Determinación del calor de un proceso químico

Instituto de Educación Secundaria
“Ramiro de Maeztu”
C/ Serrano 127
Madrid 28006
Determinación del calor de un proceso químico
Fundamento teórico
Los procesos de disolución de sustancias químicas en agua son
normalmente espontáneos debido al aumento de entropía del proceso de
mezcla. Con respecto al intercambio de calor, suelen ser exotérmicos, aunque
también ocasionalmente podemos encontrar algún proceso endotérmico.
El calor intercambiado en un proceso realizado en un sistema aislado
produce una variación de temperatura de la mezcla
Q = m . ce . ΔT
Objetivo
• Caracterizar los procesos exotérmicos y endotérmicos
• Estimar el calor del proceso de disolución de distintas sustancias
químicas
Material
Calorímetro, urea, disolución patrón de HCl, termómetro
Método
Se realiza el proceso de disolución de urea (a concentración 1 M) y HCl
(a concentración 2 M), midiéndose en el calorímetro la variación de
temperatura producida al concluir el proceso. Repite cada proceso tres veces,
variando la cantidad de soluto
Resultados
• Indica en una tabla la cantidad de soluto, la variación de temperatura
registrada y el calor de disolución de cada sustancia
• Calcula el valor medio del calor de disolución y el error experimental
Cuestiones
• ¿Cómo explicarías que el agua contenida en un botijo se pueda enfriar al
cabo de varias horas?
• ¿Por qué refresca el sudor?.¿Qué diferencias encuentra la gente entre
los climas tropicales y los más secos?
• ¿Te parece adecuado medir el calor de disolución con cantidades
crecientes de soluto?
© Patricio Gómez Lesarri
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Estudio de la velocidad de una reacción química
Fundamento teórico
La velocidad de una reacción química es la medida de la cantidad de sustancia que se
forma en un proceso por unidad de tiempo. Mide la rapidez con la que transcurre dicho
proceso.
La velocidad de una reacción depende de varios factores:
• Temperatura: las reacciones se producen más rápidamente al calentar
• Concentración: la velocidad aumenta al hacerlo la concentración
• Superficie de contacto: la disgregación de un material aumenta su exposición al
reactivo
Objetivo
•
•
Estimar la velocidad de un proceso mediante la medida del tiempo de
conclusión de la reacción
Comprobar la dependencia de la velocidad con la concentración
Material
Erlenmeyer de 250 ml, pipetas, portapipetas, cronómetro, disoluciones de HCl (0,2 M)
y Na2S2O3 (0,25 M)
Método
El tiosulfato de sodio reacciona con ácido clorhídrico, produciendo dióxido de azufre y
azufre coloidal
Na2S2O3 (aq) + HCl (aq) → S (s) + SO2 (g) + H2O + NaCl (aq)
Esta reacción permite la medida relativamente sencilla del tiempo de realización de la
reacción, ya que la disolución transparente se vuelve opaca por la aparición de azufre.
Mezcla 10 ml de disolución de tiosulfato de sodio con 2 ml de HCl 2 M y mide el
tiempo transcurrido entre el inicio de la reacción y el momento en que se deje de
distinguir una marca en el fondo del erlenmeyer. Repite el proceso con la siguiente
batería de ensayos:
Volumen Na2S2O3 (ml)
Volumen H2O (ml)
Volumen HCl (ml)
10
2
8
2
2
6
4
2
4
6
2
2
8
2
Resultados
•
•
Indica en una tabla la cantidad de moles de tiosulfato de sodio, su
concentración, el tiempo de reacción y el inverso del tiempo
Representa el inverso del tiempo con respecto a las concentraciones
© Patricio Gómez Lesarri
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Volumetría ácido-base
Fundamento teórico
Una valoración es una técnica de análisis químico que permite determinar la
concentración de una disolución utilizando otra (patrón) de concentración conocida. La
reacción de neutralización se puede utilizar con finalidad analítica porque es muy
rápida y, al mismo tiempo, cuantitativa. Para calcular la concentración aplicamos:
N.V = N´.V´
y si la reacción es mol a mol: M.V = M´.V´
La normalidad es el número de equivalentes de soluto por litro de disolución.
