. Universidad Juárez Autónoma de Tabasco
División Académica de Ciencias Básicas
Licenciatura en Química
Práctica 1: Determinación experimental del estado termodinámico de un sistema gaseoso.
Práctica 3: Medición de la transferencia de calor, construcción y calibración de un calorímetro.
Práctica 4: Calor específico: propiedad termodinámica, determinación del cp de varios metales.
Experiencia 1: Determinación experimental del estado Termodinámico de un Sistema Gaseoso
OBJETIVOS:
- Medir experimentalmente los valores de las variables termodinámicas que fijan el estado de un sistema gaseoso.
- Determinar experimentalmente el rendimiento (%) de una reacción química.
- Aplicar el método de recolección de gases por desplazamiento de agua.
- Aplicar de forma experimental las leyes de los gases ideales.
- Interpretar el carácter fenomenológico de la termodinámica.
Las condiciones termodinámicas de un sistema en estado gaseoso se definen en término de cuatro propiedades macroscópicas características, a saber: presión, volumen, temperatura y composición. Para una determinada cantidad de materia, la presión, el volumen y la temperatura no son independientes entre sí, sino que están relacionadas mediante una ecuación matemática denominada ecuación de estado. Evidentemente, si alguna de estas variables cambia, el estado del sistema también cambiará.
ACTIVIDADES PREVIAS
- Investiga la Hoja de datos de seguridad de los compuestos que se utilizarán en la práctica.
- Describe las leyes de los gases ideales.
- Escribe la reacción química que se efectúa entre el ácido sulfámico y el nitrito de sodio.
- Indica como se calcula el rendimiento de una reacción química.
1 frasco de 10 ml.
ALTERNATIVA de HDS, todo depende de su creatividad; EVITAR colocar toda la información del reactivo
| Agua destilada | Nitrito de sodio | Ácido Sulfámico |
|---|---|---|
|
Fórmula : H20
Masa: 18.016 Aspecto: Líquido transparente e incoloro. Olor: Inodoro Punto de ebullición: 100°C Punto de fusión: 0°C Presión de vapor: 20°C Densidad: 1,00 Solubilidad: Soluble en etanol pH 5,0 -6,5 NO TÓXICO |
Fórmula : NaNO2
Masa: 68.996 g/mol Aspecto: Sólido higroscópico. Color: Blanco y amarillo. Olor: Inodoro. pH: 8-9 (100g/l, 20 °C) Punto de ebullición: 320°C Punto de fusión: 271°C Reactividad: Corrosivo. Estabilidad: Estable bajo condiciones normales. Toxicidad agua: Toxicidad en peces Peligro de fuego en contacto con materias combustibles. TÓXICO POR INGESTIÓN |
Fórmula : HSO3NH2 ó
H2NSO3H
Masa: 97.09 g/mol. Aspecto: Sólido. Color: Blanco. Olor: Inodoro. Reactividad: Corrosivo. Punto de ebullición: No disponible. Punto de fusión: 205°C Estabilidad: Estable bajo condiciones normales. Peligros: Puede generar irritación y quemaduras por contacto con el hombre y otro organismos. |
OTRA ALTERNATIVA de HDS, todo depende de su creatividad
METODOLOGÍA
Producción de Nitrógeno en fase gaseosa a partir de la reacción entre ácido sulfámico y nitrito de sodio.
El equipo a usar se muestra en la siguiente figura:
DIAGRAMA DE FLUJO
|
Experimento |
ml de NANO2 |
ml de HSO3NH2 |
Temperatura inicial °C |
Temperatura °C |
Gas producido de N2 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 5 | 12.5 | 23 | 23 | |
| 2 | 5 | 25 | 23 | 23 | |
| 3 | 5 | 12.5 | 44 | 44.5 |
|
|
NH2 HSO3 |
NaNO2 |
NaHSO4 |
N2 |
H2O |
|---|---|---|---|---|---|
| Número de moles teóricos | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Peso molecular (g/mol) | 97.03 | 68.99 | 120.06 | 28.01 | 18.01 |
| Masa (g) | 97.03 | 68.99 | 120.06 | 28.01 | |
| Masa Experimental (g) | 0.6 | 0.4 | 0.173 | ||
| Número de moles | 0.006 | 0.0057 |
En la siguiente tabla anote los datos experimentales de cada uno de los experimentos:
|
No.exp |
NaNO2 (moles) |
HSO3NH2 |
Patm (mmHg) |
T(°C) |
T(K) |
PV (H2O(mmHg) |
PN2(mmHg) |
VN2 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 |
Valor de R=0.082 L atm/mol K
- Calcule la cantidad de nitrógeno. en moles, formado durante los experimentos realizados.
- Calcule el rendimiento teórico de la reacción involucrada, a partir de su ecuación química.
