Laboratorio n.1 q.i[1]

7/30/2019 Laboratorio n.1 q.i[1]

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1 INFORME DE LABORATORIO:TERMOQUMICA I

PROFESORA:ING.PETRA RONDINEL PINEDA

INTEGRANTES:

ORTIZ PASCUAL,DIANA -20092502B

PACHECO BUSTINZA,EDSON -20091047J

URBINA DELGADO,ANTHONY -20082061CVELASQUEZ AQUINO,JOHAN -20092678C QUIMICA

INDUSTRIAL I

2010I

05/04/10

UNI-FIIS


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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERA QUMICA INDUSTRIAL IFacultad de Ingeniera Industrial y de Sistemas

2

TERMOQUMICA

OBJETIVOS

Aplicar los conceptos como : Capacidad calorfica de un calormetro. Calor latente de fusin. Calor latente de vaporizacin.

Demostrar que en un fenmeno fsico cuando dos cuerpos se encuentran adiferente temperatura ocurre la transferencia de calor, hasta llegar a una

temperatura final (temperatura de equilibrio).

Expandir nuestros conocimientos sobre la termoqumica y la aplicacin de estaal hallar el calor latente de fusin y vaporizacin.

Apoyarnos con nuestros conceptos tericos sobre el tema y evitar cometererrores al realizar el experimento.

FUNDAMENTO TERICO

1. Termoqumica:

La termoqumica trata sobre los cambios en energa que se manifiestan como laentalpa (calor medido a presin constante) de reaccin. Si la reaccin libera calor

se dice que es exotrmica y si absorbe calor se dice que es endotrmica. Estos

cambios energticos se deben al rompimiento y la formacin de enlaces durante

la reaccin qumica.

El rompimiento de enlaces es un proceso endotrmico y la formacin de enlaces

es un proceso exotrmico. La entalpa de la reaccin es el resultado de ambos

procesos.

2. Calorimetra:

Es la medicin cuantitativa de intercambio de calor. Tales mediciones se efectan

con un calormetro, un recipiente aislado que no permite una gran prdida de

calor al entorno (idealmente, ninguna).


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3. Calor:

El calor es un tipo de energa que puede ser generado por reacciones qumicas

(como en la combustin), reacciones nucleares, disipacin electromagntica o por

disipacin mecnica (friccin). Su concepto est ligado al Principio Cero de la

Termodinmica, segn el cual dos cuerpos en contacto intercambian energa hasta

que su temperatura se equilibre.

4. Equilibrio trmico:

Si dos objetos que estn a diferentes temperaturas, se colocan en contacto

trmico (lo que significa que la energa trmica se puede transferir de uno a otro),

los dos objetos eventualmente alcanzaran la misma temperatura. Se dice entonces

que estn en equilibrio trmico.

5. Ley cero de la termodinmica:

Se sabe que dos sistemas estn en equilibrio trmico, si cuando se colocan en

contacto trmico no fluye energa de uno a otro, y sus temperaturas no cambian.

Los experimentos indican que si dos sistemas estn en equilibrio trmico con un

tercer sistema, entonces los dos primeros estn en equilibrio trmico entre s.

6. Ley de la conservacin de la energa:

En las interacciones entre un sistema y sus alrededores, la energa total

permanece constante, la energa ni se crea ni se destruye. Aplicado al cambio de

calor, esto significa que:

Qsistema + Qalrededores = 0

As que el calor que pierde el sistema, lo ganan sus alrededores

Qsistema = - Qalrededores
http://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_Cero_de_la_Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_Cero_de_la_Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Temperaturahttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_Cero_de_la_Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Principio_Cero_de_la_Termodin%C3%A1micahttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reacci%C3%B3n_qu%C3%ADmica


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m

7. Capacidad calorfica y calor especfico

La cantidad de calor Q necesaria para elevar la temperatura de un sistema es

proporcional a la variacin de la temperatura y a la masa de la sustancia a:

Q = C.t Q = c.m.t

En donde C es la capacidad calorfica de la sustancia, que se define como la

cantidad de energa transferida por calentamiento necesaria para aumentar un

grado la temperatura de la sustancia. El calor especfico c es la capacidad

calorfica por unidad de masa:

c = C

8. Calor latente:

Es el calor por unidad de masa que se le debe entregar o quitar a una sustancia

para que cambie de fase, en nuestro medio podemos reconocer 4 tipos de calor

latente, por los experimentos solo veremos el calor latente de fusin y

vaporizacin:

