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INFORME DE LABORATORIO NO.
ENTALPIA DE REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN
Bolaños Ordoñez, Laura María; Andrade, Maycol Stiven UNIVERSIDAD DE NARIÑO FACULTAD DE CIENCIAS EXACTAS Y NATURALES PROGRAMA DE BIOLOGÍA RESUMEN: En esta práctica se determinó la capacidad calorífica de un calorímetro casero con una mezcla de agua fría y caliente, de la cual se midió su temperatura por un tiempo determinado hasta que esta sea constante, después de la determinación de la capacidad calorífica se procedió a hacer uso del calorímetro para la determinación de la entalpia de una reacción de neutralización con mezclas de NaCl- NaOH y H 2 SO 4 -NaOH PALABRAS CLAVE: Entalpia, neutralización, calorímetro INTRODUCCIÓN: La entalpía es la cantidad de energía calorífica de una sustancia. (1); es una función de estado de la termodinámica que se simboliza por la letra H. También se conoce como entalpía absoluta o cantidad de calor. La variación de la entalpía de un sistema termodinámico permite expresar la cantidad de calor intercambiado durante una transformación isobárica, es decir, a presión constante (2). En esta práctica se determinó entalpia a reacciones de neutralización que son reacciones entre un ácido y una base (3) y para ello se hizo uso de un calorímetro El calorímetro es un instrumento que sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos (4) La capacidad calorífica se puede expresar como la cantidad de calor requerida para elevar en 1ºC, la temperatura de una determinada cantidad de sustancia. Cuanto mayor sea la capacidad calorífica de una sustancia, mayor será la cantidad de calor entregada a ella para subir su temperatura. (5) METODOLOGÍA Elaboración de calorímetro casero: se cubrió con aluminio un vaso de cartón, dentro del vaso se introdujo algodón y un vaso de vidrio, se cubrió totalmente y se realizaron pequeños agujeros en la tapa para el termómetro y una varilla agitadora. Determinación de la capacidad calórica del calorímetro: Se calentaron 100ml de agua, se vertió al calorímetro, se midió la temperatura por un tiempo determinado hasta que sea constante y en otro vaso se midió la misma cantidad de agua a temperatura ambiente, se mezcló con el agua caliente en el calorímetro y se midió hasta temperatura constante. Determinación de entalpia de una reacción de neutralización: Reacción de H 2 SO 4 - NaOH: Se mezclaron 50ml de H 2 SO 4 1.0M y 50ml de NaOH 0.5M en el calorímetro, con anterioridad se midió la temperatura hasta que sea constante a cada sustancia, después
de la mezcla se midió la temperatura en intervalos de 10 segundos hasta que esta se constante. Se realizó el mismo procedimiento, pero con 100 ml de NaOH. Reacción de HCl- NaOH: Se mezclaron 50ml de HCl 1.0M y 25ml de NaOH 0.5M en el calorímetro, con anterioridad se midió la temperatura hasta que sea constante a cada sustancia, después de la mezcla se midió la temperatura en intervalos de 10 segundos hasta que esta se constante. Se realizó el mismo procedimiento, pero con 50 ml de NaOH. RESULTADOS Y DISCUCION DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO: TEMPERATURAS ANTES DE LA MEZCLA Temperaturas de agua caliente y a temperatura ambiente tomadas cada 20 segundos hasta una temperatura de estabilización (Tabla No. 1) Agua Caliente Agua a Temperatura Ambiente t(s) T(°C) t(s) T(°C) 0 18 0 80 20 18 20 70 40 18 40 68 60 18 60 67 80 18 80 67 100 18.1 100 66, 120 18.1 120 66 140 18.1 140 66 (Tabla No. 1) Gráfica de la tabla No. 1, con el objetivo de conocer su tendencia: (Figura 1) 0 20 40 60 80 100 120 140 0 20 40 60 80 Agua Caliente T(°C) Agua a Temperatura Ambiente T(°C) tiempo en segundos Tiemperatura en °C Se observa un leve descenso en la temperatura del agua caliente, debido a que el calorímetro usado tenía una temperatura especifica de base y al reaccionar con el agua las dos temperaturas se igualan. DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD CALORIFICA DEL CALORIMETRO: TEMPERATURAS DESPUES DE LA MEZCLA En intervalos de 10 segundos se midió la temperatura de la mezcla en el calorímetro y se observó que al principio la temperatura bajo drásticamente debido a que el agua a temperatura ambiente absorbió el calor del agua caliente, después de 10 segundos se puede observar que la temperatura se mantuvo constante (Tabla No. 2) t(s) T(°C) t(s) T(°C) 0 59.8 50 40 10 40 60 40 20 40.3 70 40 30 40 80 40 40 40 90 40 Tabla No. 2 (Figura 2) Grafica de la tabla No.
regresión lineal de la mezcla de los dos reactivos DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE REACCIÓN HCl- NaOH C: TEMPERATURAS DESPUES DE LA MEZCLA (Tabla No.4) t(s) T(°C) t(s) T(°C) t(s) T(°C) 0 22 50 22.5 100 22. 10 22.5 60 22.4 110 22. 20 22.6 70 22.3 120 22. 30 22.6 80 22.3 130 22. 40 22.6 90 22.3 140 22. Tabla 4.