- Calcule el rendimiento porcentual de la reacción química en los experimentos.
- ¿Qué efecto tiene la temperatura del baño de agua, en la cantidad de nitrógeno formado? Explique.
- Si se añade un exceso mayor de ácido sulfámico, manteniendo la misma cantidad de nitrito de sodio, ¿Qué volumen de nitrógeno se formará? Explique
- ¿Cuántos gramos de nitrito de sodio deberá añadirse para asegurar la reacción completa de 0.6 g de ácido sulfámico.
Calcule el rendimiento teórico de la reacción involucrada, a partir de su ecuación química.
HSO3NH2 + NaNO2 ➜ NaHSO4 + N2 + H2O
0.6 g 0.4g ?
Convertir las cantidades a moles
\( 0,4g\,de\,NaNO_2\,\cdot\frac{1\,mol\,de\,NaNO_2}{68,99\,de\,NaNO_2}\,=\,5.79\cdot 10^{-3} \)
\( 0,6g\,de\,HSO_3NH_2\, \cdot\frac{1\,mol\, de\,HSO_3NH_2}{97.09g\,de\,HSO_3NH_2}=6.17\cdot10^{-3} \)
Obtener el reactivo limitante.
\( 5.79\cdot 10^{-3}\, mol\,de\,NaNO_2\cdot\frac{1\,mol\, - \,reaccion}{1\,mol\,de \,NaNO_2} =5.79\cdot 10^{-3} \)
\( 6.17\cdot 10^{-3}\, mol\,de\,HSO_3NH_2\cdot\frac{1\,mol\, - \,reaccion}{1\,mol\,de \,HSO_3NH_2} =6.17\cdot 10^{-3} \)
Rendimiento teórico.
\( 0.4g\,de\,NaNO_2\cdot\frac{1\,mol\,NaNO_2}{68,99g\,de\,NaNO_2}\cdot\frac{1\,mol\,N_2}{1\,mol\,de\,NaNO_2} \cdot\frac{28.012gN_2}{1\,mol\,N_2} \)
Calcule el rendimiento teórico de la reacción involucrada, a partir de su ecuación química.
\( NaNO_2 + HSO_3NH_2 ➜ NaHSO_4 +H_2O + Na_2 \)
\( n\,NaNO_2 = \frac{0.4g}{68.996\cdot\frac{g}{mol}}=0.0057974\, mol\, de\, NaNO_2 \)
\( 40\,ml\, ➜ 0.0057974 \,mol\,de\,N_2 \)
\( 10\,ml\, ➜ X \)
\( X =\frac{0.0057974\,mol\,de\, N_2 \cdot 10\,ml}{40\,ml}=0.001449\)
\( V_{N_2 teorico} = \frac {nRT_{AMB}}{P}= (\frac{1.449\cdot10^{-3}mol\,\cdot\,0.082\frac{atm\,\cdot\,L}{mol\,\cdot\,K}\cdot298.15K }{0.744\,atm}) = 0.047 \)
\( V_{N_2 teorico} = 47.6ml \)
En temperatura de 40 °C.
\( V_{N_2 teorico} = \frac {nRT_{AMB}}{P}= (\frac{1.449\cdot10^{-3}mol\,\cdot\,0.082\frac{atm\,\cdot\,L}{mol\,\cdot\,K}\cdot 313.15K }{0.7025\,atm}) = 0.05296 = 52.96\,ml \)
Conclusiones: Se establecen de acuerdo a los objetivos alcanzados, los resultados obtenidos Bibliografía De acuerdo al estilo APARúbrica
LEYES DE LOS GASES
OBJETIVO
Adquirir conocimientos básicos de las leyes de los gases que permitan al alumno analizar y aplicar cada una de ellas para comprender el comportamiento del estado gaseoso.
Desarrollar habilidades para el análisis y resolución de problemas que involucran las leyes de los gases, valorando la aplicación de dichas leyes en la vida cotidiana.
INTRODUCCIÓN
Conceptos Básicos
Presión: Mide la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie. Los gases ejercen una presión sobre cualquier superficie. La presión la medimos en atm, torr, mmHg.
Volumen: Es magnitud una derivada de la longitud, ya que se halla multiplicando la longitud, el ancho y la altura. El volumen lo medimos en L, mL.
EJEMPLO DE LA LEY DE BOYLE
Una muestra de oxigeno ocupa 10L bajo una presión de 790 torr, ¿a que presión debería ocupar éste un volumen de 13.4 L, si la temperatura no cambia?
\( P_2 = \frac{P_1\,V_1}{V_2}\,=\, \frac{(790\, torr)(10\,L)}{13.4\, L} = 590\, torr \)
LEY DE CHARLES
Jack Charles estudió por primera vez la relación entre el volumen y la temperatura de una muestra de gas a presión constante.
