Informe Laboratorio 2 Quimica 2

QM2-2015-1 Prof. P. Morales Bueno

Aplicación de la ley de Hess

Jordano Rivera Salinas 21 Joan Alcántara Sepulveda 20 Luis Iron Retes Rímac 19

2. Resumen

El tema principal del laboratorio fue la determinación del calor de formación del cloruro de calcio mediante la aplicación de la ley de Hess y con ayuda de la calorimetría, calculando el calor de neutralización de dos reacciones y el calor de disolución de cloruro de calcio. El objetivo fue reforzar lo aprendido en clase sobre la ley de Hess. La sesión consistió en tres experimentos: dos reacciones de neutralización y una disolución. A partir de los datos obtenidos y los datos brindados, usamos la ley de Hess para hallar el calor de formación del cloruro de calcio. Los resultados generales fueron el calor de neutralización del H2SO4(ac) con NaOH(ac) (-26,498 KJ/mol), el calor de neutralización del HCl(ac) con Ca(OH)2 (-47,998 KJ/mol), y el calor de disolución del CaCl2 (-63,66 KJ/mol). Estos resultados obedecen al principio de la calorimetría que dice que el calor liberado más el calor absorbido debe sumar cero. En este experimento aprendimos experimentalmente sobre el equilibrio térmico al que tienden los sistemas termodinámicos, sobre cómo un reactivo limitante influye en los productos de la reacción química, y de cómo se utiliza la calorimetría para calcular calores de formación aplicando la ley de Hess.

3. Introducción

En este experimento se aplicará lo aprendido acerca de la ley de Hess1,2, la cual nos permite calcular mediante la suma de ecuaciones químicas el calor de formación de determinas sustancias u otras variables según sea el caso. Para esta aplicación, realizaremos tres experimentos para obtener datos que nos ayudarán en los cálculos y junto a los datos que nos brinda la guía de laboratorio, obtendremos el calor de formación del cloruro de calcio.

Utilizaremos, en cada uno de los tres experimentos, la relación calorimétrica que nos indica que el calor liberado más el calor absorbido debe sumar cero.3

Qlib+Q|¿|=0¿

En la sesión 1 de laboratorio, calculamos la capacidad calorífica del calorímetro que nos han asignado. En nuestro caso era el calorímetro número: MS-J07051, con una capacidad calorífica de 23,24 J/°C.

En el primer experimento, hicimos una reacción de neutralización entre ácido sulfúrico e hidróxido de sodio. Con ayuda de la calorimetría, calculamos el calor de neutralización de esta reacción. En el segundo experimento también hicimos una reacción de neutralización, pero esta vez entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio. De forma similar, con ayuda de la calorimetría calculamos el calor de neutralización de esta reacción, con la salvedad de que tuvimos que calcular el reactivo limitante para saber exactamente qué cantidad de agua se había producido en la reacción. Finalmente, en el tercer experimento hicimos la disolución de cloruro de calcio. Luego, aplicando la ley de Hess, pudimos hallar aproximadamente el calor de formación del cloruro de calcio. En nuestro caso nos salió -2609,43 KJ/mol.

Los cálculos hechos en el experimento se realizarán cuidando las unidades pertinentes de cada dato de manera que no haya errores por esta parte. Asimismo, utilizaremos todas las cifras decimales en nuestro cálculo (utilizando calculadora científica) y redondearemos únicamente el resultado a cuatro decimales.


4. Objetivos

Los principales objetivos de este laboratorio2 fueron:a. Determinar el calor de neutralización de ácidos fuertes con bases fuertes, realizando

mediciones y aplicando relaciones calorimétricas, así como el concepto de reactivo limitante.

b. Determinar el calor de disolución del cloruro de calcio, aplicando relaciones calorimétricas a presión constante.

c. Comparar los valores obtenidos experimentalmente con los valores teóricos.d. Aplicar de manera efectiva la ley de Hess para calcular el calor de formación del

cloruro de calcio.

Con ayuda de los tres experimentos, y los datos auxiliares que nos brindaba la guía, pudimos aplicar la ley de Hess y calcular el calor de formación de cloruro de calcio. Además, aprendimos a calcular el reactivo limitante en una reacción química experimental, en nuestro caso, el experimento número dos.

