calor de neutralizacion

PRÁCTICA S CALOR DE NEUTRALIZACIÓN OBJETIVOS Determinar por calorimetría la variación de entalpía que se produce en la neutralización de un ácido fuerte (HCI) con una base fuerte (NaOH). Utilizar un calorímetro adiabático, del que previamente se calculará su capacidad calorífica. OF6 p FUNDAMENTO TEÓRI Casi todas las reaccio cambio de energía, q mpañadas por un general se manifiesta como absorción o liberación de calor.

Por otro lado, la mayoría de las reacciones químicas se llevan a cabo a presión, P, constante, por lo que el calor absorbido o cedido, q P , será la variación de entalpía, AH, que acompaña al roceso. AE—q+w AH > O, proceso endotérmico AH < 0, proceso exotérmico K0MaHAa I ecwposawe OKHO Cnpa3Ka a cabo en un recipiente adiabático. Este procedimiento se denomina calorimetría y el aparato utilizado para determinar los cambios de temperatura es un calorímetro.

El calorímetro que se utilizaré en esta práctica es muy sencillo: consta de un vaso Dewar, un termómetro y un agitador. Las paredes externas de un vaso Dewar son adiabáticas (es decir, no hay intercambio de calor con el exterior), por lo que todo el calor transferido en la reacción química se absorbe dentro del calorímetro. Para que las edidas sean correctas, la temperatura inicial de todo el sistema debe ser uniforme.

La relación entre el calor absorbido o cedido por un cuerpo de masa m y la variación de temperatura, OT, viene dada por la siguiente ecuación: q=cmm Si el proceso tiene lugar a presión constante, C será el calor específico a presión constante (enJg-1K-1 oen cal g-1K-1). En el caso de la reacción de neutralización que se va a estudiar, el proceso es exotérmico, y el calor cedido por la reacción es absorbido por la disolución resultante de la neutralización y por el calorímetro (Dewar, agitador y termómetro), lo que onducirá a un aumento de temperatura del sistema.

La ecuación calorimétrica final será: q cedido + (m d m cal C cal OT) (y q cedido = q P = AH reacción ) Donde m d y C d son la masa y el calor específico de la diso (y q cedido q P OH reacción ) Donde m d y C d son la masa y el calor especfico de la disolución, AT es la variación de temperatura del sistema, y m cal y C cal las masas y calores específicos de cada uno de los componentes del calorímetro. Si trabajamos siempre con el mismo calorímetro, E m cal C cal será constante en nuestros experimentos. Por tanto, para la determinación de OH, es preciso calcular el término m cal C cal .

Esto se hace considerando que el calor absorbido por el calorímetro es igual al que absorbería una masa de agua, M eq , denominada equivalente en agua del calorímetro. Esta magnitud es la masa de agua (de calor específico C agua ) que para aumentar su temperatura en un grado necesita absorber un calor igual al que necesita el calor[metro para elevar su temperatura también un grado. por tanto: m cal C cal M eq C agua AT q cedido 4 (m d M eq C agua Si se considera que C C agua (1 cal g-l K-l se llega a: cedido + (m d + M eq ) CATZO -q cedido = (m d + M eq ) CAT = -AH reacción =4. 8jg-1 Para calcular M eq se ha de conseguir, dentro del calorímetro, el equilibrio térmico entre dos masas de agua conocidas, distintas temperaturas T 3 C y T F iniciales. La masa d iniciales. La masa de agua a la temperatura inferior (generalmente la ambiente) se introduce en el calorímetro y se deja que se equilibre la temperatura de todos los componentes del sistema hasta el valor T F . Después se introduce en el Dewar la masa caliente m Cy se agita hasta que se alcance la nueva temperatura de equilibrio en el sistema, T eq .

Entonces se tiene: Calor cedido por m C al pasar de TC a T eq Calor absorbido por m F al pasar de T F a T eq Calor absorbido por el calorímetro: mCC(Teq-TC) m FC(T eq-TF) M eq C (T eq-TF) Como el sistema es adiabático: TC – Teq — mF Teq — TF MATERIAL Y REACTIVOS Material Vaso Dewar con tapa Termómetro Agitador Vaso de precipitados de 250 m _ T F) + M eq C (T eq 3 Vasos de precipitados de 50 ml_ 2 Matraces aforados de 500 mL Probeta de 250 ml_ Vidrio de reloj precipitados, calentar 200 mL de agua (m C ) hasta aproximadamente 50 0C.

Anotar la temperatura exacta (T C ) y añadir con cuidado el agua aliente al Dewar. Tapar el Dewar, agitar y leer la temperatura hasta que se estabilice a T eq Con estos datos se calcula M eq Repetir el proceso 2 veces más para hallar el valor medio de M b) Calor de neutralización Preparar 500 ml_ de disolución de HCI IM y 500 mL de disolución de NaolH IV’. Se ha de dejar reposar las disoluciones hasta que alcancen la misma temperatura (ambiente) que el calorímetro, ya que inicialmente se deben tener todos los componentes del sistema (Dewar, agitador, termómetro y reactivos) a la misma temperatura.

Introducir 200 ml_ de la disolución de NaOH 1 M en el calorímetro. Medir la temperatura dentro del calorímetro a intervalos regulares de 1 minuto durante 5-10 minutos hasta tener un valor constante. Cuando se represente gráficamente T frente al tiempo, esto será un tramo prácticamente horizontal. Añadir cuidadosamente 200 ml_ de la disolución de HCI 1 M y agitar para favorecer la distribución del calor liberado y homogeneizar la temperatura del sistema.

Anotar la temperatura tras añadir el ácido y a intervalos de 15 segundos durante el primer minuto, y de 1 minuto en el tiempo posterior, hasta que se alcance un valor que se mantenga estable dura tiempo posterior, hasta que se alcance un valor que se mantenga estable durante algunos minutos. Repetir el proceso completo. Hay que asegurar que al comienzo de cada medida el calorímetro esté limpio y completamente seco.

RESULTADOS Y CUESTIONES Para hacer los cálculos, considerar que el calor específico de la disolución es prácticamente el del agua, 4. 18 J g-l K-l, y que su densidad es también la del agua, 1 g cm-3. 1. Calcular el equivalente en agua del calorímetro, M eq , según las Indicaciones de este gulon. 2. Para cada una de las medidas del calor de neutralización de NaOH con HCI, representar gráficamente la temperatura frente al tiempo, y determinar AT.

Hallar el valor medio y calcular el calor de neutralización en J mol-l . 3. ¿Por qué es esencial llevar a cabo las medidas del calor de neutralización con el mismo calorímetro en que se ha determinado M eq ? 4. ¿Cuál es la reacción que tiene lugar en la neutralización? ¿Qué resultado aproximado se habría obtenido si en lugar de HCI 1 M se hubiera añadido H 2 SO 4 0. 5 M? ¿por qué? BIBLIOGRAFÍA Atkins, P. ; de Paula, J. Atkins Química Física. ed. Capítulo 2. Editorial Médica Panamericana, 2008.