Observó que cuando se aumentaba la temperatura, el volumen del gas también aumentaba y que al enfriar el volumen disminuía.
A presión constante, el volumen ocupado por una masa de gas definida es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
\(V\, \propto T\,\) ó \( V\,=\, kT \)
(n, P constantes)
\(V_1=117ml\)
\(T_1=100°C + 273 = 373\, K\)
\(V_2=234\,ml\)
\(T_2= ?\)
Una muestra de neón ocupa 105 L a 27 °C bajo una presión de 985 torr. ¿Cuál es el volumen que debería ocupar el gas a temperatura y y presión estándar (STP).
\(V_1=105\, L\) \(P_1=985\, torr\) \(T_1 = 27°C \) \(\frac{P_1 V_1}{T_1} = \frac{P_G V_G}{T_G} \)
\(+273 = 300\, K\) \(V_2=?\) \(P_2= 760\,torr \) \(T_2=273\,K\)
\(V_G= \frac{P_1 V_1 T_G}{P_G T_1}=\frac{(985\, torr)(105\,L)(273\,K)}{(760\,torr)(300\,K)}= 124\,L\)
Los neumáticos de un coche deben estar a una presión de 1,8 atm, a 20 ºC. Con el movimiento se calientan hasta 50 ºC, pasando su volumen de 50 a 50,5 litros. ¿Cuál será la presión del neumático tras la marcha?
\( V_1 = 50L \) \(P_1 = 1.8atm\) \(T_1=20°C \) +273=293K
\(V_2=50.5L\) \(P_2=?\) \(T_2= 50 +273K=323K\)
\(P_G = \frac{P_1 V_1 T_G}{P_G T_1} = \frac{(1.8atm)(50L)(323K)}{(50.5L)(293K)}= 1.964\,atm \)
LEY DE AVOGRADO
Cerca de año de 1811, Amadeo Avogadro postuló que a la misma temperatura y presión, igual volumen de todos los gases contienen el mismo número de moléculas.
A temperatura y presión constantes, el volumen V ocupado por una muestra de gas, es directamente proporcional al número de moles, n, del gas.
Esta relación es llamada ecuación de gas ideal y el valor numérico de R, la constante universal de los gases, donde una mol de un gas ideal ocupa 22.414 litros a 1.0 atmosfera de presión y 273.15 K (STP). Por lo tanto:
\( R=\frac{PV}{nT}=\frac{(1.0 atm)(22.414L)}{(1.0 mol)(273.15K)}= 0.082057 \frac{L.atm}{mol.K}\)
¿Cuál es el volumen de un globo que se llenó con 4.0 moles de helio cuando la presión atmosférica es 748 torr y la temperatura es 30 °C.?
\(P=748torr \cdot \frac{1.0\,atm}{760\,torr} =0.984\,atm\)
\(T= 30°C + 273 =303 K\) \( n=4.0 \,moles\) \( V= ?\)
\( V=\frac{nRT}{P}=\frac{(4.0\,mol)(0.082l \frac{atm}{mol}K)(303K)}{0.984=101\,L} \)
LEY DE DALTON
La presión total ejercida por una mezcla de gas ideal, es la suma de las presiones parciales de esos gases.
Un contenedor de 10L contiene 0.200 mol de metano, 0.300 mol de nitrógeno a 25ºC. A)¿Cuál es la presión, en atmosferas, dentro del contenedor?, b) ¿Cuál es la presión parcial de cada componente de la mezcla de gases?
\(n=0.200\,mol\, CH_4 + 0.300\, mol\,H_2+ 0.400\,mol\,N_2=0.900\,mol\)
\(V=10.0\,L\) \(T= 25°C+ 273° = 298K\)
De la ecuación de gas ideal, despejamos P y sustituimos los datos
\( P=\frac{(0.900\,mol)(0.0821 \frac{L\cdot atm}{mol\cdot K})(298 K)}{10.0\,L}= 2.20\,atm\)
Un contenedor de 10L contiene 0.200 mol de metano, 0.300 mol de nitrogeno y 0.400 mol de nitrógeno a 25ºC. a)¿Cuál es la presión, en atmosferas, dentro del contenedor?, b) ¿Cuál es la presión parcial de cada componente de la mezcla de gases?
Para calcular la presión parcial de cada componente, a partir de la ecuación despejada para P, sustituimos cantidad en mol del metano, hidrógeno y nitrógeno.
