Fisicoquímica Trabajo Práctico 1 Calor de descomposición del agua oxígenada H 2 O 2 ½ O 2 + H 2...

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  • Fisicoqumica Trabajo Prctico 1 Calor de descomposicin del agua oxgenada H 2 O 2 O 2 + H 2 O H r
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  • Termodinmica Estudia el calor, el trabajo, la energa y los cambios que estos provocan en los estados de los sistemas. La termodinmica de equilibrio se enfonca en las propiedades macroscpicas de un sistema que se encuentra en equilibrio. Existen varios tipos de Equilibrio: Mecnico, Material, y Trmico. Algunas propiedades como el volumen, la temperatura, la energa interna y la entalpa son funciones de estado.
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  • Objetivo del trabajo prctico Determinar la entalpa de reaccin de la descomposicin del agua oxigenada. Que es la entalpa? H = U + PV Si P = cte, entonces H = Q P
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  • Equilibrio Trmico Cuando interaccionan dos sistemas con temperaturas diferentes el equilibrio trmico se alcanza a la temperatura final T f cumpliendo con la siguiente ecuacin: q = m 1 C 1 (T f - T 1 ) = - [m 2 C 2 (T f T 2 )] T 2 > T 1 Sistema 1 m 1, c 1, T 1i Sistema 2 m 2, c 2, T 2i
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  • Equilibrio Trmico 100 ml H 2 O T 2i = 50C 200 ml H 2 O T 1i = 20C T f ? 1 2
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  • Equilibrio Trmico q = m 1 C 1 (T f - T 1 ) = - [m 2 C 2 (T f T 2 )] T f = m 1 C 1 T 1 +m 2 C 2 T2 m 1 C 1 +m 2 C 2 T f = 30 C C H2O = 1 cal/g C
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  • Equilibrio Trmico El calor (q) se puede calcular midiendo de forma experimental la T f que alcanza el sistema. Medicin de Temperatura: Termmetro: cambio de volumen del mercurio. Termistor: cambio en una resistencia elctrica. Termocupla: cambio de potencial entre 2 metales. Pirmetro ptico: cambio en la emisin de luz.
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  • Entalpa de reaccin La entalpa de una reaccin puede calcularse a partir de los valores de entalpa de formacin de reactivos y productos. LEY DE HESS aA + bBcC + dD H r = (c H fC + d H fD ) (a H fA + b H fB ) H r = i H fi
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  • Entalpa de reaccin H 2 O 2 1/2 O 2 + H 2 O H f H2O(l) = -285.83 kJ/mol H f H2O2(l) = -187.78 kJ/mol H f O2(g) = 0 H r H2O2 = (-285.83) (-187.78) kJ/mol H r = -98.05 kJ/mol H r = -23.45 cal/mol Es una reaccin exotrmica
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  • Calormetros Existen distintos tipos de calormetros: Volmen constante ( U = q V ). Presin constante ( H = q P ). Volmen y Presin constante ( U = 0).
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  • Sistema de estudio Entorno Caudalmetro H 2 O 2 H 2 O O 2 Buffer Enzima Sistema Descripcin del sistema: Sistema cerrado. Paredes adiabticas. Presin constante. H = Q P = 0
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  • Sistema de estudio Esquema del uno de los equipos a utilizar.
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  • Medicin de Temperatura Curva de calibracin para la termocupla.
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  • Sistema de estudio Reactivos H 1 Productos + Calormetro H 2 H 3 Productos + Calormetro T1T1 T2T2
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  • Sistema de estudio H 1 = n Hr Entalpa de reaccin molar, T 1 H 2 = Q P = 0 Entalpa de reaccin H 3 = (mC + K) T 1-2 Enfriamiento de productos y calormetro, T = T 1 -T 2 H 1 = H 2 + H 3 n Hr = Q P - (mC + K) T 2-1 Hr = - (mc + K) T 2-1 n
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  • Sistema de estudio Para calcular H r necesitamos determinar: Nmero de moles de H 2 O 2 agregados. Constante del calormetro. Diferencia de temperatura producida por la reaccin.
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  • Titulacin de agua oxgenada Titular una dilucin 1/100 de agua oxgenada ~100V con permanganato de potasio 0.1N. 2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + 3 H 2 SO 4 2Mn SO 4 + 5 O 2 + 8 H 2 O + K 2 SO 4 Mn +7 Mn +2 5eq/mol 2O -1 O 2 0 2eq/mol
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  • Titulacin de agua oxgenada El agua oxgenada es ~100V, 1L de solucin libera ~ 100L de oxgeno. Si suponemos que el oxgeno se comporta idealmente en CNPT, 1 mol ocupa 22.4L. Sabiendo que 1 mol de H 2 O 2 se descompone en mol de O 2... Cal es la concentracin molar del agua oxgenada? Y la concentracin normal?
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  • Titulacin de agua oxgenada Con el valor terico de concentracin de agua oxigenada podemos calcular el volumen de permanganato que esperamos gastar en la titulacin. Cal es? Se deben titular (por triplicado) 10 mL de una dilucin 1/100 de agua oxgenada, con el agregado de 10 mL de cido sulfrico. Calcular el valor promedio y su desvo estndar.
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  • Determinacin de K Agregar 200 mL de agua a temperatura de ambiente en el calormetro, cerrar el sistema y dejar estabilizar la temperatura. Agregar 300 mL de agua caliente (medir antes la temperatura). Registrar el cambio de temperatura hasta que el sistema llegue al equilibrio. Calcular la temperatura final terica, si K=0 y comparar con el valor experimental.
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  • Determinacin de K Cmo determinamos el valor experimental de temperatura final? T f = 1.722 mV
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  • Determinacin de K m 1 C 1 (T f T 1 ) + m 2 C 2 (T f T 2 ) + K(T f T 1 ) = 0 K = - [m 1 C 1 (T f T 1 ) + m 2 C 2 (T f T 2 )] (T f T 1 ) Ejemplo: m 1 = 200 g, T 1 = 21.075 C m 2 = 300 g, T 2 = 61.5 C T f = 43.05 CK = 51.9 cal/C
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  • Determinacin de H Colocar el agua oxgenada, buffer y agua en el calormetro. Cerrarlo y dejar estabilizar. Agregar la enzima Catalasa. Registrar los cambios de temperatura y de volmen de oxgeno liberado. Calcular la temperatura final terica considerando que K=0, [H 2 O 2 ]= terica y H r = terico. Comparar con el resultado experimental.
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  • Determinacin de H Cmo obtener el valor experimental de temperatura final? T f = 1.242mV Tiempo (minutos) Temperatura (mV)
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  • Determinacin de H 25 mL de H 2 O 2 9M (0.225 moles) m = 510.1 g K = 51.9 cal/C T r = 8.5 C H r = -(510.1g x 1cal/gC x 51.9cal/C)x8.5C 0.225 mol H r = -21.5 Kcal/mol Calcular el error porcentual para comparar el valor experimental de entalpia molar de reaccin con el valor terico.
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  • Resultados Completar la siguiente tabla: Valor tericoValor experimental [H 2 O 2 ] K H r molar T K / T r Volumen de oxgeno total
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  • Conclusiones La concentracin del agua oxigenada es la esperada? Porqu se realiza esta determinacin? Porqu se usa un medio cido para la titulacin? La constante del calormetro K obtenida es coherente? El calormetro pierde calor? Esto influye significativamente en los resultados experimentales? Cmo se sabe si la reaccin se complet? Porqu se usan la densidad y el C p del agua? El calor de reaccin molar obtenido es similar al terico? Si hay diferencias, a qu se deben?