Laboratorio #3
Calor de
Neutralización Método calorimétrico
I.
Objetivos
·
Relacionar aspectos termodinámicos en la
neutralización de una acido fuerte con una base fuerte.
·
Determinar la cantidad de calor que
interviene en la neutralización de un acido fuerte con una base fuerte.
II.
Resumen
Uno de los
principales objetivos de esta experiencia era medir el aumento de temperatura
en una reacción de neutralización entre una solución diluida de un acido fuerte
y una solución diluida de una base fuerte. A partir del cálculo del número de
moles a utilizar, del aumento de temperatura observado y el uso de del
calorímetro dewar, cuyo calor especifico determinado previamente fue de 467.5;
se determino el calor de neutralización de la reacción, obteniendo un valor de 12856.35 muy próximo al valor teórico que equivale a 13.700
Kcal/mol.
III.
Introducción
Cuando
un ácido reacción con una base, se libera una considerable cantidad de calor.
La reacción química entre soluciones acuosas diluidas entre un acido fuerte y
una base fuerte se conoce como reacción de neutralización.
La
medida del calor de neutralización, se hace a partir de los valores de entalpia
de formación de H2O a partir de iones H3O y OH. Por lo
que el calor de neutralización se entiende como el calor generado cuando un
acido reacciona con una base para producir agua.
Cuando
una solución diluida de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de
base fuerte, el calor de neutralización que se produce por mol de agua es
constante e independiente de la naturaleza de la sustancia como de su
concentración. (2)
Las reacciones de neutralización como HNO3
+ KOH → KNO3 + H2O y
HCl + NaOH →NaCl +H2O y otras
reacciones de solución acuosa entre ácidos fuertes y bases fuertes son
exotérmicas. Esto se debe a que la solución acuosa es suficientemente diluida
como para que la disolución adicional no produzca efectos térmicos; ya que los
acido y bases en solución acuosa están disociados, por lo que el calor de
neutralización en todos los casos es H+(ac) +
OH⁻(ac) =
H2O(l) ΔH 298 k=
13.700 Kcal/mol.
IV. Materiales y Reactivos
REACTIVOS
Nombre
|
Toxicidad
|
Como
manejarlo
|
En
caso de emergencia
|
Ácido
clorhídrico
|
Inhalación: dificultad para respirar,
tos e inflamación y ulceración de nariz, tráquea y laringe. Exposiciones
severas causan espasmo de la laringe y edema en los pulmones y cuerdas
vocales.
Contacto con ojos:
irritación, puede causar quemaduras, reducir la visión o la pérdida total de
ésta.
Contacto con la piel:
causa quemaduras serias, dermatitis y fotosensibilización.
|
Utilizar
lentes de seguridad. No deben usarse lentes de contacto cuando se utilice
este producto.
Al trasvasar pequeñas cantidades con pipeta,
siempre utilizar propipetas, nunca aspirar
con la boca.
|
Inhalación: mover al afectado al aire
fresco. Si no respira, dar respiración artificial y mantenerlo caliente y en
reposo, no dar a ingerir nada. Si está consciente, suministrar oxígeno, si es
posible, y mantenerlo sentado.
Ojos: lavar inmediatamente con
agua corriente
Piel: lavar inmediatamente la
zona dañada con agua en abundancia.
Ingestión: no provocar vómito. En
caso de que la víctima esté inconsciente, dar respiración artificial y
mantenerla en reposo y caliente. Si está consciente dar a beber un poco de agua continuamente.
|
Hidróxido
de sodio
|
Inhalación:
la inhalación de polvo o neblina causa irritación y daño del tracto
respiratorio. En caso de exposición a concentraciones altas, se presenta
ulceración nasal.
|
Necesario
el uso de lentes de seguridad, en el caso de trasvasar pequeñas cantidades de
disoluciones de sosa con pipeta, utilizar una propipeta, nunca aspirar con la
boca
|
Inhalación:
retirar del área de exposición hacia una bien ventilada. Si esta
inconsciente, no dar a beber nada, dar RCP. Si esta consiente, levantarlo o sentarlo lentamente,
suministrar oxígeno, si es necesario.
Ojos:
lavar con abundante agua corriente
Piel:
quitar la ropa contaminada inmediatamente. Lavar el área afectada con
abundante agua corriente.
En
todos los casos de exposición, el paciente debe ser transportado al hospital.
|
Discusión
En esta experiencia se tenía por objetivo relacionar
aspectos termodinámicos en la neutralización de un acido fuerte con una base
fuerte. En la experiencia anterior se había determinado el calor específico del
calorímetro dewar con soluciones de agua a temperatura ambiente, que se
emplearía para determinar el calor de
neutralización de la reacción de soluciones de acido y base, este valor fue de
467.5, por lo que se asumió que el sistema era adiabático.
