UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIAFACULTAD DE INGENIERADEPARTAMENTO DE INGENIERA QUMICA Y AMBIENTAL

LABORATORIO DE PROPIEDADES TERMODINMICAS Y DE TRANSPORTE

CALOR DE REACCIN EN SOLUCIN

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL

Determinar el Calor normal de una reaccin en solucin y el efecto de la composicin sobre el calor de solucin.

1.2. OBJETIVOS ESPECFICOS

Determinar el calor de reaccin de la neutralizacin de HCL con NaOH en solucin.

Comparar los datos experimentales frente a los datos encontrados en la literatura.

Calcular la capacidad calorfica de calormetro empleado.

2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL

A continuacin se presenta un esquema del procedimiento que se utiliz durante el desarrollo de la prctica experimental, dividida en dos partes: Capacidad calorfica del calormetro y calor de reaccin, ver figura 1 (a) y (b).

(a)

(b)

Figura 1. Procedimiento experimental. (a) Capacidad calorfica del calormetro, (b) Calor de Reaccin en solucin.3. MATERIALES Y EQUIPO UTILIZADO

Los materiales y equipos utilizados durante la prctica de laboratorio fueron:

Termmetro Sistema de calentamiento 2 vaso de precipitados 2 pipetas Bureta manual Phmetro digital Balanza analtica

REACTIVOS: HCL 37% y lentejas de NaOH

El esquema del equipo empleado se puede observar en la figura 2.

Figura 2. Equipo utilizado en la prctica de laboratorio.

4. TABLA DE DATOS

Calentamiento inicial

Tiempo (s)Temperatura (C)

020,07023

3020,08402

6020,20351

9020,32942

12020,55450

15020,69579

18020,85706

21021,09837

24021,29211

27021,38105

30021,46215

33021,76000

Estabilizacin #1

Tiempo (s)Temperatura (C)

36021,76115

39021,67019

42021,67806

45021,65838

48021,64434

51021,63540

54021,62540

57021,61796

60021,60827

63021,59900

66021,58879

69021,58093

72021,56609

75021,56123

Adicin de Acido Sulfrico

Tiempo (s)Temperatura (C)

78021,57395

81021,66142

84021,66103

87021,66041

Estabilizacin #2

Tiempo (s)Temperatura (C)

90021,65828

93021,65867

96021,64711

99021,64867

102021,64877

105021,64120

108021,63023

111021,62109

114021,61040

117021,59348

Estabilizacin #3

Tiempo (s)Temperatura (C)

122023,00853

125022,98841

128022,87972

131022,69322

134022,62960

137022,49973

Adicin de Hidrxido de sodio

Tiempo (s)Temperatura (C)

118022,29481

119023,04602

120023,07548

121023,00030

Calentamiento final

Tiempo (s)Temperatura (C)

140022,52915

143022,67689

146022,73056

149022,97808

152023,01353

155023,04207

158023,11150

161023,28096

164023,31028

167023,32269

Estabilizacin #4

Tiempo (s)Temperatura (C)

170023,32032

173023,30933

176023,30421

179023,29775

182023,29440

185023,28686

188023,28015

191023,27332

Datos adicionales

Voltaje (V)3,2

Corriente (A)0,89

Capacidades calorficas y Entalpias

Capacidad calorfica HCl (kJ/kgK)2303

Capacidad calorfica NaOH (kJ/kgK)3266

Capacidad calorfica H2O (kJ/kgK)4187

Capacidad calorfica NaCl (kJ/kgK)394

Masas moleculares

HCl (kg/kgmol)36,5

NaOH (kg/kgmol)40

H2O (kg/kgmol)18

NaCl (kg/kgmol)58,4

4.1 GRAFICAS

Grafica 1. Calentamiento inicial y primera estabilizacin.

Grafica 2. Adicin de acido sulfrico y segunda estabilizacin.

Grafica 3. Adicin de hidrxido de sodio y tercera estabilizacin.

Grafica 4. Calentamiento final y cuarta estabilizacin.

5. MUESTRA DE CLCULOS

a) Calculo de las moles.

Volumen de NaOH necesario:El acido clorhdrico inicial tiene una composicin de 37% P/P o 12 N. Fue necesario calcular el volumen de acido que hay que agregar al calormetro (cuyo volumen es de 150 ml), tal que la concentracin que reaccione sea del 0,1 N. Este volumen de Acido se calcula as:

Ahora podemos calcular el volumen necesario para neutralizar el acido con una solucin 0,3N:

Estandarizacin:

Para la estandarizacin se pesaron 0,3 g de biftalato de sodio y se disolvieron en 50 ml con el fin de conocer la concentracin exacta de NaOH:

En la prctica adicionamos ms de la cuenta como se ve en las tablas de datos: 3,9713 g. Este exceso no es malo, ya que la nica implicacin que tuvo fue el alto pH final, de aqu que este valor de normalidad de demasiado alto.

La masa de NaOH que se tiene para reaccionar es:

Moles que intervienen en la reaccin:

Moles iniciales de HCl0,010

Moles iniciales de NaOH0,029

Moles de NaCl0,010

Moles de Agua0,010

Moles de NaOH en exceso0,019

Calor especifico del calormetro:

Las temperaturas de la primera rampa de calentamiento se toman para este clculo, la primera temperatura es 20,07C y la final es el promedio de las temperaturas de estabilizacin: 21,7C.

