Calorimetría: Determinación de propiedades térmicas, Monografías, Ensayos de Ingeniería Química

¡Descarga Calorimetría: Determinación de propiedades térmicas y más Monografías, Ensayos en PDF de Ingeniería Química solo en Docsity! CALORIMETRIA 1 OBJETIVO GENERAL  Comprobar la ley de conservación de la energía, en sistemas sin reacción química. 1.1 OBJETIVOS ESPECIFICOS  Determinar la capacidad calorífica del calorímetro.  Determinar el calor latente de fusión del agua.  Calcular teórica y experimentalmente el calor absorbido o liberado en una mezcla.  Determinar experimentalmente la temperatura de equilibrio de una mezcla.  Determinar experimentalmente el calor específico de un cuerpo desconocido. 2 FUNDAMENTO TEORICO 2.1. Calor El calor es la transferencia de energía a través de la frontera de un sistema debida a una diferencia de temperaturas. 2.2 Capacidad calorífica y calor específico La capacidad calorífica es una propiedad del sistema en su conjunto y depende de las propiedades de todas las partes del sistema. Además, como se ha indicado, no tiene el mismo valor para un proceso a presión constante que para uno a volumen constante. La unidad de la capacidad calorífica es la de una energía dividida por una temperatura, en el SI se mide en J/K (aunque aún existen tablas donde aparece en cal/°C). En el caso de una sustancia pura (agua, o un gas ideal, o incluso una mezcla de gases como el aire), la capacidad calorífica es una propiedad extensiva, proporcional a la cantidad de sustancia. A partir de ella se define una propiedad específica: la capacidad calorífica por unidad de masa, más conocida como calor específico C e= C m 2.3 Calor Sensible Cuando el calor agregado o eliminado de una sustancia provoca un cambio de temperatura en el mismo, a este calor se le llama calor sensible 2.4 Calor Latente El calor latente es aquel calor que, agregado o eliminado de una sustancia, provoca un cambio de estado en el mismo, de sólido a líquido, de líquido a gaseoso, de sólido a gaseoso, etc. este calor al contrario que el calor sensible, no provoca un cambio de temperatura. 2.5 Determinación de la Capacidad Calorífica El capítulo de la química que estudia los cambios energéticos que acompañan a una reacción química se denomina Termoquímica. Las reacciones químicas van acompañadas de transferencia de energía, que puede manifestarse en forma de calor absorbido (reacción endotérmica) ó calor desprendido (reacción exotérmica) Reactivos→Productos ∆H=+¿−Calor Cuando una reacción se lleva a cabo a presión constante, los cambios de calor que ocurren se denominan entalpía (H). La Entalpía de reacción se expresa normalmente en unidades de Calorías/mol ya sea de reactivo ó producto Por convención se establece que la entalpía es de Signo negativo para procesos exotérmicos. La medida del calor intercambiado durante un proceso se realiza mediante un calorímetro que básicamente es un dispositivo aislado con una cámara de reacción rodeada de agua donde se detectan los cambios de temperatura con ayuda de un termómetro y a través de estas medidas medir la cantidad de calor intercambiado. El calor desarrollado por reacción u otro proceso físico Qp en la cámara de reacción que se halla inicialmente a una temperatura T1, actúa de tal modo que la temperatura final del calorímetro cambia hasta T2. Por el principio de conservación de la energía se puede expresar: Calor cedido por reacción u otro proceso físico = Calor ganado por el calorímetro El calor ganado por el calorímetro es: Q g=ma ceagua (T 2−T 1 )+mcce cal (T2−T1 ) Donde: ma es la masa del agua que rodea al erlenmeyer ce agua es el calor específico del agua mc es la masa