5. Método

Los materiales que empleamos en el laboratorio fueron: Probeta Calorímetro Termómetro del calorímetro Cronómetro Balanza de precisión

Los insumos que empleamos en el laboratorio fueron: Agua destilada a temperatura ambiente Ácido sulfúrico a concentración 0,1 molar. Hidróxido de sodio a concentración 0,2 molar. Ácido clorhídrico a concentración 1,2 molar. Hidróxido de calcio. Cloruro de calcio.

Experimento 1: Neutralización del ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio:

a) Limpiamos el calorímetro y verificamos que su termómetro esté completamente seco.b) Colocamos 50 mililitros de ácido sulfúrico H2S04 0,1 M. en el calorímetro con ayuda

de la probeta y registramos su temperatura con ayuda del termómetro del calorímetro.c) Añadimos 50 mililitros de hidróxido de sodio NaOH 0,2 M. con ayuda de una probeta

limpia al interior del calorímetro.d) Tapamos el calorímetro rápidamente y agitamos.e) Registramos la temperatura cada 10 segundos.f) Identificamos la temperatura máxima alcanzada por la reacción.

Con los datos registrados, obtuvimos el calor de neutralización de la reacción. En este caso, no hubo reactivo limitante.

Experimento 2: Neutralización del ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio:

a) Limpiamos el calorímetro y verificamos que su termómetro esté completamente seco.b) Colocamos 100 mililitros de ácido clorhídrico HCl 1,2 M. en el calorímetro con ayuda

de una probeta limpia y registramos su temperatura.c) Pesamos 3,7 g. de hidróxido de calcio Ca(OH)2 en la balanza de precisión.d) Rápida y cuidadosamente, echamos los 3,7 g. de hidróxido de calcio al calorímetro,

luego lo tapamos y agitamos.e) Registramos la temperatura cada 10 segundos.f) Identificamos la temperatura máxima alcanzada por la reacción.


Con los datos registrados, obtuvimos el calor de neutralización de la reacción. En este caso, sí hubo reactivo limitante, el hidróxido de calcio.

Experimento 3: Disolución del cloruro de calcio:

a) Limpiamos el calorímetro y verificamos que su termómetro esté completamente seco.b) Pesamos 4 g. de cloruro de calcio CaCl2(s) en la balanza de precisión.c) Colocamos 100 mililitros de agua destilada en el calorímetro con ayuda de una probeta

limpia y registramos su temperatura.d) Vertimos los 4 g. de cloruro de calcio al calorímetro, luego lo tapamos y agitamos.e) Registramos la temperatura cada 10 segundos.f) Identificamos la temperatura máxima alcanzada por la reacción.

Con los datos registrados, obtuvimos el calor de disolución de la mezcla.

6. Resultados

Como resultado de los experimentos, hemos podido obtener tres datos importantes. En primer lugar, obtuvimos el calor de neutralización del ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio en el experimento 1. En segundo lugar, obtuvimos el calor de neutralización del ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio en el experimento 2. En tercer lugar, pudimos calcular el calor de disolución del cloruro de calcio. De estos tres datos, los dos últimos nos sirvieron para hallar el calor de formación del cloruro de calcio mediante la aplicación de la ley de Hess.

Del primer experimento, calculamos el calor de neutralización entre el ácido sulfúrico y el hidróxido de sodio. En la tabla siguiente podemos ver el registro de los datos.

Registro de datos del experimento 1:

Dato Tipo de dato Registro Unidades Dado/ObtenidoTemperatura inicial del ácido sulfúrico en el calorímetro

Cuantitativo 25,2 °C Obtenido

Volumen de ácido sulfúrico acuoso

Cuantitativo 50 mL Dado

Volumen del hidróxido de sodio acuoso


Temperatura máxima alcanzada en la reacción


Calor específico del agua

Cuantitativo 4,184 J/g°C Dado

Calor de neutralización de la reacción

Cuantitativo -26,498 KJ/mol Obtenido

*Se observa que el calor de neutralización salió negativo, es decir, se libera calor. La reacción es exotérmica.

A continuación, se presenta un gráfico con el detalle de las temperaturas alcanzadas en la reacción.


0 10 20 30 40 50 6024.8

25

25.2

25.4

25.6

25.8

26

25.2

25.4

25.725.8

25.7 25.7 25.7

Temperaturas de la reacción

Temperaturas de la reacción Linear (Temperaturas de la reacción)

Tiempo (s)

Tem

pera

tura

en

°C

*Según el gráfico, se observa que la temperatura máxima alcanzada por la reacción fue de 25,8 grados centígrados.