A.Calor latente de fusin(Lf):Representa la cantidad de calor que debe recibir un gramo de una sustancia,

cuando se encuentra a su temperatura de fusin para pasar de la parte solida a

la fase lquido. Para el hielo su calor latente de fusin a 1 atm de presin es:

B.Calor latente de vaporizacin (Lv):El calor que se debe entregar a cada unidad de masa de sustancia liquida, el calor

latente de vaporizacin a 1 atm de presin es:

Ls = Lf = 80 cal/g

Ls = Lv = 540 cal/g


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DIAGRAMA DE PROCESO

DATOS

Temperatura del calormetro (Tc) = 26.5c Temperatura de equilibrio (Te) = 36.5c

AGUA FRIA AGUA CALIENTE

Densidad (d1) =1 g/ml Densidad (d2) = 1 g/ml

Volumen (V1) = 100ml Volumen (V2) = 100ml

Temperatura (T1) = 26.5c Temperatura (d2) = 48c

AADIR

Anotar la temperatura

final de la mezcla.

100ml de agua

fra.

110ml de agua

caliente.

Anotar

temperatura, T1.

Anotar

temperatura, T2.

Calormetro (termo)

Agitar la mezcla por

unos segundos.

Calcule volumen

exacto de agua.

AADIR
http://images.google.com.pe/imgres?imgurl=http://www.eurociencia.com/imgprd/R68151.jpg&imgrefurl=http://www.eurociencia.com/fitxa_prod.php?prod=R68151&niv=5&usg=__wL5AZGRf5jhSWNF6x4d8EEygurM=&h=248&w=200&sz=20&hl=es&start=9&um=1&tbnid=-IQHh5fXaiYD8M:&tbnh=111&tbnw=90&prev=/images?q=calorimetro+de+laboratorio&ndsp=18&hl=es&sa=N&um=1


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CLCULOS Y RESULTADOS

1 Intento:

Calculando el restante de agua caliente obtenido al final del experimento: Volumen de agua fra ingresada(H1) = 100ml Volumen de agua total del experimento(HT) = 200 ml Volumen de agua caliente al final(H2)

HT = H1 + H2

200 = 100 + H2

Calculando la masa de agua:

(1)

d1 = m1/100 m1 = 100g (masa de agua fra)d2 = m2/100 m2 = 100g (masa de agua caliente)

Calculando la capacidad calorfica del calormetro:Q (absorbido) Q (perdido)

/----------------------------------/---------------------------------/

26.5c T1=10 Te = 36.5c T2=11.5 48c

Q1 + Qc = Q2

c1.m1.T1 + Cc.T = c2.m2.T2(1 cal/gc).(100g).(10c) + Cc.(10c) = (1 cal/gc).(100g).(11,5c)

H2 = 100 ml

Q (absorbido) = Q (perdido)

D (densidad) = m (masa)

V (volumen)

Cc = 15 cal c


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2 Intento:

Calculando el restante de agua caliente obtenido al final del experimento: Volumen de agua fra ingresada(H1) = 100ml Volumen de agua total del experimento(HT) = 207.5 ml Volumen de agua caliente al final(H2)

HT = H1 + H2

207.5 = 100 + H2

Calculando la masa de agua:Usando la ecuacin (1):

d1 = m1/100 m1 = 100g (masa de agua fra)d2 = m2/107,5 m2 = 107,5g (masa de agua caliente)

Calculando la capacidad calorfica del calormetro:Q (absorbido) Q (perdido)

/----------------------------------/---------------------------------/

26.5c T1=12 Te = 38.5c T2=15.5 54c

Q1 + Qc = Q2

c1.m1.T1 + Cc.T = c2.m2.T2(1 cal/gc).(100g).(12c) + Cc.(10c) = (1 cal/gc).(107,5g).(15,5c)

Cc = 46 625 cal c

H2 = 107.5 ml



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DIAGRAMA DE PROCESO

DATOS

CALCULOS Y RESULTADOS

Calculando el calor latente de fusin:/----------------------------------/---------------------------------/

0c T1=18c Te = 18c T2=30c 48c

QT(hielo) + Q1 = Q2 + Q3

HIELO AGUA TIBIA

Densidad de agua fra (d1) =1 g/ml Densidad (d2) = 1 g/ml

Masa (m) =19,5g Masa (m2) = 50g

Temperatura (T1) = 0c Temperatura (d2) = 48c


AADIR50ml de agua tibia

entre 40 y 50c.

Hielo a 0c con pesoentre 20 y 25g.

