CALOR DE REACCION Y TRABAJO ELECTRICO

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN

     FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS

ESCUELA PROFESIONAL DE

INGENIERÍA QUÍMICA

PRACTICAS DE ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL

Tema:

CALOR DE REACCION Y TRABAJO ELECTRICO

Presentado por:

Núñez del Prado Muñoz, Robert Joan

Docente:

DR. FÉLIX JOSÉ SUEROS VELARDE

AREQUIPA – PERÚ

2018

PRACTICA DE ELECTROQUIMICA INDUSTRIAL N° 1

CALOR DE REACCION Y TRABAJO ELECTRICO

1. OBJETIVO

• Determinar el calor de reacción liberado por una reacción electroquímica (Cu,Zn).

• Convertir el calor de reacción en trabajo eléctrico.

1. MARCO TEORICO

El calor de reacción o entalpía de reacción (ΔH) es el cambio en la entalpía de una reacción química que se produce a una presión constante.

Es una unidad termodinámica de medida útil para calcular la cantidad de energía por mol que se libera o se produce en una reacción.

Dado que la entalpía se deriva de la presión, el volumen y la energía interna, las cuales todas son funciones de estado, la entalpía es también una función de estado.

ΔH, o el cambio de entalpía surgió como una unidad de medida destinada a calcular el cambio de energía de un sistema cuando se hizo demasiado difícil encontrar el ΔU, o cambio en la energía interna de un sistema, midiendo simultáneamente la cantidad de calor y trabajo intercambiado.

La entalpía se puede medir experimentalmente mediante el uso de un calorímetro. Un calorímetro es un instrumento donde se hace reaccionar una muestra al través de unos cables eléctricos que proveen la energía de activación. La muestra se encuentra en un recipiente rodeado de agua la cual se agita constantemente.

Al medir con un el cambio de temperatura que se produce al hacer reaccionar la muestra, y sabiendo el calor específico del agua y su masa, se calcula el calor que libera o absorbe la reacción mediante la ecuación q=Cesp x m x ΔT.

En esta ecuación “q” es el calor, “Cesp” es el calor específico en este caso del agua que es igual a 1 caloría por gramo, m es la masa de agua y ΔT es el cambio de temperatura.

El calorímetro es un sistema aislado que tiene una presión constante, por lo que ΔHr=q

En esta ocasión hallaremos el calor de reacción a partir de una reacción electroquímica RedOx.

Cu2+(aq)   +   Zn(s)      →       Cu(s)   +   Zn2+(aq)

En donde los iones Cu2+  disueltos en una solución, será el reactivo limitante, mientras el Zn se encontrará en exceso.

1. REQUERIMIENTOS

• Solución CuSO4: 1 M (Soluto: CuSO4.H2O, solvente: H2O)
• Zinc metálico (Polvo)
• Solución de ZnSO4: 1M (Soluto ZnSO4.7H2O, solvente: H2O)
• Solución de KNO3: 10%
• Lámina de cobre
• Lámina de Zn
• Calorímetro: Vaso propileno, termómetro
• Celda: 2 vasos de precipitado, cinta de papel filtro
• Multi-tester: Voltímetro
• Circuito eléctrico externo: Rojo, Negro.

1. PROCEDIMIENTO

1. DETERMINACION DEL CALOR LIBERADO, ΔHr

1. Pesar 6 gr de Zn ( polvo )
2. Preparar 25 ml de CuSO4 a 1M
3. Sumergir un termómetro de rango: -10-110°C
4. Registrar la Temperatura de la solución en periodos de 30 segundos, de to=0 min → t=9.5 min
5. En el minuto 3 agregar de golpe el Zn (polvo).

1. DETERMINACION DE TRABAJO ELECTRICO (VOLTAJE DE CELDA)

1. Construir una celda electrolítica
2. Conectar el multi-tester al ánodo y cátodo.
3. Colocar el puente salino, en ambos vasos precipitados.
4. Registrar el Potencial Experimental (Eexp)

1. ANALISIS DE RESULTADOS

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Determinamos la temperatura en el minuto 3 mediante la ecuación  obtenida:

A los 3 minutos la temperatura fue de 70.3 °C.

• Ahora determinaremos el calor que se libera:

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• Finalmente procederemos a determinar el calor de reacción ΔHrx.

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• Necesitamos hallar el número de moles de Cu++ que participa en la reacción:

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• En el experimento B, se armó una pila y se comprobó que el trabajo eléctrico de la celda era 1.1V

1. CONCLUSIONES

• El valor teórico de la ΔHrx es de 212.82KJ/mol, este es el resultado de la ley de Hess entre la reacción que se da entre Zn y Cu++, que comparándolo con el práctico vemos una diferencia de 5KJ, que es un % de error del 3.16%
• Esta diferencia entre el valor experimental y teórico se puede ver favorecida por los siguientes motivos, las condiciones no eran las condiciones estándar, no conocíamos el calor específico del vaso de propileno, la ecuación de calor (Q) Debería trabajar con el Cu y no con el agua.
• Se comprobó que una reacción electroquímica tiene libera calor, por ende este tiene un calor de reacción.
• En el experimento B se pudo comprobar que el trabajo eléctrico que genera una pila de Cu++ y Zn++ es de 1.1V, contrastándolo con el valor de bibliografía vemos que se cumple en un 100%.

1. RECOMENDACIONES

• Realizar el experimento en un calorímetro cuyo calor específico sea conocido.
• Tener un sistema de agitación mecánico que no impida ver la temperatura del termómetro.

1. IMAGENES

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1. BIBLIOGRAFIA

• Electroquímica moderna, John O'M. Bockris, Amulya K.N. Reddy

• Ingeniería electroquímica: información exhaustiva de la teoría y práctica de los procesos electroquímicos industriales de sus aplicaciones y productos, C. L. Mantell

• Temas de química (II) para alumnos de ITOP e ICCP, Lapuente Aragó, Rocío, Salamanca

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