Ley De Hess Y Determinacion De Calor De Reaccion

INFORME DE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Determinación del calor de reacción a partir de los calores de formación Ley de Hess Dany Carrillo P. 1; Javier A. Maury 2; Yohalis P. Rico 3

1. Estudiantes del programa de Licenciatura en Biología y Química VIII semestre

2. Docente: Johannys Ochoa Resumen En la práctica de laboratorio realizada, fue posible determinar el calor de reacción a partir de los calores de formación, para la cual se realizó en tres etapas, la primera denominada determinación del calor de disolución para KOH, la segunda determinación del calor de disolución para HNO 3 y la tercera determinación del calor de formación del KNO3 (ac), utilizando un termómetro convencional y un calorímetro de poliestireno. Por otra parte, evidenciar la validez de la ley de Hess, a través de una reacción de hidróxido de Sodio (NaOH (s)) y ácido Clorhídrico (HCl (ac)), la cual se realizó de dos formas diferentes, la primera a través de dos etapas, (disolución y neutralización) y la segunda solo constaba de una etapa (neutralización). La cual se realizó por medio de la construcción de un calorímetro que constaba de un vaso de poliestireno (material aislante), donde ocurría la reacción, así mismo la temperatura se determinó con un termómetro convencional insertado en la parte superior.

Palabras claves: temperatura, calor de reacción, calorímetro, disolución. Objetivo General Determinar los calores de reacción a partir de calores formación y la entalpía para una reacción de neutralización ácido-base mediante dos procesos diferentes para comprobar la ley de Hess. Objetivos Específicos  Establecer la energía transferida en diferentes reacciones mediante el calor de formación.  Calcular las entalpias de formación de las soluciones de hidróxido de potasio (KOH), ácido nítrico (HNO3), hidróxido de sodio (NaOH) Y ácido clorhídrico (HCl).  Comprobar la Ley de Hess comparando las entalpías de neutralización del hidróxido de sodio (NaOH) Y ácido clorhídrico (HCl).

Introducción: Durante una reacción química se rompen enlaces químicos que unen a los átomos en moléculas y se forman otros nuevos. La energía química asociada a estos enlaces es diferente para los reactivos y los productos. Por lo tanto un proceso que implica reacciones químicas, implicara cambios de las energías químicas, los cuales deben tomarse en cuenta en un balance de energía. (Yunus, 2009). Se puede determinar el cambio estándar teórico de cualquier reacción, (ΔHº reacción), utilizando los calores estándar de formación y la Ley de Hess, para ello se suman los calores de formación de todos los productos, y

restamos los calores de formación de los reactivos. Experimentalmente el calor de reacción se determina a partir del cambio de temperatura de una cantidad conocida de una solución que se encuentra en un calorímetro. Por otro lado la ley de Hess establece que “El calor absorbido o desprendido en una reacción química a presión constante es el mismo tanto si el proceso se realiza en una sola etapa como si tiene lugar en varias etapas.” Por lo que a partir de las entalpias de formación, se puede obtener el calor de reacción mediante la siguiente ecuación:

Donde los valores de H se refieren todos a una misma presión y temperatura. Los sumatorios indican que debe incluirse todos los participantes de la reacción; n y m son los coeficientes estequiométricos de reactivos y productos respectivamente. (Rajadell, 2005). En este informe se da a conocer la determinación del calor de reacción a partir de calores de formación, así mismo los resultados obtenidos durante la experiencia de la ley de Hess, en dichas prácticas se calculó el calor desprendido para una reacción de neutralización ácido-base, la cual puede ser llevada a cabo de forma directa o en dos etapas, donde la forma directa se considera como la suma algebraica de las dos etapas. Para verificar lo anteriormente expuesto se midió la variación de temperatura producida tras llevar a cabo cada uno de estos procesos con el fin de calcular las entalpias asociadas a cada uno de ellos.

Experimental

Determinación del calor de reacción a partir de los calores de formación Reactivos:    

Hidróxido de Potasio (KOH) Ácido Nítrico (HNO3) Nitrato de Potasio (KNO3) Agua destilada

Materiales        

1 Beaker de 50 mL 1 Termómetro Vaso de precipitados 150 mL Agitador (varilla de vidrio) Vidrio de reloj Balanza Calorímetro 1 Probeta

Método:

Ley de Hess Reactivos: 

 

Hidróxido de sodio (NaOH) Ácido clorhídrico (HCl) Agua destilada

Materiales:      

 

2 Beaker de 50 mL 1 Termómetro Vaso de precipitados 150 mL Agitador (varilla de vidrio) Vidrio de reloj Balanza Calorímetro 1 Probeta

Mètodo:

Resultados Determinación de calor de reacción a partir de los calores de formación- Ley de Hess 1) Determinación del calor de disolución KOH Temperatura: 𝐻2 0 (𝑇1 ) = 25°C Temperatura de disolución (𝑇2 ) = 32°C 2) Determinación del calor de disolución para HNO3 3) Determinación del calor de formación de KNO3 (ac) Solución A: 29°C T1 Solución B: 29°C T2= 36 °C Cálculos qr = mH2O CH20 (T2-T1) 1) qr = (−48g) (1 cal /g.°C ) (32°C – 25°𝐶 ) qr = −336

