TERMOQUÍMICA

FUNDAMENTO DE LA PRÁCTICA

En esta experiencia vamos a medir la cantidad de calor que se absorbe o se desprende en reacciones que tienen lugar en disolución acuosa. Para ello vamos a utilizar un calorímetro que es un vaso aislado térmicamente provisto de una tapadera a través de la cual se inserta un termómetro. La tapadera no cierra herméticamente a fin de que el contenido del vaso esté a presión constante (véase la figura). La cantidad de calor asociada a las reacciones químicas y a los cambios físicos se establece midiendo los cambios de temperatura de la disolución. Realizaremos los siguientes ensayos:
1.- Determinación experimental de la capacidad calorífica (o equivalente calorífico en agua) del calorímetro.
2.- Determinación experimental de la cantidad de calor desprendido en reacciones de neutralización:
        - Neutralización de una disolución acuosa de ácido clorhídrico con otra de hidróxido de sodio.
        - Neutralización de una disolución acuosa de ácido acético con otra de hidróxido de sodio.
        - Neutralización de una disolución acuosa de ácido clorhídrico con otra de amoniaco.
3.- Determinación de la cantidad de calor absorbido al disolver cloruro de amonio sólido en agua.
4.- Finalmente utilizaremos algunos de los datos experimentales obtenidos para calcular, aplicando la ley de Hess, la cantidad de calor absorbida o desprendida en la reacción de descomposición del cloruro de amonio:

NH4Cl(s) → NH3(g) + HCl(g)

MATERIAL Y REACTIVOS

Material
Reactivos
Calorímetro
Termómetro
Placa calefactora
Probeta
2 vasos de precipitados
Hidróxido de sodio (NaOH)ac, 3 M
Ácido clorhídrico (HCl)ac, 3 M
Ácido acético (CH3COOH)ac, 3 M.
Amoniaco (NH3)ac, 3 M
Cloruro de amonio (NH4Cl)s


MÉTODO EXPERIMENTAL
Cuando se lleva a cabo una reacción exotérmica en un calorímetro el calor liberado en la reacción es absorbido parte por el agua (elevándose su temperatura) y parte por las paredes del calorímetro. La cantidad de calor que absorbe el calorímetro se expresa como su capacidad calorífica o equivalente de agua, eqc. Esto se refiere a la cantidad de agua que absorbería la misma cantidad de calor que el calorímetro por el cambio en un grado de temperatura. El equivalente de agua de un calorímetro se determina experimentalmente y su valor es una constante para todos los experimentos efectuados en el calorímetro. 
2.- DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE CALORES DE NEUTRALIZACIÓN. REACCIONES A PRESIÓN CONSTANTE.
Cuando se lleva a cabo una reacción de neutralización en un calorímetro mezclando una disolución de un ácido con otra de una base, el calor liberado en la reacción de neutralización es absorbido por el agua (que aumenta su temperatura) y por las paredes del calorímetro.

2.1.- Reacción de neutralización de un ácido fuerte por una base fuerte

- Medir 50 mL de una disolución de hidróxido de sodio 3M y anotar su temperatura.
- Medir 50 mL de una disolución de ácido clorhídrico 3M y anotar su temperatura.
- Añadir, simultáneamente, ambas disoluciones al calorímetro.
- Cerrar el calorímetro, agitar suavemente y anotar la temperatura a intervalos de 1 minuto, durante cinco minutos, manteniendo la agitación todo el tiempo.
- Realizar la gráfica T/t y extrapolar, el tramo recto, a tiempo cero para determinar To.
- Suponiendo que la densidad de la mezcla de reacción es aproximadamente 1 g/cm3 y que su calor específico se aproxima a 1 cal/g·K, calcular el calor de neutralización (en KJ/mol) para la reacción de neutralización efectuada:
NaOH(ac)  +  HCl(ac)  →  Na+(ac) + Clˉ(ac)  +  H2O(l)        ó          OHˉ(ac) + H+(ac) →  H2O(l)

2.2.- Reacción de neutralización de un ácido débil por una base fuerte.

                        Repetir el proceso del apartado anterior empleando 50 mL de una disolución de hidróxido de sodio 3M y 50 mL de una disolución de ácido acético 3M.
Realizar la gráfica T/t y extrapolar, el tramo recto, a tiempo cero para determinar To. Calcular la entalpía de neutralización en KJ/mol para la reacción efectuada.
NaOH(ac)  +  CH3COOH(ac)  →  CH3COOˉ(ac) +  Na+(ac)  +  H2O(l)

2.3.- Reacción de neutralización de un ácido fuerte  por una base débil.

            Repetir el proceso del apartado anterior empleando 50 mL de una disolución de ácido clorhídrico 3M y 50 mL de una disolución de amoniaco 3M.
Realizar la gráfica T/t y extrapolar, el tramo recto, a tiempo cero para determinar To. Calcular la entalpía de neutralización en KJ/mol para la reacción efectuada.
NH3(ac)  +  HCl(ac)  →  NH4+(ac)  +  Clˉ(ac)

3.- DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL CALOR DE DISOLUCIÓN DEL CLORURO DE AMONIO.
- En una balanza de precisión pesar entre 10 y 11 gramos de NH4Cl sólido, y anotar la masa de la muestra.
- Medir 50 mL de agua destilada, anotar su temperatura y añadirlos al calorímetro.
- Añadir el NH4Cl sólido al calorímetro. Agitar vigorosamente y anotar la temperatura a intervalos de 1 minuto. Comprobar que todo el sólido se ha disuelto antes de realizar la primera medida de temperatura.
- Realizar la gráfica T/t y extrapolar, el tramo recto, a tiempo cero para determinar To.
- Calcular el calor de disolución en KJ/mol,
NH4Cl(s)  +  H2O(l)  →  NH4+(ac)  +  Clˉ(ac)

4.- APLICACIÓN DE LA LEY DE HESS PARA CALCULAR ΔH PARA LA REACCIÓN DE DESCOMPOSICIÓN DEL CLORURO DE AMONIO
NH4Cl(s)      NH3(g)  +  HCl(g)
Datos necesarios:
A1: Valor experimental de ΔH determinado para:           NH3(ac) + HCl(ac) → NH4+(ac) + Clˉ(ac)     (apartado 2.3)
A2: Valor experimental de ΔH determinado para:           NH4Cl(s) + H2O(l) → NH4+(ac) + Clˉ(ac)     (apartado 3)
A3: ΔH3 = -34.640 J/mol, para:                                                   NH3(g) + H2O(l)  →  NH3(ac)
A4: ΔH4 = -75.140 J/mol, para:                                                   HCl(g) + H2O(l)  →  HCl(ac)

A continuación tenemos unos vídeos que nos explican como hallar entalpias de reacción y calores de reacción




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