Se puede calcular como producto de la molaridad por la valencia. ⇒ N = M. valencia
La valencia de un ácido es el número de protones cedidos a la base., que
equivale a la cantidad de protones del ácido. La valencia de una base es el número de
protones captados. En el caso de un hidróxido, equivale al número de iones hidroxilo.
Los indicadores son sustancias que presentan diferente coloración en medio
ácido o básico. El cambio de coloración (viraje) es muy brusco y se produce
normalmente en medio neutro, por lo que se suelen utilizar para detectar el punto de
equivalencia de la reacción, en el han reaccionado por completo ambos reactivos .
Objetivo
•
Valoración de una disolución problema de ácido clorhídrico
Material
Soporte, barra, pinza, cangrejo, bureta, vaso de precipitados (250 ml), agitador
magnético, pipeta (10 ml), portapipeta, disolución de ácido clorhídrico problema,
disolución de hidróxido de sodio 0,1 M, fenolftaleína y papel indicador
Método
Se prepara previamente una disolución 0,1 N de hidróxido de sodio. El
hidróxido de sodio reacciona con el dióxido de carbono atmosférico formando
carbonato de sodio, por los que la disolución debe ser reciente. Esta disolución se
carga en la bureta. Se vierten 10 ml de ácido clorhídrico en el vaso de precipitados
junto a unas gotas de fenolftaleína, que en medio ácido es incolora.
Se mezclan los reactivos, observándose la aparición transitoria de coloración
violeta en las zonas que cambien a medio básico. El punto final se alcanza cuando la
disolución adquiera una coloración violeta definitiva. Realiza la volumetría tres veces
Resultados
•
Determina el volumen medio de base y la concentración de ácido clorhídrico
expresada en molaridad, tanto por cien y en fracción molar
Cuestiones
•
•
•
•
¿Qué diferencias se producirían utilizando otro indicador?
¿Afectará al resultado de la valoración la mayor o menor cantidad de agua añadida
al vaso de precipitados?
Representa la curva de valoración del pH frente al volumen de disolución añadido
¿Qué diferencias existen entre esta valoración y la de un ácido débil frente a una
base débil?
© Patricio Gómez Lesarri
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Volumetría redox: permanganimetría
Objetivo
•
Valoración de una disolución comercial de agua oxigenada
Material
Soporte, barra, pinza, cangrejo, bureta, erlenmeyer (250 ml), agitador
magnético, pipeta (10 ml), permanganato de potasio 0,1 N, agua
oxigenada comercial, ácido sulfúrico 1 M
Método
Las disoluciones comerciales de agua oxigenada suelen contener
un 3 % en peso (30 g/l). Comprobaremos si esta concentración se
corresponde con el resultado de la valoración.
Se prepara previamente una disolución 0,1 N de permanganato
de potasio. La disolución debe filtrarse para eliminar los restos de
dióxido de manganeso, catalizador que produce la reducción a
manganeso (IV). Esta disolución se carga en la bureta
Se vierten 10 ml de agua oxigenada en el vaso de precipitados
junto a 1 ml de ácido sulfúrico, que proporciona el medio ácido fuerte al
medio.
Se mezclan los reactivos, observándose la producción de oxígeno
gaseoso y decoloración del permanganato de potasio añadido debido a
la formación de ión manganeso (II) incoloro.
El punto final se alcanza cuando la disolución adquiera una
coloración definitiva. No se precisa indicador.
Resultados
•
Determina el volumen de oxidante medio y la normalidad y molaridad
de la disolución de peróxido de hidrógeno
Cuestiones
•
•
•
Ajusta la reacción por el método del ión-electrón. ¿Cuáles son los
equivalentes del peróxido de hidrógeno y permanganato de potasio?
Determina la concentración de agua oxigenada expresada en g/l y
volúmenes de oxígeno
Si el medio no es ácido fuerte precipita dióxido de manganeso. Ajusta
la reacción en medio básico mediante el método del ión-electrón
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