𝑐𝑎𝑙

. °𝐶

𝑔

2) qr = (−48𝑔) (1

𝑐𝑎𝑙 𝑔

)°C (30°C – 25°𝐶 )

qr= −240 𝑐𝑎𝑙/𝑔 °C 1𝑐𝑎𝑙

3) qr= (−48𝑔) ( qr = − 336

𝑐𝑎𝑙 𝑔

𝑔

°𝐶) ( 36°𝐶 − 29 °𝐶 )

°𝐶 ) 𝛥𝐻 = 𝑞1 + 𝑞2 + 𝑞3

𝛥𝐻 = −336

𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑙 °𝐶 + (−240 °𝐶 ) + (−336 ) °𝐶 = 𝑔 𝑔 𝑔 = −912

𝑐𝑎𝑙 °𝐶 𝑔

Ley de Hess Temperatura H2O(T1) =27°C Temperatura H2O + 𝑵𝒂𝑶𝑯(𝒔) ( 𝑻𝟐 ) = 𝟑𝟓°𝑪 Temperatura HCl = 𝟐𝟒°𝑪 Temperatura NaOH (ac) + 𝑯𝑪𝒍 (𝒂𝒄) = 𝟑𝟐°𝑪

𝛥𝐻1 = −𝑚𝐶 (𝑇2 ) 0.94 cal/g − °C 25 𝛥𝐻1 = −25𝑔 × 0,94

𝑐𝑎𝑙 (35°𝐶 − 27°𝐶) = 188°𝑐𝑎𝑙 𝑔 − °𝐶

𝛥𝐻2 = −50𝑔 × 1, 00

𝑐𝑎𝑙 (32°𝐶 − 24°𝐶) = 400 𝑐𝑎𝑙 𝑔 − °𝐶 𝛥𝐻3

T1 = 24°C (HCl) T2 = 35°𝐶 𝛥𝐻3 = −51𝑔 × 1, 00

𝑐𝑎𝑙 − (35°𝐶 − 24°𝐶) = 561 𝑐𝑎𝑙 𝑔 − °𝐶

DISCUSION Realizando un análisis de los resultados de estas prácticas se pudo determinar la entalpia de neutralización de un ácido y una base fuerte, en donde como primera medida se pasó el NaOH y el KOH en estado sólido a estado acuoso para así poder agregar HCl y HNO3 y realizar la respectiva reacción, obteniendo como productos NaCl el cual es una sal y agua y KNO3(ac) y Agua. En esta reacción se evidencio la unión de los iones de Hidrogeno e Hidróxido para formar agua no ionizada debido a que el ácido y la base están completamente disociadas en sus iones (H+ y Cl-; Na+ y OH- respectivamente) dado a que se encuentran en una solución acuosa diluida, este proceso hace que la reacción de neutralización estudiada sea un proceso exotérmico, y que el calor cedido por la reacción sea absorbido por la disolución resultante de la neutralización y por el calorímetro, evidenciando un aumento en la temperatura del sistema. (Ritter, 1955)

Conclusiones En la práctica realizada se aprendió a determinar el calor de reacción a partir de los calores de formación. Para ello utilizamos el calorímetro por lo tanto empleamos el método de la calorimétrico, además se pudo observar de manera física los cambios en cuanto a la temperatura de los reactivos. Dentro de los resultados se tuvo muy en cuenta las temperaturas por lo que fueron muy importantes para la experiencia y para posteriormente determinar teóricamente la entalpias de formación. Por otro lado, mediante la práctica se determinó que hay una estrecha relación entre la entalpia de neutralización y la masa de los reactivos, dado que cuando la masa agregada de base es mayor, así mismo lo es el cambio de entalpia. Evidenciado la relación directamente proporcional entre las dos variables. La ley de Hess pudo comprobarse a través de las entalpias de cada una de las etapas de la reacción de forma directa donde la diferencia entre la igualdad fue mínima.

Bibliografía: [1] Jhoseph W. Kane, Morton M. Sternheim. Física. 2a ed. España: Editorial Reverté S.A; 2000. [2] Carlos Arturo Correa Maya. Fenómenos Químicos. 2a ed. Colombia: Fondo Editorial Universidad EAFIT; 2004. [3] Michel J. Moran, Howard N. Shapiro. Fundamentos de termodinámica técnica. 2a ed. España: Editorial Rverté, S.A; 2004.

Riteer,H.(1955). An introduction to chemistry. New York: John Wiley and Sons, Inc.

Anexos:

Determinación de formación. Solución A y B.

Ácido Clorhídrico, utilizado en la experiencia Ley de Hess.

Ley de HESS, Hidróxido de sodio al ser agregada al agua destilada.