Facultad Regional La Plata Universidad Tecnológica Nacional ( UTN). Profesora: Susana Juanto Jefe de Trabajos Prácticos: Rodolfo lasi Ayudante: Silvia.

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1 Facultad Regional La Plata Universidad Tecnológica Nacional ( UTN). Profesora: Susana Juanto Jefe de Trabajos Prácticos: Rodolfo lasi Ayudante: Silvia Pastorino 60 y 124. La Plata (1900) Cátedra: Química Ingenieria en Sistemas de Informacion http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/qcasis http://www.frlp.utn.edu.ar/materias/qcasis TERMOQUÍMICA: DETERMINACIÓN DEL CALOR DE REACCIÓN Introducción La primera Ley de la termodinámica indica que la energía se mantiene constante en el Universo, y lo mismo sucede en un sistema aislado. Su aplicación a las reacciones químicas condujo al desarrollo de la Termoquímica, esto es, el estudio del calor liberado o absorbido en las reacciones químicas. Termoquímica En determinadas condiciones, puede medirse el calor puesto en juego en las reacciones químicas: cuando éstas son rápidas, y no existen reacciones paralelas ni secundarias. En estos casos, se utiliza un calorímetro: un termo con agua, en donde se realiza la reacción, de tal forma que el calor que se intercambia modifica la temperatura del agua, la que puede medirse en forma sencilla. (La relación entre calor y temperatura es Q= m Cp ∆T, siendo Q calor en calorías, Cp capacidad calorífica en cal/g ºC, y ∆T la variación de temperatura.) Cuando no puede medirse el calor de una reacción química, siempre puede calcularse, empleando las tablas de entalpía, merced a las leyes de Lavoisier y de Hess. Fundamento En este experimento se determina el calor de una reacción de neutralización, es decir, el calor liberado en la reacción cuando un protón se combina con un oxhidrilo H3O+ + OH-  2 H2O O bien, en forma muy simplificada (ya que los H+ no existen libres en las soluciones acuosas) H+ + OH-  H2O Los ácidos y bases fuertes pueden considerarse completamente disociados en soluciones diluídas, por lo tanto el calor liberado cuando se neutralizan es el que corresponde a la ecuación anterior. Para ácidos y bases débiles, el calor de neutralización es menor, ya que parte de la energía se absorbe en la ionización de ácidos y bases. Materiales -agitador de vidrio -frasco de 50 ml (p.ej.ampolla de decantación) -frasco termo de 500 ml (Dewar) -matraces volumétricos de 200 ml (2) -mechero -pinzas para buretas (2) -pipeta de 50 ml -probeta de 250 ml

2 Soportes metálicos (2) -termómetros de 0º a 50ºC, graduados en 0,1 ºC -vaso de precipitado de 100 ml - ácido clorhídrico 0,322 M (1 lt) -hidróxido de sodio 1 M ( 1 lt) -agua destilada Procedimiento La reacción se realiza dentro del termo plástico(B), empleando además un frasco de vidrio de 50 ml (A), dos termómetros y el agitador, todo el conjunto se denomina el calorímetro, y en primer lugar se determina que cantidad de calor absorbe el mismo, es decir la capacidad calorífica o constante del calorímetro (C). Esta C generalmente se expresa como la masa de agua que absorbería una cantidad de calor equivalente a la del calorímetro. Recordemos que Q= m Cp ∆T, Q calor en cal, m masa en g, Cp calor específico en cal/g ºC, ∆T variación de temperatura en ºC. En el caso del agua, como su densidad es 1 g/ml, se usa indistintamente g ó ml. Para eso se colocan 200 ml de agua en el termo(B) a temperatura ambiente (T2), y 50 ml en el frasco A a una temperatura ( T1) por lo menos 10ºC por encima de la anterior. Se vierte estos 50 ml en el termo, se agita rápidamente y se lee la temperatura, siendo T3 la más alta alcanzada. Luego, aplicando la 1er ley de la termodinámica, el calor cedido por los 50 ml de agua a T1 es absorbido por los 200 ml y el calorímetro a T2, siendo T3 la temperatura final del sistema: 50 ml (T1-T3) Cp = (C+ 200) (T3-T2) Cp, y como Cp está en ambos miembros puede simplificarse, obteniéndose C. Cp es el calor específico del agua, 1 cal/g ºC. Ahora podemos obtener el calor de neutralización de la reacción ácido-base, colocando 50 ml del hidróxido de sodio 1 M en el frasco A, y 200 ml del ácido clorhídrico 0,322 M en el termo (esta concentración puede variar, pero elegimos una a los fines del cálculo), y se mide la temperatura inicial de ambas soluciones (T4). Luego se mezclan, abriendo la llave del frasco A, se agita, y se anota la temperatura más alta alcanzada (T5) El calor liberado por la reacción de neutralización (Q) cambió la temperatura del calorímetro y los 250 ml de las soluciones, a T5, Q= (C+ 250) ( T5-T4) Cp Q corresponde al calor de neutralización de los 50 ml de solución de HCl 0,322M, que contenían 0,0161 moles de HCl, produciendo 0,0161 moles de agua en la neutralización. Para conocer el calor de neutralización por mol (q), calculando por regla de tres, q= Q/0,161 (El valor teórico es de 13,7 kcal/mol). Presentación de resultados Medida de T1,T2,T3 Cálculo de C Medida de T4 y T5 Cálculo de Q Conociendo el volumen y la concentración de la solución de HCl Cálculo de q Conclusiones 1) ¿Cuándo es posible obtener el calor de reacción con un calorímetro? 2)¿en realidad, se mide calor o temperatura? ¿Cuál es la relación entre ellos? ¿calor y temperatura son propiedades intensivas o extensivas? 3) y si no es posible medir, ¿se puede conocer el calor de reacción? 3)¿qué diferencia hay entre sistema abierto, aislado, cerrado? 4)¿ Qué dicen las leyes de Lavoisier y de Hess (leyes de la termoquímica)? 5) ¿Qué es una tabla de entalpías y para qué se emplea? 6) ¿Qué significa exotérmico y endotérmico? 7) ¿porqué utilizamos solución de NaOH de mayor concentración que la de HCl? 8)¿Cuál es el origen del calor liberado en la reacción química de neutralización? 8)¿Qué ventaja tiene utilizar termómetros digitales en lugar de los termómetros de vidrio con bulbo de mercurio? Investigue Orientados por la Cátedra, y trabajando en equipo, los alumnos realizan una investigación orientada en Internet (Webquest) sobre fundamentos y aplicaciones de este laboratorio.