Del segundo experimento, calculamos el calor de neutralización entre el ácido clorhídrico y el hidróxido de calcio. En la tabla siguiente podemos ver el registro de los datos.


Dato Tipo de dato Registro Unidades Dado/ObtenidoTemperatura inicial del ácido clorhídrico en el calorímetro


Volumen de ácido clorhídrico acuoso


Masa del hidróxido de calcio

Cuantitativo 3,7 g Dado

Temperatura máxima alcanzada en la reacción




Calor de neutralización de la reacción


*Se observa que el calor de neutralización salió negativo, es decir, se libera calor. La reacción es exotérmica.

A continuación, se presenta un gráfico con el detalle de las temperaturas alcanzadas en la reacción del segundo experimento.


0 10 20 30 40 50 60202224262830323436

24.6

31.9

34.4 35 35.1 35.1 35



Tiempo (s)

Tem

pera

tura

en

°C

*Según el gráfico, se observa que la temperatura máxima alcanzada por la reacción fue de 35,1 grados centígrados.

Cabe señalar que en el segundo experimento, calculamos que el hidróxido de calcio era el reactivo limitante en nuestra reacción de neutralización. Este determinaba la cantidad de agua que se formaba. Por cada 50 m-mol de hidróxido de calcio se producían 10 m-mol de agua.

En el tercer experimento, calculamos el calor de disolución del cloruro de calcio. En la tabla siguiente podemos ver el registro de los datos.


Dato Tipo de dato Registro Unidades Dado/ObtenidoTemperatura inicial del agua destilada en el calorímetro


Volumen de agua destilada


Masa del cloruro de calcio

Cuantitativo 4 g Dado

Temperatura máxima alcanzada en la mezcla




Calor de disolución de la mezcla


*Se observa que el calor de disolución salió negativo, es decir, se libera calor. La disolución es exotérmica.

A continuación, se presenta un gráfico con el detalle de las temperaturas alcanzadas en la disolución del tercer experimento.


0 10 20 30 40 50 6023

24

25

26

27

28

29

30

24.5

28.829.2 29.4 29.4 29.5 29.5



Tiempo (s)

Tem

pera

tura

en

°C

*Según el gráfico, se observa que la temperatura máxima alcanzada por la disolución fue de 29,5 grados centígrados.

Finalmente, utilizamos los datos hallados en el experimento 2 y 3 para hallar el calor de formación del cloruro de calcio aplicando la ley de Hess. Nos dimos cuenta que el dato del experimento 1 no era de utilidad para la aplicación de la ley de Hess. El resultado final para el calor de formación del cloruro de calcio fue de -2609,43 KJ/mol.

7. Discusión

La capacidad calorífica del calorímetro que nos han asignado tiene un valor de 23,24 J/°C. Esto significa que se requieren 23,24 Joules de energía para elevar en un grado centígrado la temperatura del calorímetro. El calor de neutralización del H2SO4(ac) con NaOH(ac) que hemos hallado tiene un valor de -26,49 KJ/mol. Esto significa que se liberan 26,49 kilojoules de energía por cada mol de H2O (agua). También calculamos el calor de neutralización del ácido clorhídrico (HCl(ac)) con Ca(OH)2 en estado sólido, obteniendo un valor de -47,99 kilojoules. Esto significa que se liberan 47,99 kilojoules de energía por cada mol de H2O (agua). Además determinamos el calor de disolución, calor generado o absorbido cuando cierta cantidad de soluto que se disuelve en cierta cantidad de disolvente, del CaCl2(sólido) en agua (H2O). En este caso el calor liberado nos resultó -63,66 KJ/mol. Finalmente, con la ayuda de los resultados experimentales obtenidos en las partes 2 (neutralización entre el ácido clorhídrico e hidróxido de calcio) y 3 (determinación del calor de disolución del cloruro de calcio) determinamos cuál es el calor de formación del cloruro de calcio (CaCl2), aplicando la Ley de Hess.

Pudimos contestar las preguntas que se plantearon en cada proceso. Por ejemplo, sí existía reactivo limitante en la reacción del experimento 2. En respuesta a la pregunta ¿en qué consistía una reacción de neutralización?, podemos decir que se trata de una reacción entre un ácido fuerte y una base fuerte. Gracias a la previa explicación general del JP, pudimos llevar a cabo un laboratorio comprensible y tranquilo, ya que siempre se había practicado las reacciones en hoja y papel pero no en físico. Esto es algo que nos ayuda a entender que las cosas que se realizan en físico.

