QG2_PrLab1_2018-I

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UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: QUÍMICA GENERAL 2 
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 1 – 2018-I 
 
 
CALORIMETRÍA. CALOR DE SOLUCIÓN. 
 
1. OBJETIVOS 
 
1.1. Observar y comprobar que los procesos suelen ir acompañadas de absorción o 
desprendimiento de calor. 
1.2. Medir la entalpía (calor) de disolución de una sustancia iónica. 
 
2. TRABAJO PREVIO 
 
2.1. Investigue sobre los siguientes temas: (a) sistema y su entorno; (b) variable y función de 
estado; (c) procesos endotérmicos y exotérmicos; (d) entalpía y calor de reacción (e) proceso 
de disolución de un compuesto iónico; (e) balances térmicos. 
2.2. Revise el Reglamento y Normas de Seguridad del Laboratorio de Química de la Universidad de 
Piura. 
 
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
Prácticamente todos los procesos termodinámicos (cambios físicos o químicos) transcurren con un 
intercambio de energía entre el sistema y los alrededores. El estudio de estos intercambios de 
energía constituye el objeto de la termodinámica química. 
 
El estudio de los casos en que la energía se intercambia únicamente en forma de calor recibe el 
nombre de termoquímica, rama de la termodinámica que se ocupa exclusivamente de la energía 
calorífica asociada a un determinado cambio químico. 
 
Desde el punto de vista del calor intercambiado, las reacciones químicas (y los cambios físicos) en 
general se clasifican en exotérmicas (si van acompañadas de desprendimiento de calor) y 
endotérmicas (si se absorbe calor del medio durante el proceso). Si la reacción (o cambio) transcurre 
sin absorción ni desprendimiento de calor, se dice que es termoneutra; estos cambios son poco 
frecuentes. 
 
Por convenio, el calor desprendido se toma como negativo. 
 
La calorimetría es un método experimental usado para investigar flujos de calor. El flujo de calor 
investigado puede proceder de cambios físicos (p. e. fusión) o químicos (p. ej. una reacción de 
combustión). 
 
Para ello nos valemos de los calorímetros, instrumentos que pueden ser muy sencillos, como el del 
tipo “taza de café” que se utilizará en esta práctica, o muy complejos, como las bombas 
calorimétricas controladas por computadores. Sin embargo, hay principios básicos aplicables a todos 
los experimentos de calorimetría. 
 
El calor, que se representa con el símbolo q, es una forma de energía, y la energía siempre se conserva 
(cualquier calor perdido por un objeto será ganado por otro y viceversa). Por conveniencia, los 
calorímetros se diseñan de modo que se mantengan (ellos y su contenido) aislados de los 
alrededores. Así, en todas las medidas calorimétricas se cumple: 
qcal + qsist = 0 
 
donde: qcal es el calor absorbido o liberado por el calorímetro y 
 qsist es el calor absorbido o liberado por el sistema en estudio (que podría ser un 
cambio físico o una reacción química). 
 
Obviamente, como ambos términos deben sumar cero, uno debe ser positivo (proceso 
endotérmico) y otro negativo (proceso exotérmico). 
 
3.1. Calibración del calorímetro (determinación de la constante del calorímetro). 
 
El calorímetro de tipo “taza de café” se muestra en la 
figura 1. Está constituido por dos vasos de tecnopor 
uno dentro del otro (para mejor aislamiento) con una 
tapa plástica (o de tecnopor) con un agujero por 
donde se introducen un termómetro que además 
puede usarse (con cuidado) como agitador. 
 
Es importante montar las partes del calorímetro de 
modo que se reduzcan al mínimo las fugas de calor. 
 
Dado que se trata de un instrumento de baja 
tecnología, el calorímetro de tipo “taza de café” no 
está dotado de dispositivos sofisticados para su 
calibración. Por ese mismo motivo, los resultados 
obtenidos pueden diferir bastante de los esperados, 
sobre todo si no se toman las precauciones del caso 
para reducir las fugas o pérdidas de calor del sistema. 
 
La capacidad del calorímetro para absorber o liberar calor se llama capacidad calorífica del 
calorímetro o constante del calorímetro (Ccal), y se determina experimentalmente de forma 
sencilla. Sus unidades son [energía/temperatura] (p. ej. J/ºC), y puede calcularse de la siguiente 
manera: 
 Colocamos una cantidad conocida (masa en g) de agua fría (maf, en g) en el calorímetro y 
dejamos que el conjunto alcance el equilibrio térmico (Tcal
0 =Taf
0 ). 
 Se prepara una masa (g) de agua caliente (mac, en g) a una temperatura conocida (Tac
0 ). 
 El agua caliente se añade rápidamente al agua fría en el calorímetro. 
 