\(P_{CH_4} =\frac{(n_{CH_4}RT)}{V} = \frac {(0.200\, mol)(0.0821\frac{L \cdot atm}{mol \cdot K})(298\,K)}{10.0\,L} = 0.489\,atm\)
\(P_{H_2}=0.734\,atm \) \(P_{N_2}= 0.979\, atm\)
\(P_{total} = P_{CH_4}+P_{H_2}+P_{N_2}=(0.489+ 0.734+ 0.979)\,atm=2.20\, atm\)
Dos tanques estan conectados por una válvula cerrada. Cada
tanque esta lleno con gas \(O_2\) (5L, 24 atm), y \(N_2\) (3L,
32 atm). Ambos a la misma temperatura. Cuando se abre la vávula
los gases se mezclan. a)Despues de la mezcla, ¿Cuál es la
presión parcial de cada gas y cual es la presión total?, b)
¿Cuál es la fracción molar de cada gas en la mezcla?
a) Para el \(O_2\)
\(P_1V_1 =P_2V_2\,\,\, or\,\,\, P_{2,O_2}=\frac{P_1 V_1}{V_2}=\frac{24.0\,atm \cdot \, 5.00\,L}{8.00\,L}=15.0\,atm\)
\(Para \,el \,N_2\)
\(P_1V_1 = P_2V_2\,\,\, or \,\,\, P_{2,N_2}=\frac{P_1 V_1}{V_2}= \frac{32.0\, atm \cdot 3.00\,L}{8.00\,L} = 12.0 \,atm \)
b) \(P_{total}=P_{2,O_2}+P_{2,N_2}=15.0\,atm + 12.0\,atm = 27.0\,atm\)
\(X_{O_2}=\frac{P_{2,O_2}}{P_{total}}=\frac{15.0\,atm}{27.0\,atm}=0.556\)
\(X_{N_2}=\frac{P_{2,N_2}}{P_{total}}=\frac{12.0\,atm}{27\,atm}=0.444\)
RESUMEN
EJERCICIOS ADICIONALES
- Un globo que contiene 1.50 L de aire a 1.0 atm es colocado bajo el agua a una profundidad a la cual la presión es 3.0 atm. Calcula el nuevo volumen del globo. Asume que la temperatura es constante.
- Un gas ocupa un volumen de 31 La 17 ºC. Si la temperatura del gas alcanza los 34 ºC a presión constante. a) Podría esperarse que el volumen se duplique al doble 62 L?, b) Calcule el nuevo volumen a 34 ºC, c) a 400 K y d) a 0.00 ºC.
- Una muestra de gas ocupa 400 ml a STP. ¿Bajo qué presión debería la muestra ocupar 200 ml si la temperatura se incrementara a 819 ºC?.
- Un buque tanque que contenía 580 ton de cloro líquido tuvo un accidente. a)¿Qué volumen ocuparía esta cantidad de cloro si todo se convirtiera en gas a750 torr y 18ºC, b) Asuma que todo el cloro queda confinado en un volumen de 0.500 milla de ancho y una profundidad promedio de 60 pies. ¿Cuál sería la longitud en pies de esta nube de cloro?
- Una mezcla gaseosa contiene 5.23 g de cloroformo (\(CHCl_3\)), y 1.66 g de metano \((CH_4)\).¿Qué presión es ejercida por la mezcla dentro de un contenedor metálico de 50 L a 275ºC?, ¿Cuál es la presión con la que contribuye el CHCl3?
- Un contenedor de 4.0L que contiene He a 6.0 atm es conectado a otro contenedor de 3.0L que contiene \(N^2\) a 3.0 atm. Si los gases se mezclan, a) Encuentre la presión parcial de cada gas después de la mezcla, b)Encuentre la presión total de la mezcla, c)¿ Cuál es la fracción molar del He?
NOTA: CONSULTA EL CAPITULO 12 DEL LIBRO DE QUÍMICA GENERAL. KENNETH W. WHITTEN Y RESULVE LOS EJERCICIOS DE TU INTERÉS.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
- Química. Raymond Chang. Ed. Mc Graw Hill. 11(\^a\) edición. México (2013).
- Química General. Kenneth W. Whitten. Ed. Cengage Learning. 8\(^a\) edición. México (2008)
PRÁCTICA 2. REACCIONES TERMOQUÍMICAS. DETERMINACIÓN CUALITATIVA DEL CAMBIO TÉRMICO EN REACCIONES ENDO Y EXOTÉRMICAS
Introducción
Los primeros estudios termoquímicos serios se remontan al año de 1780, cuando A.L. Lavoisier y P.S. Laplace enunciaron que “la cantidad de calor necesaria para descomponer una sustancia en sus elementos es igual al calor desarrollado cuando dicho compuesto se forma a partir de los mismos”. Aproximadamente medio siglo después, G.H. Hess postula otra ley también basada en el principio de la conservación de la energía que nos dice “todo cambio térmico efectuado en una reacción química es una función de estado”, es decir, no depende de la trayectoria que se haya seguido a partir de los reactivos para obtener los productos, interesando únicamente el estado energético inicial y final en la reacción. Generalmente encontramos una diferencia de energía entre reactivos y productos, lo cual origina una absorción o liberación de energía.