Esperar hasta tener una

temperatura de equilibrio.

Calormetro (termo) Anotar

tem eratura, T1.


final de la mezcla.

Calcule volumen

exacto de agua.

AADIR

Q (absorbido) Q (perdido)


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(Lf).(19,5g) + (1 cal/gc).(19,5g).(18c) = (1cal/gc).(50g).(30c) + (46,625cal/c).(30c)

DIAGRAMA DE PROCESO

DATOS

AGUA FRIA VAPOR DE AGUA

Densidad (d1) =1 g/ml Densidad (d2) = 1 g/ml

Volumen (V1) = 50ml Volumen (V2) = 4,5ml

Temperatura (T1) = 25.5c Temperatura (d2) = 100c

Lf = 130,653 cal/g

AADIR

Proceso dedestilacin

Calentar un

matraz con agua.

Trocitos de vidrio

Tubo de salida

de vapor.

Observe una

visible y continua

salida de vapor.

50ml de agua

fra.

Calormetro (termo)Anotar

tem eratura, T1.


final de la mezcla.Calcule volumen del

vapor condensado.

Esperar hasta tener una

temperatura de equilibrio.

AADIR

INTRODUCIR


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Temperatura del calormetro (Tc) = 25,5c Temperatura de equilibrio (Te) = 55,5c

CLCULOS Y RESULTADOS

Calculando la masa de agua:Usando la ecuacin (1):

d1 = m1/50 m1 = 50g (masa de agua fra)

Calculando el restante de agua caliente obtenido al final del experimento: Volumen de agua fra ingresada(H1) = 50ml Volumen de agua total del experimento(HT) = 54,5 ml Volumen de agua caliente al final(H2)

HT = H1 + H2

54.5 = 50 + H2

Calculando el calor latente de vaporizacin:Q (absorbido) Q (perdido)

/----------------------------------/---------------------------------/

25,5c T1=30c Te = 55,5c T2=45,5c 100c

Qc + Q1 = Q2 + Q(vapor)

H2 = 4.5 ml



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Cc.T + c1.m1.T1 = c2.m2.T2 + (Lv).m

(46,625 cal/c

).(30c

) + (1 cal/gc).(50g)(30

c) = (1 cal/g

c).(4,5g).(45,5

c) + (Lv)(4,5g)

OBSERVACIONES

Experimento N.1

Al final de ambos procedimientos se not un variacin del volumen del aguacaliente.

Experimento N.3

Se comprob un cambio de temperatura obviamente despus de dejar dentrodel calormetro los trozos de hielo.

Experimento N.4

No se observ una ebullicin normal vale decir una ebullicin tumultuosa,gracias a la adicin de vidrio molido.

Despus de cierto tiempo en el sistema armado, por el extremo fuera del tubo seobserv una salida algo brusca de agua acompaada de vapor de agua.

ANLISIS

Experimento N.1

El cambio de volumen ocurri simplemente por la evaporacin del agua al sercalentada

El error sucedi porque la temperatura del calormetro no fue constante.

Experimento N.3

El hielo ayudo al cambio de temperatura del agua dentro del calormetro, huboun equilibrio dentro del calormetro y por ello ocurri el cambio de temperatura

al final.

Lv = 598,66 cal/g


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Experimento N.4

La ebullicin fue menos violenta por el hecho de introducir porcelana molida(vidrio molido) dentro del matraz.

El agua junto al vapor de agua que sali por el extremo del tubo ocurri por lavariacin de presin dentro del matraz y el exterior.

CUESTIONARIO

1. Presente los clculos para el procedimiento experimental B de la determinacin

de la capacidad calorfica del calormetro.

Durantela prctica de laboratorio no se desarrollo la parte B sino solo la parte A;

por lo cual se presentaran los clculos del procedimiento experimental A:

Clculos realizados en las pginas 5 y 6.

2. Llene los cuadros correspondientes descritos despus de cada experiencia.

Experimento 1-A

T1 T2 Te Capacidad calorfica del calormetro

26.5c 48c 36.5c 15 cal/c 1er ensayo

26.5c 54c 38.5c 46,625 cal/c 2do ensayo

3. Se prepara dos calormetros similares, y solo se determina la capacidad calorfica

de uno de ellos. Se podra decir que la capacidad calorfica de este calormetro

es igual al otro? Por qu?