Calor de reaccin en solucin:

Este es el balance de energa general para la prctica, como asumimos que el sistema es adiabtico el trmino del calor se hace cero:

En el estado inicial estn los reactivos y en el estado final estn los productos junto con los reactivos que han quedado sin reaccionar:

Ac podemos simplificar otros trminos como , si asumimos que la reaccin es completa y el acido clorhdrico se consume todo, segn vimos esto no se puede hacer con el NaOH ya que esta en exceso.

Cada trmino es:

En trminos del avance (moles de NaCl producidas) de la reaccin y sumando obtenemos:

Se factorizan las entalpias de referencia multiplicadas por el peso molecular, este trmino se sumas es lo que conocemos como calor de reaccin:

La ecuacin del balance global queda en trminos del calor de reaccin en solucin como sigue:

Despejando el calor de reaccin queda:

6. TABLA DE RESULTADOS.

pH11,20

Capacidad calorfica del calormetro

Calor de reaccin en solucin obtenido

Calor de reaccin en solucin terico

Error %7,6 %

7. ANLISIS DE RESULTADOS

De acuerdo a los clculos realizados previamente, as como a las grficas obtenidas a partir de los datos experimentales, podemos ver el carcter exotrmico de la reaccin de neutralizacin entre el cido clorhdrico y el hidrxido de sodio, como lo muestra el negativo resultante, tal como se esperaba.

Teniendo en cuenta el porcentaje calculado para el calor de reaccin en solucin de slo el 7,6%, podemos decir que el resultado final de la prctica es satisfactorio. Sin embargo es importante tener en cuenta los diversos factores que pudieron generar este error. Como primer factor, debemos mencionar, como se hizo previamente, la adicin en exceso del hidrxido de sodio, debido a un clculo errado que se hizo antes de realizar la solucin de NaOH en agua, lo cual nos origin una concentracin de dicho hidrxido de 0.878 N, y no 0.3 N, como se esperaba. Dicho error, a pesar de que nos asegura que la neutralizacin del HCl es completa, explica el pH final que se obtuvo de la solucin final. Adicional a esto, tambin debemos recordar que el sistema no es adiabtico, lo cual genera prdidas importantes de calor e influyen directamente en el resultado final. Finalmente podramos mencionar posibles errores como la posible descalibracin del pHmetro, o el hecho de encontrar una pequea acumulacin, al parecer de Cloruro de Sodio, en las paredes del vaso.

Haciendo un anlisis de las grficas de adicin, tanto del cido clorhdrico como del hidrxido de sodio, podemos ver como el cambio de temperatura que se da es bastante rpido, ya que en un periodo de tiempo relativamente corto, se da una importante elevacin en la temperatura. Esto hizo que en el intervalo de tiempo constante que se consider para tomar las temperaturas no se pudieran registrar apropiadamente las temperaturas de dicho calentamiento.

Considerando que las lecturas de los volmenes durante la prctica fueron correctos, decidimos no realizar la titulacin de la solucin de cido clorhdrico en agua, puesto que este procedimiento puede generar prdidas de calor y as modificar los clculos finales. Por tanto, para realizar el clculo de la concentracin, de dicha solucin nos basamos en las cantidades reportadas, las cuales nos dan una concentracin de 0.1008 N, muy cercana a la que se necesitaba.

8. CONCLUSIONES

El calor de reaccin de la neutralizacin de una solucin de NaOH con HCl es negativo, por lo tanto la reaccin es exotrmica.

El pH de la solucin final fue 11.20, medio alcalino, puesto que la estandarizacin con biftalato de potasio arroj una concentracin menor a la que se crea tener.

El reactante limite es el acido clorhdrico.

Los resultados obtenidos en la prctica son muy buenos ya que el error de la prctica fue del 7,6 %.

El factor ms influyente en el error experimental es que el sistema no es estrictamente adiabtico.

9. SUGERENCIAS

Considerar estable el sistema hasta que el entre dos registros de temperatura consecutivos sea aproximadamente constante, si no se hace esto, el tiempo de estabilizacin puede llegar a ser muy grande y la temperatura podra descender significativamente.

Utilizar tapabocas, guantes y gafas al manipular los reactivos, puesto que es manejan altas concentraciones.

En el momento de la titulacin de la solucin de biftalato de potasio con indicador fenolftalena, estar muy atento en el momento del viraje de color.

10. BIBLIOGRAFIA

PERRY R.H and D.Green, Perrys Chemical Engineerings Handbook, Mc Graw-Hill Book Co., 7ta. edicin, New York (1999).

SANDLER S., Chemical and Engineering Thermodynamics, John Wiley and Sons, 2da. edicin (1989).

LAIDLER K.J., Cintica de Reacciones, Editorial Alhambra, S.A., 2da. edicin, Vol. 1 y 2, Madrid (1971).

LIVINGSTONG D., Physical Chemical Experiments, Editorial Mc Millan, New York (1963).

SMITH J.M. and VAN NESS H.C., Introduccin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica) 4ta.edicin, Mc Graw-Hill Book Co., Mxico (1989).