Objetivos
- Determinar cualitativamente el cambio térmico en reacciones de disolución, hidrólisis, acido-base, oxido reducción y formación de precipitados.
- Medir con base en el tipo de reacción, el comportamiento térmico de la misma.
- Señalar a partir de las entalpias, si una reacción es endotérmica o exotérmica.
- Determinar si los cambios energéticos en una reacción química son una propiedad extensiva o intensiva.
- Manejar en forma correcta el termómetro.
Materiales y Reactivas
| Materiales | Reactivos |
|---|---|
| 1 Termómetro de -10 a 150 °C, graduado en decimas de grado | Ácido clorhídrico concentrado |
| 15 tubos de ensayo de 20 mL | Ácido sulfúrico concentrado |
| 1 gradilla | Hidróxido de sodio |
| 3 vidrios de reloj | Hidróxido de amonio concentrado |
| 1 espátula | Cloruro de aluminio (lll) sólido |
| 1 piseta | Cloruro de potasio sólido |
| 1 agitador con gendarme | Tiocianato de amonio sólido |
| 3 vasos de pp de 250 mL | Carbonato de sodio disolución saturada |
| 2 pipetas de 10 mL | Nitrato de cobre (ll) disolución saturada |
| 1 propipeta | Sulfato de níquel (ll) disolución saturada |
| Sulfato de cobre (ll) disolución saturada | |
| Magnesio en polvo | |
| Cinc en polvo | |
| Etanol absoluto |
Actividades previas
1. Para formular las hipótesis, es necesario que el alumno haga el planteamiento, balance y cálculo de los cambios de entalpias en las siguientes reacciones:
• Ácido Clorhídrico concentrado con agua
• Ácido sulfúrico concentrado con agua
• Hidróxido de sodio solido con agua
• Amoniaco concentrado con agua
• Cloruro de aluminio (III) solido con agua
• Cloruro de potasio solido con agua
• Tiocianato de amonio solido con agua
• Ácido clorhídrico diluido con hidróxido de sodio diluido
• Ácido sulfúrico diluido con hidróxido de sodio diluido
• Carbonato de sodio disolución saturada, con ácido cítrico disolución saturada
• Nitrato de cobre (II) disolución saturada, con hidróxido de sodio diluido
• Sulfato de níquel (II) disolución saturada, con hidróxido de sodio diluido
• Sulfato de cobre (II) disolución saturada, con magnesio en polvo
• Sulfato de cobre (II) disolución saturada, con cinc en polvo
Como recordatorio:
- Anotar correctamente las fórmulas,
- Balancear la reacción química.
- Utilizar valores de tablas de ΔH de formación , tanto de reactantes como de productos.
- Ser cuidadosos con las unidades, ya que a veces tenemos que consultar diversas fuentes.
ENTALPÍA ESTÁNDAR de una reacción: CALOR DE REACCIÓN
a A + b B --> c C + d D
Dado un proceso químico. el calor de la reacción se calcula restando las entalpías estándares de formación de los reactivos de las entalpías estándares de formación de los productos, como se ilustra en la siguiente ecuación, considerando el coeficiente de balanceo de cada especie:
\(\Delta\,H°_R = \Sigma\,Hf°_{Productos}- \Sigma HF°_{reactantes} \)
\(\Delta\,H°_R = (c\, Hf°_C + d\,Hf°_D) -(a\, Hf°_A\, + \,b\,Hf°_B ) \)
Procesos exotérmicos y endotérmicos. En función del calor que intercambien en el medio. los procesos (reacciones) se pueden clasificar como exotérmicas y endotérmicas: lo que nos indicará si la reacción habrá perdido o ganado energía es la entalpia de la reacción.
Actividades Previas
\(HCI + H_2O ➜ H_3O + CI \)
\(H_2O \Delta H°\, formacion = -285,8\frac{KJ}{MoL} \)
\(HCI\Delta H°\, formacion = -92,30 \frac{KJ}{MoL} \)
\(H_3O\Delta H°\, formacion = -285,8 \frac{KJ}{MoL} \)
\(Ión\; CI-\; \Delta H° formacion = -167.4 \frac{KJ}{MoL} \)
\(\Delta H°\, Reaccion = (\Sigma n)(\Delta H°\, formacion)productos - \Sigma n(\Delta H° formacion)\,reactivos \)
\(\Delta H°\, Reaccion = (1)(-285,8 + (-167.4)\frac{KJ}{Mol}-[(1)(-92,30 \frac{KJ}{Mol} + (1)(-285,8 \frac{KJ}{Mol})] \)
\(\Delta H°\, Reaccion = -73.98 \frac{KJ}{Mol} \)
Se tratará de una reacción exotérmica.