No se podra decir que la capacidad calorfica de los calormetros sean iguales

porque dependen del modelo o forma de fabricacin que estos hayan tenido,

adems porque por ms que se repita las condiciones iniciales en que fue

fabricado, en uno de ellos siempre habr un porcentaje de error o incertidumbre


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que har variar las condiciones fsicas de cada calormetro y por lo tanto ambos

calormetros tendrn capacidades calorficas diferentes.

4. Entre dos calormetros iguales, uno que tiene mayor capacidad calorfica que el

otro, Cul es mejor?

Entre dos calormetros iguales significa que sus masas son iguales y si uno poseemayor capacidad calorfica significa que necesita ms calor para incrementar un

grado de su temperatura y eso mantiene constante el lquido en el interior del

calormetro. Por lo tanto el que tiene mayor capacidad calorfica es mejor, ya que

tiende a comportarse como un calormetro ideal, en el cual su variacin de

temperatura es nula.

5. Por qu son plateadas las paredes internas de un termo?

Una botella denominada "termo" consiste en un recipiente de vidrio con doble

pared, y en el cual existe un vaco entre las paredes. Las dos superficies internas

del vidrio son plateadas ya que los colores claros reflejan adems de la luz, el

calor, no permitiendo la temperatura del interior se reduzca o aumente con el

contacto con el otro material. Adems, el aire es mal conductor del calor, por eso

el vaco.

6. Se sabe que el vidrio es un mal conductor del calor, por lo tanto, cualquier vaso

de precipitado se puede usar como calormetro sin cubrirlo con papel platino.

Es correcta esa apreciacin?

No, no se puede utilizar cualquier vaso de precipitado de calormetro solo por ser

el vidrio un mal conductor del calor, si bien esto significa que se reduce la cantidad

de calor que se transmite al exterior por conduccin, por radiacin si existe


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transferencia de calor porque las radiaciones traspasan el vidrio, debido a esto es

necesario el recubrimiento con el papel platino.

7. Compare las capacidades calorficas especficas de los slidos, lquidos y gases y

trate de dar una explicacin de las diferencias.

Por lo general se cumple:El Ce de los gases es menor que los lquidos o slidos debido a que poseen un

alto desorden molecular es mayor, lo que trae como consecuencia que

necesitan menos calor para elevar su temperatura, ocurre los slidos, el

desorden molecular es casi cero, hay que darle mayor cantidad de calor para

elevar su temperatura en 1C. Al estar las molculas de un slido ms unidas que

las de un liquido, el calor (energa en transito) se distribuye ms rpidamente por

toda la sustancia y eleva su temperatura con ms facilidad, algo anlogo ocurre

con los gases; se requiere ms cantidad de calor para variar la temperatura de un

liquido pues sus molculas estn ms dispersas.

8. Por qu la capacidad calorfica molar es una propiedad de la absorcin del calor

ms segura, tericamente, que la simple definicin de capacidad calorfica?

La propiedad calorfica es una propiedad extensiva porque depende de la masa y

por lo tanto puede haber un error en la medida de la masa, en cambio la

capacidad calorfica molar es un propiedad intensiva definida como la cantidad de

calor que necesita un mol de sustancia para variar 1C, no interviene la masa de la

sustancia.

9. Cual es calor latente de fusin que se obtuvo experimentalmente?

Ce (solido) > Ce (liquido) > Ce (gases)

Lf = 130,653 cal/g


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Experimentalmente se obtuvo:

10. Cul es el calor latente de vaporizacin que se obtuvo experimentalmente?

Experimentalmente se obtuvo:

11. Cul es el error absoluto y relativo de la determinacin?

Para Lf Lfterico= 80 cal/g ; Lfexperimental = 130,653 cal/g

Error absoluto: Lv terico Lv experimenta = -50,653 cal/g

Error relativo: (Lv terico - Lv experimental) 100% = -63,316 cal/g

Para Lv Lv terico= 540 cal/g ; Lv experimental = 598,66 cal/g

Error absoluto: Lv terico Lv experimenta = -58,66 cal/g

Error relativo: (Lv terico - Lv experimental) 100 % = -10.862%

12. Por qu el hielo debe estar en la temperatura 0c de equilibrio antes de ser

aadido al calormetro?

Primeramente porque el objetivo del experimento es obtener el calor latente de

fusin el cual es el calor necesario para cambiar el estado del agua (solid-liquido);

si tenemos otra temperatura del hielo entonces el calor latente de fusin nos

saldra ms lejano al buscado y adems si est por debajo de los 0C se necesitara

suministrarle calor para elevar la temperatura a 0C. y entonces ese calor perdido

Lv = 598,66 cal/g

Lv terico

Lv terico


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har que el calor latente salga mayor que el valor terico ocasionando un error

negativo; por lo cual se necesitara otra forma de calcular el calor latente.