En la primera etapa de este nuevo ensayo se
prepararon las soluciones diluidas de NaOH (base fuerte) y de HCl (acido fuerte),
para mezclar en el calorímetro. Para determinar el calor producido en la mezcla
de estas soluciones acuosas se realizaron dos pruebas, empleando 200 ml de NaOH
y 50 ml de HCl. En la primera prueba hubo un cambio de temperatura de 1ºC, este
efecto térmico observado es la suma de las entalpias de ionización y neutralización
a presión constante; a partir de este cambio se obtuvo para el calor de
neutralización un valor de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7%
respecto al valor teórico de 13,700. Mientras en la segunda prueba el cambio
térmico observado fue de 1,1 ºC permitiendo que el valor del calor de
neutralización fuese de 12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico,
con un porcentaje de error de 6,16%.
Cuando ocurre un cambio químico, existe un
intercambio definido de calor, de acuerdo a la segunda ley de la termodinámica
el valor encontrado para este calor de reacción es independiente del camino
seguido para realizarla. Las reacciones que ocurren durante un proceso pueden
ser endotérmicas, si absorben calor, o exotérmicas, si desprenden calor. Los
cambios endotérmicos se expresan con signo positivo, y los cambios exotérmicos
con signo negativo.
Teniendo en cuenta que cuando una solución diluida
de acido fuerte se neutraliza con una solución diluida de base fuerte, el calor
de neutralización que se produce por mol de agua es constante e independiente
de la naturaleza de la sustancia como de su concentración.
Desde este punto de vista, una solución diluida de
HCl consiste solamente en iones H+ y Cl- en solución
acuosa; y similarmente, una solución diluida de NaOH consiste en iones Na+
e OH- en solución acuosa. Después de la neutralización, la solución
restante contiene solamente iones Na+ y Cl-. Por lo que
la reacción puede ser interpretada como iónica de la siguiente manera: Na+(ac) +
OH-(ac) + H+ (ac) + Cl-(ac)
→ Na+(ac) + Cl-(ac) + H2O
(l), cancelando los términos comunes se obtiene: OH-(ac)
+ H+(ac) → H2O (l) ΔH 25°C = -13680 cal. Observándose una reacción
exotérmica, donde se libera calor.
Analizando los dos valores del calor de neutralización
obtenidos en esta experiencia , usando los mismo volúmenes y concentraciones,
una vez ocurrida la ionización de los solutos se observo la suma de las
entalpias de ionización y neutralización, se puede decir que estas variaciones
obtenidas responden a dificultades cuando se retiro la primera mezcla para
luego colocar una mezcla nueva, también el destapar el calorímetro permitió que
la temperatura de este no se mantuviese constante ya que perdida calor. Por lo
que en este caso el calor de neutralización depende de la temperatura. También
una inadecuada agitación de la mezcla pudo influir al no mantener la homogeneidad
en la mezcla.
Conclusiones
El primer objetivo de esta experiencia era
relacionar los aspectos termodinámicos de un acido fuerte con una base fuerte,
mediante la mezcla de una solución diluida de acido fuerte con una solución diluida
de base fuerte se comprobó que la variaciones en los procesos de neutralización
el calor producido para formar un mol de agua, no dependen de la naturaleza de
la sustancia ni la concentración, en este caso dependía de la temperatura
liberada, influenciada por perdida de calor en el calorímetro durante el
proceso de mezcla del acido con la base.
En la determinación de la cantidad de calor que se
produce en reacciones de neutralización de ácidos fuertes y bases fuertes, este
debe ser constante, 13,700 cal/mol y en todas las reacciones es un proceso
exotérmico, ya que tanto los ácidos como
las bases fuertes están completamente disociados en sus respectivos iones
cuando se están en solución acuosa suficientemente diluida. Para esta
experiencia los valores de calor de neutralización se aproximaron a valor
teórico, siendo estos de 11688, teniendo un porcentaje de error de 14,7% y de
12856.35; siendo mucho más alto y próximo al valor teórico, con un porcentaje
de error de 6,16%.
Bibliografía
1.
Acuña,
M. Buenas tareas. Disponible en: http://www.buenastareas.com/ensayos/lab-de-fisicoquimica/2051025.html
2. Anónimo.scribd.disponible en: http://es.scribd.com/doc/4990297/CALOR-DE-NEUTRALIZACION-fisicoquimica-1VISITEN-MI-BLOG-ALLI-ESTOY-SUBIENDO-NUEVOS-ARCHIVOS-httpquimicofiqblogspotcom
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