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CALOR de REACCIÓN
INTRODUCCIÓN
Una gran cantidad
de
las
industrias químicas utilizan ampliamente la transferencia de calor en sus
procesos. Si bien es cierto que la Termoquímica
establece las bases teóricas del manejo del calor como una forma de la energía
en las reacciones químicas,
desde el punto de vista experimental,
la
calorimetría
nos permite saber
calor como una forma de la energía
absorbida o desprendida
está presente en una reacción, lo cual resulta de particular
importancia. Determinar esta
energía absorbida o desprendida en una reacción es
posible
bajo dos condiciones termodinámicas; ya sea a presión constante, o a volumen constante.
Para determinar en un calorímetro, la
energía absorbida o desprendida de una reacción
como es el caso particular del calor de descomposición del peróxido de
hidrógeno, es conveniente primero que todo, plantear una ecuación del balance
general de calor en el sistema.
(1)
En esta ecuación es necesario distinguir, quién gana
energía en el sistema y quién la cede. En un caso
general que nos planteara cualquier proyecto experimental, "la reacción de
descomposición", sería de la forma:
AB (ac)
A
(ac) + B (ac) + Q descomposición (2)
notamos que al descomponerse el compuesto
AB; es esta reacción la que cede el calor, y
por lo tanto la ecuación (1)
se transforma en:
(3)
ahora, si analizamos "Qganado"
éste debe corresponder a la cantidad de calor que absorbe el
calorímetro y el agua contenida en donde se agrega "AB",
para realizar la reacción de descomposición, por lo tanto tenemos que.
 (4)
Si el proceso se realiza a "P
= cte." entonces:
 (5)
por lo tanto:
 (6)
Aquí los valores de "m
Cp" podemos definirlos como la constante del calorímetro, que es
la cantidad de calor que absorbe el calorímetro, cuando se incrementa la
temperatura (ΔT).
El término siguiente corresponde al calor que absorbe el agua cuando se
incrementa la temperatura de la misma. Por lo
tanto la ecuación (4) se transforma en la ecuación
(6), y que nos permite determinar el calor de la reacción
de descomposición del compuesto "AB".
OBJETIVO
El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento
es que el alumno determine experimentalmente
la entalpía de descomposición de una sustancia en medio
acuoso, así como el porcentaje de error del valor experimental.
Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación de la termodinámica denominada calorimetría y a través de ella
familiarizar al estudiante con la determinación experimental de
los cambios energéticos y la forma de cuantificarlos.
Empleando para este fin un calorímetro construido por ellos mismos y llevando a
cabo algunas reacciones sencillas que le permitan al estudiante determinar los
cambios de la entalpía de un sistema.
JUSTIFICACIÓN
Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los
conocimientos adquiridos en química en la parte correspondiente a calorimetría,
para servir como un antecedente en la fisicoquímica, en lo referente a
termoquímica. A la obtención de series de valores reales obtenidos
experimentalmente para su aplicación en las ecuaciones del
calor. De igual forma se pretende que el alumno sea capaz de utilizar las
gráficas obtenidas y determinar dicho fenómeno real empleado para tal fin.
PROYECTO EXPERIMENTAL
Determinación
del Calor de descomposición del peróxido de hidrógeno en solución acuosa a
partir de
la reacción:
H2O2 (ac)
H2O
(liq) + 1/2 O2 (gas)↑
+ Q descomposición
en presencia de
MnO2 como catalizador.
El diseño de experimento que debes realizar, considera, al
menos, los siguientes puntos (ver también la sección "Cómo
elaborar
un
Proyecto
de
Investigación", del portal):
-
Realice una introducción acerca del tópico
de calorimetría, "Calor de reacción de descomposición" y aplíquela al caso de estudio de este experimento.
-
Haga una breve exposición acerca de qué va a medir y como lo hará.
-
Infórmese de los detalles del arreglo experimental, explique la función de
cada una de sus partes y presente un esquema detallado del armado de éste.