- Ácido sulfúrico concentrado con agua
- Hidróxido de sodio sólido con agua
- Amoniaco concentrado con agua
- Cloruro de aluminio (lll) sólido con agua
- Cloruro de potasio sólido con agua
- Tiocianato de amonio sólido con agua
- Ácido clorhídrico diluido con hidróxido de sodio diluido
- Ácido sulfúrico diluido con hidróxido de sodio diluido
- Carbonato de sodio disolución saturada, con ácido cítrico disolución saturada
- Nitrato de cobre (ll) disolución saturada, con hidróxido de sodio diluido
- Sulfato de níquel (ll) disolución saturada, con hidróxido de sodio diluido
- Sulfato de cobre (ll) disolución saturada, con magnesio en polvo
- Sulfato de cobre (ll) disolución saturada, con cinc en polvo
Si se aumenta la concentración de los reactivos ¿Qué sucede?, ¿por qué?, ¿Qué podríamos esperar, si tanto las reacciones exotérmicas como endotérmicas las efectuamos en un baño de agua fría?
Con base a estas preguntas, el alumno planteara sus hipótesis.
MATERIALES
- 1 Termómetro de -10 a 150 °C, graduado en decimas de grado.
- 15 tubos de ensayo de 20 mL.
- 1 Gradilla
- 3 vidrios de reloj
- 1 Espátula
- 1 Pizeta
- 1 agitador con gendarme
- 3 vasos de pp de 250 mL
- 2 pipetas de 10 mL.
- 1 propipeta.
REACTIVOS
- Utilizar 2 o 3 mL de las soluciones líquidas, y entre 500 mg y 1 g de los sólidos.
- Ácido clorhídrico concentrado
- Ácido sulfúrico concentrado
- Hidróxido de sodio
- Hidróxido de amonio concentrado
- Cloruro de aluminio (lll) sólido
- Cloruro de potasio sólido
- Tiocianato de amonio sólido
- Carbonato de sodio disolución saturada
- Nitrato de cobre (ll) disolución saturada
- Sulfato de níquel (ll) disolución saturada
- Sulfato de cobre (ll) disolución saturada
- Magnesio en polvo
- Cinc en polvo
- Etanol absoluto
Buscar algunos datos de las, inhalación, contacto con piel y ojos. siguientes sustancias, que muestren una idea relativa de toxicidad como: concentración máxima permisible.
Buscar algunos datos de las siguientes sustancias, que muestren una idea relativa de toxicidad como: concentración máxima permisible, inhalación, contacto con piel y ojos.
A continuación se muestran algunos ejemplos:
Diagrama de Flujo
Determinación cualitativa del cambio térmico en reacciones térmico en reacciones endo y exotérmicas.
REGISTRAR EN TU BITÁCORA
- Todas las reacciones balanceadas y los cálculos de las entalpias de reacción, indicando si estas fueron exotérmicas o endotérmicas.
- Las respuestas a las preguntas planteadas en la introducción y en las hipótesis.
- Las dudas que hayan surgido al plantear las hipótesis y las respuestas si es que se obtuvieron.
- Anotar en la tabla siguiente los resultados obtenidos.
- ¿Qué relación existe entre el tipo de reacción y su comportamiento térmico? ¿Se puede generalizar? ¿Por qué?
- ¿Qué relación existe entre la cantidad de calor y la cantidad de reactivos? ¿Por qué
- ¿Cómo influye la temperatura del medio sobre la reacción? ¿De qué manera podemos aprovechar esta
- ¿Qué factores externos pueden influir sobre los resultados experimentales
- ¿De qué manera influye que el magnesio y el cinc se encuentren en polvo?
- ¿Es importante conocer la temperatura de ambos reactivos cuando estos son acuosos?
- ¿Por qué es importante que las soluciones de cobre y níquel se encuentren saturadas?
- ¿Por qué el cloruro de aluminio tarda en reaccionar y, una vez que inicia, lo hace rápidamente?
- ¿Cuáles son las conclusiones a que podemos llegar al comparar los resultados obtenidos experimentalmente con las hipótesis?
Determinar cualitativamente el cambio térmico en reacciones de disolución, hidrólisis, acido-base, oxido reducción y formación de precipitados.
Continuar con las demás reacciones.
Conclusiones: Se establecen de acuerdo a los objetivos alcanzados, los resultados obtenidos Bibliografía De acuerdo al estilo APA.