3 INTEGRACIÓN QUÍMICA- FÍSICA EMEIPACIBA-FRLP-UTN Con respecto a este laboratorio 1)¿Qué mecanismos de conducción de calor tienen lugar?: a) )Cuando calienta, con el mechero, agua en un vaso de precipitado. b) Cuando mezcla agua fría con agua caliente para obtener la constante del calorímetro. 2)¿Qué origen tiene el cambio de entalpía que se mide como Q de reacción en este laboratorio? Problemas propuestos (tomados del blog de Física II: http://www.catedrafisica2.blogspot.com.ar/ ) http://www.catedrafisica2.blogspot.com.ar/ 1) Si quiere tomar mate y dispone de agua a temperatura ambiente, enuncie al menos cuatro maneras distintas de obtener el agua a una temperatura adecuada. 2) Una persona prepara una cantidad de té helado mezclando 520 g de té caliente (esencialmente agua), con una cantidad igual de hielo a 0ºC. ¿Cuál es la temperatura final, y la masa de hielo presente, (si queda), si el té caliente está inicialmente a una temperatura de a)90ºC b)70ºC? (recuerde que para que coexista agua líquida y hielo la temperatura debe ser….) Lf hielo=80 cal/g C hielo= 0,53 cal/g ºC Cagua líq =1 cal/g ºC Bibliografía Química-Física experimental. W.G.Palmer. Ed.EUDEBA. “Química” R. Chang. Ed. Mc Graw Hill. “Temas de Química General”. Baumgartner, Angelini y otros. Ed. Eudeba. “ F í sica ”. Alonso,M. E.J.Finn, E.J.(1995) ed:Addison- Wesley Iberoamericana. USA.

4 GUÍA DE PREGUNTAS, CONCEPTOS Y APRECIACIONES CALORIMETRÍA 2013- Integración entre Física y Química. IEC- FRLP.UTN. 1)Explicite la convención de signos en la expresión del 1er principio de la termodinámica para la variación de energía interna, de acuerdo a los textos de Física y de acuerdo a los textos de Química. 2) Realice una búsqueda orientada en Internet sobre tipos de termómetros (bulbo de vidrio, termocuplas, infrarrojo). También busque si existen instrumentos para medir calor.. 3)En la experiencia de calorimetría se usó agua caliente. ¿Qué mecanismos de transferencia de calor tienen lugar en un vaso con agua colocado sobre una tela metálica, sobre un mechero encendido? 4) Una vez colocada el agua caliente y un cubito de hielo en el calorímetro, ¿qué imagina que sucede nivel microscópico durante el derretimiento del cubito? ¿Por qué el cambio de fase, hielo a agua líquida, requiere que éste absorba calor? 5) ¿Cómo se aprecia la idea de que la materia está formada por átomos en la ley de Dulong y Petit? ¿Cómo se relaciona la ley de Dulong y Petit con el número de Avogadro? 6)¿Qué significa el calor específico de una sustancia? 7a) ¿Cuándo es posible cuantificar con un calorímetro el calor puesto en juego en una reacción química? 7b)¿Qué produce calor en una reacción química? 7c) ¿y si no es posible medir, ¿se puede conocer el calor de reacción? La Cátedra sugiere las páginas de Internet para consultar.

5 www.frlp.utn.edu.ar/materias/qcasis