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1 LABORATORIO DE FISICOQUIMICA

ENTALPIA DE REACCION

I. Resumen del contenido

El peróxido de hidrogeno se descompone cuando se le expone a la luz, pero esta descomposición es lenta en relación al tiempo que tenemos en el laboratorio por ello necesitaremos del nitrato de hierro que lo usaremos como catalizador para poder calcular la entalpía de descomposición del peroxido de hidrogeno de manera rápida.

II. Objetivos:

Estudia la entalpía de descomposición tomando como ejemplo el peroxido de hidrogeno.

Fundamento Teórico

La Entalpía es la cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno. Por ejemplo, en una reacción química a presión constante, el cambio de entalpía del sistema es el calor absorbido o desprendido en la reacción. En un cambio de fase, por ejemplo de líquido a gas, el cambio de entalpía del sistema es el calor latente, en este caso el de vaporización. En un simple cambio de temperatura, el cambio de entalpía por cada grado de variación corresponde a la capacidad calorífica del sistema a presión constante. El término de entalpía fue acuñado por el físico alemán Rudolf J.E. Clausius en 1850.

Matemáticamente, la entalpía H se define como:

H = U + pV …..(1)

Donde U es la energía interna

p es la presión

V es el volumen

La unidad de H es Julios

ENTALPÍA ESTÁNDAR de una ecuación general:

Se calcula restando las entalpías estándares de formación de los reactivos de las entalpías estándares de formación de los productos, según eso tenemos la siguiente ecuación general para hallar la entalpía Standard

UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

http://www.monografias.com/trabajos12/elproduc/elproduc.shtml?interlink

http://www.monografias.com/trabajos5/volfi/volfi.shtml?interlink

http://www.monografias.com/trabajos10/gase/gase.shtml?interlink

http://www.monografias.com/trabajos2/mercambiario/mercambiario.shtml?interlink

http://www.monografias.com/trabajos11/presi/presi.shtml?interlink

http://www.monografias.com/Quimica/index.shtml?interlink

http://www.monografias.com/trabajos11/teosis/teosis.shtml?interlink


Para calcular la capacidad calorifica de nuestro calorimetro debemos tomar en cuenta la ecuación (1) .

Asumiendo que entre el calorimetro y el espacio exterior no tenemos intercambio de calor podemos plantear lo siguiente

Qinterna = 0 = Q reaccion + Q solucion + Q calorimetro

Despejando tenemos:

Q reaccion = - ( Q solucion + Q calorimetro )

III. Parte experimental:

Materiales Usados en la Práctica:

2 Calorímetros (Vasos de café)

2 Termómetros de 150°C

2 Probetas de 50ml

Vasos de 100ml

Cronometro

Piceta

Tapas para los vasos de café

Reactivos usados

300ml de peroxido de hidrogeno

Dos gotas de nitrato de hierro

Equipo empleado en el laboratorio

1 Calentador eléctrico

1 Balanza electrónica de precisión

Procedimiento

Experimento N° 1

Determinación de la capacidad calorífica de calorímetro:

Para determinar la capacidad calorífica de nuestro calorímetro necesitaremos agua con diferencias de 20 grados centígrados uno a temperatura ambiente y el otro 20 grados por encima de la temperatura ambiente.



Primero averiguamos la masa de nuestro calorímetro con la balanza de precisión. Luego de agregar 50 ml de agua y un magneto volvemos a pesar nuestro sistema. Luego dejamos termostatizar el sistema, con un termómetro observamos el proceso por 5 minutos y cada 30 segundos. Una vez obtenido una temperatura constante agregamos 50ml mas de agua a 20 grados mas de la temperatura ambiente, en nuestro caso , la temperatura ambiente fue de 27°C, luego dejamos que alcance el equilibrio y volvemos a tomar las temperaturas de la misma manera que antes, por intervalo de 30 segundos durante 5 minutos.

Finalmente pesamos todo nuestro sistema para saber por diferencia la masa de agua caliente que agregamos al final

Experimento N° 2

Determinación de la entalpía de descomposición del peroxido de hidrogeno:

Primero dejamos que nuestro calorímetro alcance la temperatura ambiente antes de empezar ya que con la experiencia anterior esta se mantuvo muy por encima de los 27 °C, para esto llevamos al caño nuestro calorímetro y le vertemos agua, luego lo dejamos por unos 10 minutos para que alcance nuevamente la temperatura ambiente, una vez logrado esto vertemos 100ml de peroxido de hidrogeno a nuestro calorímetro y pesamos dejamos termostatizar por 5 minutos y observamos con el termómetro cada 30 segundos hasta que la solución alcance un temperatura constante. Luego de pasado los 5 minutos agregamos 2ml de Fe(NO3)3. 9H2O al calorímetro y volvemos a tomar las medidas de la temperatura por espacios de 30 segundos durante 20 minutos

IV. Discusión de Resultados

Tabla 1

Temperatura del sistema al verter agua a temperatura ambiente

N° Dato Temperatura (°C)

1 18

2 18

3 18

4 18

Tabla 2

Temperatura que se obtiene luego de agregar el agua a una temperatura de 39 °C



N ° Dato Temperatura (°C)

1 29

2 29

3 28

4 28

5 28

6 28

7 28

8 28

Tabla 3

Temperatura inicial de nuestro sistema con 100ml de peroxido de hidrogeno

N° Dato Temperatura (°C)