INTRODUCCIÓN
La experiencia muestra que el calor absorbido depende de la diferencia de temperatura con el medio ambiente: si el calor es agobiante la hielera transferirá mayor cantidad de calor a los hielos que se derretirán a mayor velocidad y el termo se encontrara a una temperatura mayor.
Por tanto, es más propio hablar de una magnitud termodinámica dependiente de la temperatura, como es el calor absorbido por el calorímetro (m.Cp.ΔT), en lugar de una constante calorimétrica.
ACTIVIDADES PREVIAS
- Investigar 3 diferentes diseños de calorímetros
- Indicar los usos,ventajas y desventajas de los calorímetros sencillos
- ¿Por qué es importante manejar termómetros calibrados?., indicar Las ventajas y desventajas
La construcción de un calorímetro depende del diseño realizado por el alumno. Sus generalidades son: recipiente de paredes adiabáticas, recipiente menor de reacción, termómetro y agitador. A continuación, se propone una lista de material posible.
- 1 cuadrado de unicel
- Termómetro de -10 a 150 °C con apreciación de lectura de 1 °C
- 1 lata de refresco de aluminio
- Algodón, estopa, etc.
- Papel aluminio
- 1 agitador de vidrio
- Un calorímetro previamente construido
- 1 marcador negro
- 1 parrilla eléctrica.
- 1 vasos de pp de 1000 ml
- 2 vasos de pp de 150 ml
- 1 probeta graduada de 200 ml
- Construir el calorímetro diseñado, y con la ayuda de un plumón hacer una marca en el recipiente reactor donde se desee que llegue el nivel de agua.
- Llenar el recipiente hasta la marca y vaciar su contenido a una probeta. con la finalidad de conocer la capacidad del recipiente.
- Agregar agua a la probeta, aproximadamente la mitad de la capacidad del recipiente reactor. Registrar en la tabla el volumen medido.
- Transferir dicho volumen al calorímetro. Tomar la temperatura dentro del calorímetro y registrarla.
- Calentar en un vaso de pp de 200 mL de agua hasta que alcancen una temperatura de 70 a 80 'C.
- Apagar la parrilla de calentamiento y colocar el vaso de precipitados en la mesa de trabajo. lejos del calorímetro. ayudado con un trapo en caso de ser necesario.
- Después de unos segundos. tomar la temperatura del agua caliente cuatro veces en intervalos de un minuto e idas registrando en la tabla de resultados.
- Sin detener el cronometro, agregar el agua caliente al calorímetro hasta que hasta que el nivel del agua coincida con la marca del calorímetro. Anotar el tiempo en que se hizo la mezcla. Esta operación debe realizarse con rapidez y disminuir así la transferencia de calor del vaso a los alrededores. Agitar la mezcla.
- Tomar y registrar la temperatura de la mezcla seis veces, en intervalos de un minuto.
EVIDENCIAS
Completar los siguientes cuadros.
Los siguientes datos fueron recopilados de http://fqmegablog.blogspot.com/2010/06/elaboracion-y-calibracion-de-un.html?m=1
ACTIVIDADES FINALES
- Cuando se trabajó con mayores diferencias de temperaturas, el calorímetro ¿absorbió mayor o menor cantidad de calor? ¿Es una magnitud constante? ¿De qué factores depende? Proponga un comportamiento aproximado de la forma en que varia mCp del calorímetro con respecto a la diferencia de temperaturas con el medio ambiente: lineal exponencial, etc. ayudado de la gráfica mCp contra T
- La curva mCp= f (\(\Delta\)T) ¿debe pasar por el origen razónelo?
- Explique brevemente si los resultados obtenidos fueron los esperados y discuta sobre las condiciones experimentales que podrían modificarse para mejorar notablemente los resultados.
- ¿Influirá en los resultados el agregar el calorímetro primero agua caliente y después el agua a temperatura ambiente. en lugar de agua fría posteriormente agua caliente?
- Una vez calibrado el calorímetro ¿en qué experimentos termodinámicos podemos utilizarlo? ¿Los valores de mCp obtenidos serán válidos para cualquier condición experimental?
- ¿Qué otras conclusiones podrían obtener de esta práctica. tanto en el desarrollo experimental corno en el teórico?
ESTABLEZCA SUS CONCLUSIONES
ANOTE LA BIBLIOGRAFIA CONSULTADA (en formato APA)
RÚBRICA
Experiencia 4. Calor específico: propiedad termodinámica, determinación del cp de varios metales
OBJETIVOS
- Determinar experimentalmente una magnitud propia de cada sustancia: el calor específico.
- Determinar experimentalmente el calor específico (Cp) de tres metales distintos.
- Utilizar el calorímetro anteriormente calibrado y comprobará de un modo práctico su validez y aplicaciones.
- Encontrar la relación existente entre la masa molar y el calor específico de los metales, para poder inducir una regla general: Ley de Dulong- Petit.
