo de destilación: Dispositivo de filtración:

Dispositivo de titulación: Dispositivo de extracción:

Dispositivo de reflujo: Dispositivo para destilación por arrastre de vapor:

ANEXO III

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LABORATORIO DE QUÍMICATABLA DE CATIONES Y ANIONES

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LABORATORIO DE QUÍMICAREFERENCIAS CONSULTADAS:

Patiño Jaramillo, Margarita. Química básica: prácticas de laboratorio. Instituto Tecnológico Metropolitano. Dirección Fondo Editorial. Colombia. Consultado el 28 de agosto de 2012 de la URL http://books.google.com.mx/books?id=BZPfj8pN8iwC&printsec=frontcover&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false.

Cruz Alejandro; Muñoz Herrera Alejandro; Jiménez Rodríguez, Amelia R.; Rizo Zúñiga, Benito, et.al. Química General Aplicada: Manual de Laboratorio. UPIBI. IPN. Agosto 2006. Consultado el 24 de agosto de 2012 de la URL:http://www.comunidades.upev.ipn.mx/UPIBI/Documentos%20compartidos/Materiales%20de%20Pr%C3%A1cticas/Manual%20de%20Pr%C3%A1cticas%20de%20Qu%C3%ADmica%20General%20Aplicada.pdf.

Osorio Giraldo, Rubén Darío. Manual de Técnicas de Laboratorio Químico. Colección ciencia y Tecnología, Medellín Colombia. 2009. Consultado el 24 de agosto de 2012 de la URL: http://books.google.com.mx/books?id=vv_w_FC4vNUC&printsec=frontcover&source=gbs_ge_summary_r&cad=0#v=onepage&q&f=false

De Anda, Cárdenas, Pascual; Jara Castro, Sandra; Vivas Arceo, Ma. del Refugio; Flores de León, Herminia y Rodríguez Bautista Ma. de los Angeles. Química 2.Umbral Editorial, S.A. de C.V. Zapopán Jalisco, México. Consultado el 20 de agosto de 2012 de la URL http://books.google.com.mx/books?id=1bvEJPkLfI0C&pg=PA217&lpg=PA217&dq=practicas+periodicidad+quimica&source=bl&ots=r9GgY1vli_&sig=HbJxYRD6EZhx1k4ZmV4ZJvzXvz8&hl=en&sa=X&ei=eyw8UJXTBcLY0QGoz4GwDg&ved=0CDAQ6AEwAQ#v=onepage&q=practicas%20periodicidad%20quimica&f=false.

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