Presente un listado del material que se requiere en la sesión experimental.
-
Calcule la preparación de las soluciones requeridas y explique como las
preparará durante la sesión experimental.
-
Analice y discuta la ecuación para calcular el calor de
la reacción (ecuación del balance de calor). ¿Por qué se utiliza esta?
-
Encuentre la información de los calores específicos
de las especies que participan en la reacción.
-
Adelante el tratamiento y las ecuaciones que le permitirán desarrollar el
análisis de datos.
DISEÑO EXPERIMENTAL
MATERIALES REACTIVOS
|
Vidrios de reloj |
Peróxido de hidrógeno
H2O2 |
|
Buretas |
Permanganato de potasio KMnO4
|
|
Soporte universal |
Dióxido de manganeso
MnO2
|
|
Pinzas para buretas |
Agua H2O |
|
Vasos de precipitados |
Ácido sulfúrico H2SO4 |
|
Termómetros |
Oxalato de sodio Na2C2O4 |
|
Matraces erlenmeyer |
|
|
Placa de agitación y
calentamiento |
|
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Pipetas graduadas |
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Pipeta volumétrica
Papel filtro wattman no. 42
Embudos de tallo corto
Anillo de fierro |
|
METODOLOGÍA:
- Preparar una solución de peróxido de hidrógeno
(H2O2) 0.2
N.
- El material debe estar limpio y seco.
- Preparar una solución de permanganato de potasio (KMnO4)
0.1N. ESTA SOLUCIÓN
DEBE SER PREPARADA
AL MOMENTO DE HACER
LA DETERMINACIÓN.
- Titular cinco alícuotas de permanganato de potasio
(KMnO4)
con oxalato de sodio (Na2C2O4)
para determinar la concentración exacta.
- Titular cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno
(H2O2)
con permanganato de potasio (KMnO4)
para determinar la concentración exacta
- Agregar 75 mL. de peróxido de hidrógeno
(H2O2)
sabiendo su concentración exacta dentro del calorímetro.
- Determinar la temperatura del sistema hasta lograr el
equilibrio térmico, y graficar los datos, esta línea se determinará con
datos de temperatura de aproximadamente diez minutos.
|
Comente con
su profesor acerca del las medidas de seguridad que deberá
observar durante el experimento. |
Varios son los factores que afectan la estabilidad y
concentración de las soluciones ...
las siguientes:
1.- Las soluciones de permanganato son
altamente reactivas.
REFERENCIAS
“El ΔHf de formación del peróxido de hidrógeno
(H2O2)
liquido resulta de -44.88 Kcal / mol” (10)
 Bibliografía
básica:
| |
-
Palmer,
W. G. "Química Física Experimental". EUDEBA,
Buenos Aires, 1966
-
Burmistrova,
O.A., "Prácticas de Química Física", Editorial MIR, Moscú
-
R.
Chang, "Química", McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.
-
T. L.
Brown, H. E. Le Way y B. E. Bursten. "Química La ciencia central", 5ª.
Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992,
pp. 1159.
-
Zarco,
R. E. "Seguridad en laboratorios", Ed. Trillas, México, 1990, pp. 146.
-
"The
Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., USA.,
1968.
-
J.W. Dawson, "Manual de Laboratorio de Química", Ed. Interamericana, México, 1980.
-
George Hess,
"Química General Experimental", Edit. CECSA, España, 1982.
-
P.
W. Atkins. "Química Moléculas, materia, cambio", Edit. Omega. Barcelona,
1998, pp. 910
-
Langes Handbook, Pág.
9-25, Tabla 9 - 1.
|
 Bibliografía
:
| |
-
Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction
Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.
-
Jesús Blanco-Ricardo Linarte ,
Catálisis. Fundamentos y aplicaciones industriales. Ed. Trillas 1976.
|
 Web Bibliografía
básica:
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