Comparamos nuestro resultado final del calor de formación del cloruro de calcio con otros dos grupos. A ambos les salió un valor parecido al nuestro, es decir cercano a los -2609,43 KJ/mol que nos salió aplicando la ley de Hess. Intuimos que esta diferencia se debe principalmente a que los calorímetros utilizados para realizar las mediciones fueron de diferente capacidad calorífica, y a las otras posibles fuentes de error.

Entre las fuentes de error que pudimos notar se encuentran: La fluctuación en la medición del termómetro, la medición exacta del agua utilizada en el experimento, ya que no se vierten al 100% dado que se queda una diminuta cantidad de sustancia en la probeta. El tiempo entre los hechos como el cerrar el calorímetro rápidamente luego de echar los solutos y los solventes


provocan una leve pérdida de calor que no entra en la medición. Además que los valores reales son calculados por químicos entrenados con herramientas de medición mucho más exactas. Por ello es que los valores que obtenemos son cercanos a ellos. Sin embargo, sabemos que somos capaces de obtener esos valores aproximadamente.

En este sentido, se recomienda para mejorar el experimento, utilizar guantes en la manipulación de los insumos involucrados en la reacción para realizar las reacciones de forma más efectiva y con mayor seguridad.

8. Conclusión

Nuestra comprensión de los temas vistos en clase sobre termodinámica y calorimetría mejoró una vez más. Pero en esta oportunidad determinando del calor de neutralización y de disolución. Pudimos utilizar en esta experiencia al mismo calorímetro del primer laboratorio pero en esta oportunidad para determinar el calor en dos reacciones y una disolución. Además, pudimos familiarizarnos mejor con las ecuaciones calorimétricas que vimos en la clase al realizar los cálculos para la obtención de calor de neutralización y disolución. Previo al laboratorio no teníamos bien en claro cuáles son los conceptos de calor de neutralización, qué es una base, qué es un ácido y el estado en el que se presentan. Sin embargo, aclaramos nuestras dudas con el JP. Aprendimos que la higiene en los materiales es algo indispensable que podría traer consecuencias a la hora de realizar los experimentos y hasta podría ser una causante de alguna fuente de error. Por ejemplo, el calorímetro, debe estar completamente limpio y seco ya que en él se pondrán los reactivos y se evaluará la reacción. También aprendimos que hay que trabajar en equipo, por ejemplo, al tener que echar los 3,7 g de Ca(OH)2 100 ml. de HCl (segunda reacción), cerrar el calorímetro, agitar el contenido dentro del calorímetro con el agitador especial y a la vez medir la temperatura. Como podemos observar, no es nada sencillo hacerlo por una persona y todo sincronizado.

En cuanto al análisis de datos, nos pareció de utilidad destacar que los datos que manejábamos eran cuantitativos, hecho que nos facilitaba realizar los cálculos. En este sentido, nos pareció que la mejor manera de presentar los datos involucrados en el experimento fue a través de las tablas mostradas anteriormente. Además, intensificamos nuestro lenguaje científico al elaborar el presente informe de laboratorio.

Por otra parte, nos pareció interesante la utilización de la ley de Hess para determinar cuál es el calor de formación del CaCl2, ya que, es uno de los métodos más exactos o de mayor confianza con el que se cuenta para obtener estas variaciones de calor. Recordamos el tema de Soluciones que vimos en Química 1. Observamos el importante papel que toma en Química 2, ya que gracias a la molaridad de la sustancia, es que podemos saber cuánta sustancia de reactante estamos usando y así determinar el reactivo limitante. Recalcar que el uso de tablas para ir marcando las temperaturas de reacción cada 10 segundo o para ir ordenando datos es de vital importancia dado a que nos facilita realizar los cálculos. En este sentido, esperamos que en el siguiente laboratorio podamos ser mucho más organizados, acelerar los experimentos sin dejar de lado la calidad de ello y por último que lo aprendido en laboratorio no solo quede en él sino que nos sirva como experiencia para la vida.

9. Referencias

1. M. Olmo Nave. Ley de Hess. Recuperado el 27 de abril del 2015, de: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/hess.html

2. Prof. Patricia Morales Bueno. (2015). Manual de laboratorio 2: Aplicación de la ley de Hess.

3. Academia César Vallejo (2007). Reacciones químicas y equilibrio químico. En Química, análisis de principios y aplicaciones.

Informe Laboratorio 2 Quimica 2

Documents

Transcript of Informe Laboratorio 2 Quimica 2