de los componentes del calorímetro (vaso de precipitados, termómetro, agitador, etc.) ce cal es el calor específico promedio de los componentes del calorímetro. • Después que se ha alcanzado el equilibrio térmico, registre la temperatura de equilibrio T2. • Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de agua introducida por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío. 4.3 Determinación del calor de fusión del hielo • Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la temperatura T1. • Añada al matraz erlenmeyer lavado y seco varios cubos de hielo y permita que estos se fundan. • En el momento en que el último trozo de hielo haya fundido, registre la temperatura del agua que rodea al matraz T2. • Retire el matraz erlenmeyer y determine la masa de hielo por diferencia de peso entre el matraz lleno y el matraz vacío. 4.4 Determinación del calor especifico de un metal • Caliente el cuerpo cilíndrico de metal en el horno eléctrico hasta una temperatura alta (T2 = 120 °C) desde el inicio de la sesión de laboratorio. • Tome dato la temperatura del cuerpo cilíndrico de metal (Temperatura del horno eléctrico T2). • Mida 500 g de agua potable en el vaso de precipitados de 600 ml. • Determine la temperatura inicial del agua T1. • Introduzca cuidadosamente el cuerpo cilíndrico en el agua del vaso de precipitados. • Espere a que se alcance el equilibrio térmico. • Determine la temperatura de equilibrio. • Determine la densidad del cuerpo cilíndrico. 4.5 Determinación de la temperatura de equilibrio de una mezcla • Mida 250 g de agua en el vaso de precipitados. • Caliente el agua del vaso con la hornilla hasta una temperatura entre 50 y 60 ºC. • Determine la temperatura del agua • Mida 100 g de agua en el vaso de precipitados a temperatura ambiente • Determine la temperatura del agua a temperatura ambiente. • Mezcle ambas muestras de agua y determine la temperatura de equilibrio con el termómetro. Mezcle ambas muestras de agua y determine la temperatura de equilibrio con el termómetro. 5 Datos Experimentales 5.1 Cálculos A) CALORIMETRO Datos T eq=22.8° C TH 2Ocaliente=88,6 ° C mH 2Ocaliente=50 g mH 2O=180,7g mcalorimetro=888,9g T 0=9,3 ° C Q ganado=−Qperdido mgC e g∆T=−m pCe p∆T mcalCe cal (T eq−T 0 )+mH2OC e H 2O (T eq−T 0 )=−mH 2O calienteC e H 2O caliente (T eq−TH 2O caliente) C ecal= −mH 2OcalienteC e H 2Ocaliente (T eq−TH 2Ocaliente )−mH 2O C e H 2O (Teq−T 0 ) mcal (T eq−T 0 ) C ecal= −50 g∗1 cal g °C ∗(22.8−88,6 ) °C−180,7 g∗1 cal g° C ∗(22.8−9,3 )° C 889,3g∗(22.8−9,3 ) °C C ecal=0,0709 cal g °C B) CALOR DE FUSION →CALOR LATENTE Datos THIELO=0 ° C T 0=13,4 ° C T eq=10,3 ° C mH 2O=200,2g mcalorimetro=888,9g mHIELO=19,67 g Q ganado=−Qperdido QhiELO=−QCALORIMETRO mHIELO∆h=−mcalC e cal (T eq−T 0 )−mH2OC e H 2O (T eq−T 0 ) ∆ h= −(mcalC ecal+mH 2OC e H 2O) (T eq−T0 ) mHIELO ∆ h= −(888,9g∗0,0709 cal g °C +200,2 g∗1cal g °C )(10,3−16.2 )° C 19,67 g ∆ h=78,953 cal g C) CALOR ESPECIFICO DE UN METAL CILINDRO PEQUEÑO mMETAL=27,07g T 0METAL=62 °C T eq=13.9 ° C T 0=11,9 °C Q ganado=−Qperdido QCALORIMETRO=−QMETAL mcalCe cal (T eq−T 0 )=mMETALC eMETAL (T 0METAL−Teq ) C eMETAL= mcalC e cal (T eq−T 0) mMETAL (T 0METAL−T eq ) C eMETAL= 888,9g∗0,0709 cal g ° C (13.9−11.9 ) °C 27.07 g (62−13.9 )° C C eMETAL=0,0968 cal g °C CILINDRO GRANDE mMETAL=506.7 g T 0METAL=82.6 ° C T eq=21.5°C T 0=11.9 °C Q ganado=−Qperdido QCALORIMETRO=−QMETAL mcalCe cal (T eq−T 0 )=mMETALC eMETAL (T 0METAL−Teq ) C eMETAL= mcalC e cal (T eq−T 0) mMETAL (T 0METAL−T eq ) C eMETAL= 888,9g∗0,0709 cal g ° C (21.5−11.9 ) °C 506.7 g (82.6−21.5 ) °C C eMETAL=0,0195 cal g °C D) TEMPERATURA DE EQUILIBRIO DE UNA MEZCLA mH 2Ocaliente=200 g