CAPACIDAD CALORÍFICA Y CALOR DE NEUTRALIZACIÓN

OBJETIVOS

1) El alumno determinará experimentalmente la capacidad calorífica de un calorímetro.

2) El alumno determinará experimentalmente la entalpía molar de reacción para un par ácido fuerte-base fuerte (calor de reacción de neutralización a presión constante).

Datos experimentales

Experimento 1

t_1=22°C; t_2=68°C

Se hizo la mezcla y se registro la temperatura cada 10 segundos hasta alcanzar el equilibrio térmico. Se obtuvo la siguiente tabla.

Tiempo seg 0 10 20 30 40 50 60

Temperatura °C 43 43 42 41 41 41 41

m_(vaso vacio)=51g ; m_(vaso liq frio)=89.2g ; m_(liq frio)=38.2g

m_(vaso liq cal)=88.4g ; m_(liq cal)=37.4g

〖Cp〗_H2O=4.186 J/(g°C)

Experimento 2

t_ácido=21°C ; t_base=21°C ; t_eq=27°C

el promedio entre t_ácido y t_base=t_1=21°C

m_calorimetro=286.3g ; m_(vaso vacio)=50.9g ; m_(vaso solucion)=131.1g

m_solucion=80.2g

〖Cp〗_NaCl=50.5 J/(mol°C) ; 〖Cp〗_H2O=4.186 J/(g°C)

Cálculos

Capacidad calorífica del calorímetro

Fórmula general

-m_(liq cal) 〖Cp〗_(liq cal) (t_eq-t_2 )=m_(liq frio) 〖Cp〗_(liq frio) (t_eq-t_1 )+m_calorim 〖Cp〗_calorim (t_eq-t_1 )

Se sabe qua la capacidad calorífica del calorímetro es K=mCp

Sustituyendo en la ecuación:

-m_(liq cal) 〖Cp〗_(liq cal) (t_eq-t_2 )=m_(liq frio) 〖Cp〗_(liq frio) (t_eq-t_1 )+k(t_eq-t_1 )

si despejamos k obtenemos:

k=(-m_(liq cal) 〖Cp〗_(liq cal) (t_eq-t_2 )-m_(liq frio) 〖Cp〗_(liq frio) (t_eq-t_1 ))/(t_eq-t_1 )

sustituyendo los valores por los obtenidos experimentalmente:

k=(-37.4g(4.186 J/(g°C))(41°C-68°C)-38.2(4.186 J/(g°C))(41°C-22°C))/((41°C-22°C) )

k=59.66 J/(°C)

Número de moles de agua que se forman en la reacción de neutralización

sabemos que para obtener la reacción agragamos:

40mL de solución 1M de HCL y 40mL de solución 1M de NaOH

de la ecuación M=n/V→n=MV,podemos obtener el número de moles de cada producto

y al obtener la ecuación balanceada,por estequiometría podemos saber el número

de moles de agua que se producen en la reacción

n_HCL=1 mol/L (0.04L)=0.04mol ; n_NaOH=1 mol/L (0.04L)=0.04mol

por lo tanto obtenemos la siguiente ecuación de reacción

〖HCl〗_aq+〖NaOH〗_aq→〖NaCl〗_aq+〖H2O〗_liq

0.04L 0.04L 0.04L 0.04L

1M 1M 1M 1M

0.04mol 0.04mol 0.04mol 0.04mol

Por lo tanto n_H2O=0.04mol

Número total de moles de agua que se producen en la reacción. Nota: éste dato servirá para consultar el valor de Cp de la solución en la gráfica correspondiente.

Tbase= 21°C mNaCl=(0.04)(58.39 g/mol)= 2.33 g

Tacido=21°C Tequivalente=27°C

msolucion= 80.2 g

mH20T= msolución- mNaCl = 80.2g- 2.33 g = 77.87g

nH20= mH2OT/ MMH20 = 77.87g/ 18g/mol = 4.3mol

Ahora calculamos el Cp de la solución

4.3 mol/ 0.04mol = 107.5 con este valor nos dirigimos a nuestra grafica del manual para determinar el Cp de la solución este 107.5 corresponde aproximadamente a

4.01 J/g°C

Calor de neutralización.

-Q_N=m_sol 〖Cp〗_sol (t_eq-t_1 )+k(t_eq-t_1 )

-Q_N=( (80.2g)(4.01J/(g°C))(27-21))+ ((59.66 J/(g°C))(27-21))= -2325.63J = -2.325 KJ (-1) = +2.325 KJ

Entalpía molar de neutralización

Durante el desarrollo de la práctica el calorímetro se mantiene a una presión constante de 1atm y como nos damos cuenta de que es un proceso isobárico el calor liberado es igual a la entalpía molar de neutralización, por lo tanto tenemos lo siguiente:

〖∆H〗_r^°= 2.325 KJ/ -0.04 = -58.12 kJ

Cuestionario

¿Qué interpretación física tiene el valor de C o K del calorímetro?

C o K es la constante del calorímetro y representa la capacidad calorífica del mismo, por lo que físicamente es la cantidad de calor que absorbe por cada grado de temperatura que aumenta o en caso contrario, es la cantidad de calor que pierde por cada grado de temperatura que desciende.

Calcule C para dos calorímetros cuyas masas son de 100g pero uno ha sido construido en aluminio y otro en vidrio pyrex. Consulte sus valores de Cp en la tabla 2.

C= (masa)(CP)

C aluminio = (100)(0.92)=

C vidrio pyrex= (100)(0.83)=

Complemente la ecuación de la reacción de neutralización

HCl(ac) + NaOH(ac) NaCl(aq) + H2O (l)

Tome los datos de la tabla 3 y calcule el valor teórico esperado para 〖∆H〗_r^o

Por ecuación sabemos que:

〖∆H〗_r^°=((〖∆H〗_(f NaCl)^° )+(〖∆H〗_(f H2O)^° ))-((〖∆H〗_(f HCl)^° )+(〖∆H〗_(f NaOH)^° ))

〖∆H〗_r^°=((-407.29)+(-285.98))-((-167.52)+(-469.79))

〖∆H〗_r^°=-55.96kJ

¿Qué diferencia

...