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mezcla de NaOH y HCl tiempo en segundos Temperatura en °C Con estos datos se puede calcular la entalpia de reacción de la mezcla remplazando en la formula; ∆ Hp =(−513,34 J ) (22,3−19,5) ∆ Hp =−1435, El sistema que contenía la mezcla de HCl (50 ml ) más NaOH(25 ml) tiene esa entalpia de reacción además, su grafica señala que hubo un reacción exotérmica lo que indica que hubo un aumento de calor, aparte de esto se procedió calcular la entalpia de reacción molar, dividiendo la entalpia de reacción sobre las moles del reactivo límite: 0,5M Na0H 0,5 M HCl 25 ml Na0H 50 ml HCl n=VM n=VM n=0,5M0,025L n=0,5 M0,050L n=0,0125 moles n=0, 0,025mol HCl 1 mol de NaCl 1 mol de HCl 58,44 g de NaCl 1 mol de NaCl =1,461 g de Nacl 0 ,0125molNaOH 1 mol de NaCl 1 mol de NaOH 58,44 g de NaCl 1 mol de NaCl =0,730 g de Nacl Con las moles se puede determinar el reactivo limite el cual es el NaOH, el cual será tomado para la ecuación de entalpia molar: ∆ Hmolar =− 1435 /0,0125=-114800,75 J Finalmente se comparan la entalpia de reacción estándar y la entalpia de reacción molar, la primera suso dicha dada por la siguiente ecuación: Dado esto se prosigue a calcular las moles de los productos y de los reactivos y se consulta información en tablas de entalpia de formación (9) 0,0125 moles NaOH 1 mol de H 20 1 mol de NaOH 18 g de H 20 1 mol de H 20 =0,225 gH 20 Determinación de moles de los productos: 0,730 g NaCl 1 mol de NaCl 58,44 g NaCl =3,74 x 10 − 4 N aCl 0,225 g H 20 1 mol de NaCl 18 g H 20 =0,012 mol de H 20 Determinación de volumen: se calcula con la densidad de cada uno de los productos: (6)NaCl=2,16g/Cm^3 V=0,33ml H20=1,0g/Cm^3 V=0,225 ml Con todos los datos calculados se remplazan en la ecuación:
∑ 1 (−410,6)^ +^1 (−285,5)−¿^ ∑ 1 (−92,3)^ +^1 (−425,6)¿
∆ H ° reacion =−1029, Con esto se puede observar que es una reacción exergónica liberadora de calor como
lo señalan las gráficas, con esto e cuenta se realizaron los mismos cálculos para las siguientes reacciones de neutralización calculando sus respectivas entalpias. 2-DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE REACCIÓN HCl(50ML)- NaOH(50ML): TEMPERATURAS ANTES DE LA MEZCLA (Tabla No. 5) HCl NaOH HCl NaOH t(s) T(°C) T(°C) t(s) T(°C) T(°C) 0 18 19 180 18 18. 60 18 19 240 18 18. 120 18 18.9 300 18 18. 0 60 120 180 240 300
19 HCl T(°C) NaOH T(°C) tiempo en segundos temperatura en °C (Figura No.5)D ETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE REACCIÓN HCl- NaOH : TEMPERATURAS DESPUES DE LA MEZCLA t(s) T(°C) t(s) T(°C) 0 22 60 22 10 22 70 22 20 22 80 22 30 22 90 22 40 22 100 22 50 22 110 22 Se puede observar que debido a que las sustancias tienen el mismo volumen, no hay ninguna variación en la temperatura; se mantienen constantes 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 0 5 10 15 20 25 Mezcla de HCl- NaOH^ tiempo en segndos Temperatura en °C (Figura No. 5) Entalpia de reacción: ∆ Hp =(−513,34 J ) ( 22 −18,45) ∆ Hp =−1822, entalpia molar de reacción: 0,5M Na0H 0,5 M HCl 50 ml Na0H 50 ml HCl n=VM n=VM n=0,5M0,050L n=0,5 M0,050L n=0,025 moles n=0, 0,025mol HCl 1 mol de NaCl 1 mol de HCl 58,44 g de NaCl 1 mol de NaCl =1,461 g de Nacl 0,025mol NaOH 1 mol de NaCl 1 mol de Na 0 H 58,44 g de NaCl 1 mol de NaCl =1,461 g de Nacl entalpia molar: ∆ Hmolar =−1822,357/0,025=-72894, Cálculo de las moles de los productos y de los reactivos: 0,025 moles NaOH 1 mol de H 20 1 mol de NaOH 18 g de H 20 1 mol de H 20 =0,45 gH 20 Determinación de moles de los productos: 1,461 g NaCl 1 mol de NaCl 58,44 g NaCl =0,025NaCl 0,45 g H 20 1 mol de NaCl 18 g H 20 =0,025 mol de H 20