1 18

2 18

3 18

4 18

Tabla 4

Temperatura que se obtiene luego de agregar 2ml de Fe(NO3)3.9H2O

N ° Dato Temperatura (°C)

1 19



2 19

3 19

4 19

5 20

6 20

7 20

8 21

9 22

10 22

11 22

12 21

13 21

14 22

15 23

16 23

17 24

18 24

19 25

20 25

21 26

22 26

23 26

24 26



25 27

26 27

27 27

28 28

29 28

30 28

31 29

32 29

33 29

34 29

35 29

36 29

37 29

38 30

39 30

40 30

41 30

42 30

43 30

44 31

45 31

46 31

47 31



48 32

49 32

50 32

51 33

52 34

53 34

54 35

55 35

56 36

57 36

58 37

59 38

60 38

61 39

62 39

63 40

63 40

64 40

65 41

66 41

67 42

68 42

69 42



70 43

71 43

72 43

73 43

74 43

75 43

76 42

77 42

78 42

79 42

80 42

81 41

82 41

Tabla 5

Objetos usados en el laboratorio y sus masas

Experimento Objeto Masa (g)

1

Masa del caloriemtro 1.93

50 ml de agua fría+ Masa del caloriemtro

51.57

2

Masa del vaso + catalizador 34.24

Masa total al final 108.54



Tabla 6

Concentraciones usadas en nuestros experimentos

Experimento Compuesto [ M ] Volumen (ml)

2

H2O2 0.8463 100

Fe(NO3)3.9H2O 0.5 2

Cálculos y Resultados

Para el experimento 1

De los gráficos obtenemos T1 y T2

Calculo de la capacidad calorífica

Qagua fria + Q calorimetro + Q agua caliente = 0

m agua fria x C agua x (T2 – T1) + C calorimetro (T2 – T1) + m agua caliente x C agua (T2 – T3) = 0

…. ( * )

Con los datos que tenemos y resolviendo ( * )

C calorímetro = 20.05 J

Para el experimento 2:

Calculo de la entalpía de descomposición del peroxido de hidrogeno

Para este caso tenemos los siguientes datos



El calor de solución lo obtenemos mediante:

Qsolucion = m solucion x Ce x ( T2 – T1 )

Q solucion = 141.95g x 4.18J ºC g-1 x 19.073 ºC

Q solucion = 11316.98 J

Donde msolucion es la masa de la mezcla reaccionante y Ce es el calor especifico de la mezcla que se asume de 4.18JºC.g-1

El calor ganado lo calculamos como:

Q calorímetro = C calorímetro ( T2 – T1 )

Q calorímetro = 20J x ( 19.073 ºC)

Q calorimetro = 381.46

El calor de reaccion del peroxido es:

La entalpía molar se obtiene diviendiendo entre el total de moles que existe en nuestra solución



El valor teórico proporcionado en clase es de: 94.6 KJ/mol entonces el porcentaje de error

Calculo del porcentaje de error en nuestra experiencia

% Error = Valor teórico – Valor experimental x 100 % Valor teórico

Entonces el porcentaje de error es

46.53%

V. Conclusiones:

El porcentaje de error alto puede deverse a que en el momento del laboratorio las ventanas estaba abiertas y entraba demasiado viento debido a ello los calorimetros no funcionaban como debia ser ya que el aire frio del ambiente del laboratorio entraba con la temperatura del laboratorio aprox 27 ºC y esto cambia nuestros datos, mas alla de esto hemos calculado la capacidad calorifica de nuestro calorimetro el cual nos servira para los demas laboratorios

VI. Referencias Bibliográficas

Paginas de Internet

http://www.ua.es/dpto/dqino/docencia/lab_virtual/peroxido/index.html (Descomposición del peroxido de hidrogeno)http://es.wikipedia.org/wiki/Agua_oxigenada (Densidad del peroxido)

http://www.politecnicovirtual.edu.co/Pagina%20Coordinacion%20CB/Pagina/Area%20Fisica/lab-fisica3/lab-fisica3.htm (Calculo del porcentaje de error)

Cuestionario

1 ¿Cómo se puede evitar la descomposición del peroxido de hidrogeno?

A pesar de que el peróxido de hidrógeno es relativamente estable a temperatura ambiente, numerosas sustancias actúan como catalizadores de su descomposición, entre otras: metales de transición, álcalis, y óxidos metálicos. La luz del día también favorece la descomposición del peróxido de hidrógeno, por lo que debe conservarse en envases opacos.

En el siguiente experimento se muestra la descomposición del peróxido de hidrógeno catalizada por el ioduro potásico. Además, se ha añadido una pequeña cantidad de jabón para que la evolución de oxígeno sea más evidente. La reacción de desproporción que

tiene lugar es:



H2O2 ->H2O +1/2 O2

El diagrama de Frost del oxígeno muestra que el peróxido de hidrógeno es termodinámicamente inestable, ya que se encuentra por encima de la línea que une las especies con estados de oxidación 0 y -2 (dioxígeno y agua) en los que se descompone el peróxido de hidrógeno. A este proceso se conoce como desproporción.

Diagrama de Frost deloxígeno en disolución ácida.

Entonces para evitar la descomposición del peroxido no tendriamos que mezclarlos con catalizadores y tambien aislarlo de la luz.


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