13. Existe alguna diferencia si el agua se pesa antes o despus de calentarla?

Existe alguna diferencia ya que el primer peso siempre es mayor que el segundo

porque durante el experimento se perdi al evaporarse por causa de su energa

cintica reduciendo la masa por cada intervalo de tiempo que pasa.

14. Si el hielo estuviese inicialmente a -5C, escriba las ecuaciones de balance

trmico necesarias para encontrar el calor latente de fusin.

Analizando:

-5c 0c Te T2

Masa de hielo mh mh g

Temperatura del hielo T1 -5c

Temperatura del agua caliente T2 T2c

Temperatura de equilibrio Te Tec

Masa del hielo fundido mhf 19,5g

Capacidad calorfica del calormetro Cc 46,625cal/c

Por teora:

()()

15. Cmo se determina el calor especfico del hielo y del agua?

Ce agua= 1

Tf-Ti = Tf-5CCe agua= 1

Tf-Ti = Teq.Ce hielo= 0.5

Tf-Ti = 5C

Lf= X

mh =



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Agua

Mtodo: Por el interior del calormetro tipo Callendar circula una corriente de

agua a flujo constante, que se calienta mediante una resistencia elctrica

conectada a una fuente de alimentacin en corriente alterna.

Al cabo de un cierto tiempo se alcanza un rgimen estacionario y la temperatura

de salida del agua, t2, permanece constante.

Se lee esta temperatura, as como la temperatura de entrada del agua, t1, y la

potencia que se disipa en la resistencia, W.

Por ltimo, se determina el flujo de agua que circula por el calormetro recogiendo

en un vaso la masa m que sale del Callendar en un tiempo ( = m/ ).

Hielo

Colocar en el calormetro unos 150 g de agua calentada aproximadamente 10 C

sobre la temperatura ambiente. Pesar el calormetro con el agua.

Tapar y medir la temperatura cada minuto durante 5 minutos antes de aadir el

hielo. Batir bien antes de cada medicin Preparar unos 40 g de hielo y secarlos

muy bien con la toalla de papel. Inmediatamente despus de una medicin de la

temperatura aadir el hielo al calormetro y continuar midiendo cada minuto

hasta 5 minutos despus de medir la temperatura ms baja, tratando de batir bien

la mezcla.

Pesar el calormetro con el agua de nuevo y determinar con precisin la masa del

hielo agregado. Realizar los clculos necesarios.

CONCLUSIONES


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La capacidad calorfica de un cuerpo es una propiedad extensiva, mientras queel calor especfico es una propiedad intensiva.

La capacidad calorfica del calormetro no vara si es que variamos las cantidadesde agua fra y caliente.

Dos cuerpos idnticos pero con diferente masas poseen diferentes capacidadescalorficas.

Cuando dos cuerpos de masas iguales reciben iguales cantidades de calor, el demenor calor especfico tiene un mayor aumento de temperatura.

RECOMENACIONES

Al utilizar el termmetro debemos percatarnos que no tenga ningndesperfecto, est seco y a temperatura ambiente.

Dejar que los diferentes elementos del aparato alcancen el equilibrio, agitandoocasionalmente para ayudar al proceso.

Cuando se haga hervir el agua evitar la transferencia de calor entre ste y elcalormetro.

Se debe medir el volumen final del agua para observar si se ha perdido masadebido a la evaporacin.

Para tener resultados ms exactos es preciso realizar dos veces cadaexperimento.

BIBLIOGRAFA

Paul Ander y Anthony J. Sonnesa/ Principio de qumica, introduccin a loconcepto terico / Edicin sexta / N. Pg.: 564-572 / Editorial Limusa / Mxico.

Raymond Chang / Qumica / Edicin sptima / N. Pg.: 211-215 /EditorialMcGraw Hill / Mxico - 2001.

Yoel Burgos Palacios / articulo: calormetro/ Termoqumica/ UniversidadAutnoma de Madrid. FECHA DE CONSULTA: 09/04/10

http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.php
http://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.phphttp://joule.qfa.uam.es/beta-2.0/temario/tema6/tema6.php


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Ley de Dulong y Petit / MSN Encartahttp://es.encarta.msn.com/encyclopedia_961545452/Ley_de_Dulong_y_Petit.ht

ml

FECHA DE CONSULTA: 09/04/10

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