n=VM n=VM n=0,5M0,050L n=0,5 M0,050L n=0,025 moles n=0, 0,025mol H2S 1 mol de Na 2 SO 4 1 mol de H 2 S 04 142.04 g de Na 2 S 04 1 mol de NA 2 S 04 =3,551 g de Na 2 S 04 0,025mol NaOH 1 mol deNa 2 S 04 2 mol de Na 0 H 142,04 g de Na 2 S 04 1 mol de Na 2 S 04 =1,775 g de Na 2 S 04 entalpia molar: ∆ Hmolar =−2002,026/0,025=-80081, Cálculo de las moles de los productos y de los reactivos: 0,025 moles NaOH 1 mol de H 20 2 mol de NaOH 18 g de H 20 1 mol de H 20 =0,225 gH 20 Determinación de moles de los productos: 1,775 g Na 2 S 04 1 mol de Na 2 S 04 142,04 g Na 2 S 04
Na2s 0,255 g H 20 1 mol de NaCl 18 g H 20 =0,014 mol de H 20 Determinación de volumen: se calcula con la densidad de cada uno de los productos: (7) Na 2 S 04 =2,66g/Cm^3 V=0,54ml H20=1,0g/Cm^3 V=0,255 ml Con todos los datos calculados se remplazan en la ecuación:
∑ 1 (−330,90)^ +^2 (−285,5)−¿∑ 1 (−811,3)^ +^2 (−425,6)¿
∆ H ° reacion =− 941 DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE REACCIÓN H 2 SO 4 (50ML)- NaOH(100ML): TEMPERATURAS ANTES DE LA MEZCLA H 2 SO 4 NaOH t(s) T(°C) T(°C) 0 18.1 18 60 18.3 18 120 18.3 18 180 18.3 18. 240 18.3 18. 300 18.3 18. 0 60 120 180 240 300
18
H2SO4 T(°C) NaOH T(°C) Tíempo en segundos Temperatura en °C DETERMINACIÓN DE LA ENTALPIA DE REACCIÓN H 2 SO(50ML) – NaOH(100ML) : TEMPERATURAS DESPUES DE LA MEZCLA t(s) T(°C) 0 23 10 23. 20 23. 30 23. 40 23. 50 23.
0 10 20 30 40 50
23
24 Tíempo en segundos temperatura en °C Entalpia de reacción: ∆ Hp =(−513,34 J ) (23,8−18,2) ∆ Hp =−2874, entalpia molar de reacción: 0,5M Na0H 0,5 M HCl 100 ml Na0H 50 ml HCl n=VM n=VM n=0,5M0,050L n=0,5 M0,050L n=0,05 moles n=0, 0,025mol H2S 1 mol de Na 2 SO 4 1 mol de H 2 S 04 142.04 g de Na 2 S 04 1 mol de NA 2 S 04 =3,551 g de Na 2 S 04 0,05mol NaOH 1 mol deNa 2 S 04 2 mol de Na 0 H 142,04 g de Na 2 S 04 1 mol de Na 2 S 04 =35,51 g de Na 2 S 04 entalpia molar: ∆ Hmolar =−2874,704/0,025=- Cálculo de las moles de los productos y de los reactivos: 0,05 moles NaOH 1 mol de H 20 2 mol de NaOH 18 g de H 20 1 mol de H 20 =0,45 gH 20 Determinación de moles de los productos: 3,551 g Na 2 S 04 1 mol de Na 2 S 04 142,04 g Na 2 S 04
Na2S 0,255 g H 20 1 mol de NaCl 18 g H 20 =0,014 mol de H 20 Determinación de volumen: se calcula con la densidad de cada uno de los productos: (7) Na 2 S 04 =2,66g/Cm^3 V=0,54ml H20=1,0g/Cm^3 V=0,255 ml Con todos los datos calculados se remplazan en la ecuación:
∑ 1 (−330,90)^ +^2 (−285,5)−¿∑ 1 (−811,3)^ +^2 (−425,6)¿
∆ H ° reacion =− 941 CONCLUSION El calor de neutralización de un sistema ácido débil-base fuerte depende de la naturaleza del ácido y de la base, así como de la temperatura y de la concentración. BIBLIOGRAFÍA (1) http://quimicaorganicaexplicada.com/la- entalpia/ (2)https://solarenergia.net/termodinamica/ propiedades-termodinamicas/entalpia (3)https://quimica.laguia2000.com/ reacciones-quimicas/reacciones-de- neutralizacion (4)http://newton.cnice.mec.es/ materiales_didacticos/calorimetro/ calorimetro.html