- Evaluar las fuentes de error representativas que modifiquen el resultado experimental, con respecto de los valores teóricos encontrados en la literatura.
INTRODUCCIÓN
Todos hemos presenciado un atardecer desde una playa, la brisa marina que sopla en nuestros rostros tostados por el sol. Nos encontramos frente a un fenómeno físico: la brisa. ¿Qué la ocasiona?
Durante el día, tanto el suelo como el mar reciben los mismos rayos solares; sin embargo, el suelo se calienta con mayor rapidez que el mar, ocasionando una corriente de aire ascendente y, por consiguiente, otra corriente en sentido horizontal del mar hacia tierra firme.
Esta capacidad de absorber calor, distinta para cada sustancia, recibe el nombre de calor especifico. Si deseamos conocer las utilidades que nos proporciona la inversión de cierto capital en un banco, debemos tomar en cuenta tres aspectos: el capital invertido, las tasas de interés que ofrece el banco y el tiempo que lo queremos invertir.
Un ejemplo lo ilustrara: 100 000 pesos x 25 % 3 años = 75 000 pesos.
Capital x tasa de interés x tiempo = utilidades
Análogamente. en una transferencia de calor debemos tomar en cuenta la cantidad de materia (capital). la capacidad de absorber o ceder calor (tasa de interés) y la diferencia de temperatura (tiempo de inversión). Así, si deseamos conocer el calor absorbido por 4 g de aluminio al pasar de 10 a 15 ° C calculamos:
4 g x 0.215 ➜ x (15-10) °C = 4.3 calorías
\(M \cdot\, Cp \cdot\, \Delta T\,= \, Q\)
El problema es más complejo, ya que las tasas de interés varían según la inversión sea a corto, mediano o largo plazos: de modo similar, el Cp varia en función de la temperatura.
ACTIVIDADES PREVIAS
- Investigar en la bibliografía los valores de Cp. de algunos metales con los que trabajara. Estos pueden ser: Al, Cu, Fe, Pb, Zn, entre otros.
- Es importante considerar cienos aspectos:
- El calor especifica ¿es función de la temperatura?. ¿tendra alguna relación con la masa molar?
MATERIALES
- Calorímetro cailbrado on la practica do 'iranctorencia do calor.
- Construcción y calibración de un calorímetro
- 1 parrilla eléctrica
- 1 probeta de 200 mL
- 3 vasos de pp de 150 mL
- 1 balanza analítica
- 1 termómetro de -10° a 150 ""C con apreciación de lectura de 1°C
- 1 agitador de vidrio
- 1 franela
- 1 piseta de 500 mL
- 1 coladera
- 1 pinzas para tomar los metales calientes
Investigar en la bibliografía los valores de Cp. de algunos metales con los que trabajara. Estos pueden ser: Al, Cu, Fe, Pb, Zn, entre otros.
Se entiende por calor específico a la cantidad de calor que se requiere para que una unidad de una sustancia incremente su temperatura en una cantidad de grado Celsius.
Supongamos que estamos haciendo una sopa y que podemos utilizar para moverla, una cuchara totalmente de metal o una totalmente de madera. Hemos dejado la sopa hervir y se nos ha olvidado retirar la cuchara, que queda sobresaliendo por fuera y que podemos coger. Si tú fueras el cocinero ¿Qué cuchara preferirías utilizar, la de madera o la de metal?
RESULTADOS
NOTA: Debido a la situación de la pandemia Covid-19 y la modalidad del curso a distancia, se tomaron los datos experimentales basados en los resultados de una compañera de la licenciatura de unos semestres atrás.
- Cuando se trabajó con mayores diferencias de temperaturas, el calorímetro ¿absorbió mayor o menor cantidad de calor? ¿Es una magnitud constante? ¿De qué factores depende? Proponga un comportamiento aproximado de la forma en que varía mCp del calorímetro con respecto a la diferencia de temperaturas con el medio ambiente: lineal exponencial, etc. ayudado de la gráfica mCp contra T.
- La curva mCp= f \( \Delta \)T ¿debe pasar por el origen razónelo?
- Explique brevemente si los resultados obtenidos fueron los esperados y discuta sobre las condiciones experimentales que podrían modificarse para mejorar notablemente los resultados.
- ¿Influirá en los resultados el agregar el calorímetro primero agua caliente y después el agua a temperatura ambiente. en lugar de agua fria posteriormente agua caliente?
- Una vez calibrado el calorímetro ¿en qué experimentos termodinámicos podemos utilizarlo? ¿Los valores de mCp obtenidos serán válidos para cualquier condición experimental?
- ¿Qué otras conclusiones podrían obtener de esta práctica. tanto en el desarrollo experimental como en el teórico?