A este punto ocurren simultáneamente tres cosas: (a) el agua caliente se enfría; (b) el agua fría 
se calienta; (c) el calorímetro también se calienta, alcanzándose una situación final de 
equilibrio térmico, en la cual todas las temperaturas coinciden: Teq = Tfinal, ac = Tfinal, af = Tfinal, cal. 
El balance térmico será: 
(
Calor cedido por
 el agua caliente
) + (
Calor absorbido por
el calorímetro
) + (
Calor absorbido por
el agua fría
) = 0 (1) 
 
o bien: qac + qcal + qaf = 0 (2) 
donde: qac = mac*cac*Tac qcal = Ccal*Tcal qaf = maf*caf*Taf 
 
Por tanto, la ecuación (2) queda: ma*cac*Tac + Ccal*Tcal + maf*caf*Taf = 0 (3) 
y dado que las variaciones de temperatura se calculan siempre como T como Tfinal - Tinicial: 
Tac = Teq - Tac
0 ; Tcal = Teq - Tcal
0 y Taf = Teq - Taf
0 , con lo que la ecuación (3) queda: 
ma*cac*(Teq - Tac
0 ) + Ccal* Teq - Tcal
0 ) + maf*caf*( Teq - Taf
0 ) = 0 (4) 
 
 
Figura 1. Calorímetro tipo “taza de café”. 
3 
 
Despejando la constante del calorímetro: Ccal = 
-mac*cac*(Teq-Tac
0 ) - maf*caf*(Teq-Taf
0 ) 
Teq-Tcal
0 (5) 
 
Considerando que Tcal
0 = Taf
0 = T0, que las masas de agua son iguales: mac = maf = m, y que el 
calor específico del agua fría y caliente es aproximadamente el mismo (es decir, que no varía 
con la temperatura) y vale (en el SI) 4,184 J/g∙ºC, se puede calcular la constante del calorímetro 
que corresponderá al conjunto formado por los vasos de tecnopor, tapa y termómetro. 
 
3.2. Medida del calor de solución 
 
 Determinaremos el calor de solución (qsol) de un compuesto iónico en agua. El balance térmico 
será: 
 
(
calor de
solución
) + (
calor absorbido
por el calorímetro
) + (
calor absorbido 
por la solución
) = 0 (6) 
 
qsol + qcal + qabs sol = 0 
 
donde: qcal = Ccal*Tcal y qabs sol = msol*csol* Tsol 
 
Por tanto, y considerando que en este caso las temperaturas inicial y final del calorímetro y la 
solución son las mismas: Tcal = Tsol = Teq – T0 = T, y que la masa de la solución es la masa del 
agua más la del electrolito: msol = magua + melectrolito, nos queda: 
 
 -[Ccal*T + msol*csol*T] = -(Teq – T0) *[Ccal + (magua + melectrolito)*csol] = qsol. 
 
Los libros reportan el calor de solución como Hsol en kcal/mol o en kJ/mol. Para poder 
comparar nuestro calor calculado para una masa melectrolito menor que su peso fórmula, o 
menor que 1 mol, debemos referirlo a 1 mol:Hsol = 
qsol
n
, donde n es el número de moles con 
el cual se ha experimentado; esto es: n = 
melectrolito
(PF)electrolito
. 
 
Si el electrolito utilizado es de pureza conocida, habrá que afectar su masa a fin de corregir el 
resultado final, y poder compararlo con las tablas que aparecen en libros y manuales. 
 
4. MATERIALES Y REACTIVOS 
 
MATERIALES REACTIVOS 
* Vasos de tecnopor con tapa. * Sales iónicas varias. 
* Termómetro. * Agua desionizada. 
* Vidrios de reloj o papel de aluminio. 
* Agitador. 
* Cronómetro o reloj. 
 
5. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL 
 
Trabajaremos con el montaje de la figura 1. Con las medidas experimentales iremos 
rellenado el cuadro que aparece en el informe. 
 
5.1. Determinación de la constante del calorímetro 
5.1.1. Coloque 50 g de agua en el calorímetro, deje alcanzar el equilibrio térmico y 
tome nota de la temperatura inicial, To. 
5.1.2. Añada 50 g de agua caliente (aprox. Entre 65 °C y 70 °C); previamente anote su 
temperatura inicial, Tac
0 . 
5.1.3. Agite y deje alcanzar el equilibrio térmico.Vaya anotando la temperatura cada 
cierto tiempo hasta que se alcance el equilibrio. Utilice el gráfico temperatura 
vs tiempo (T vs t) para determinar la Teq. 
5.2. Determinación del calor de solución 
5.2.1. Coloque 100 mL de agua en el calorímetro, deje alcanzar el equilibrio térmico y 
tome nota de la temperatura inicial, T0. 
5.2.2. Añada una masa conocida (entre 1 y 5 g) de una sustancia iónica. Anote la masa 
y el nombre de la sustancia. 
5.2.3. Agite y deje alcanzar el equilibrio térmico. Vaya anotando la temperatura cada 
cierto tiempo hasta que se alcance el equilibrio. Utilice el gráfico temperatura 
vs tiempo (T vs t) para determinar la Teq. 
 
6. CÁLCULOS Y GRÁFICOS (vea los apartados correspondientes en el informe de esta 
práctica) 
 
7. MATRIZ DE EVALUACIÓN 
 
Nombre y 
apellido 
Trabajo 
previo 
(test inicio) 
 (5 p ) 
Trabajo experimental 
Nota final 
(20 p) 
Trabajo de laboratorio (5 p) 
- Puntualidad. (1 p) 
- Orden y limpieza. (1 p) 
- Comportamiento y 
desempeño. (2 p) 
- Trabajo en equipo. (1 p) 
Informe (10 p) 
 
- Registro y tratamiento adecuado 
de datos (uso correcto de unidades 
y cifras significativas). 
- Preguntas realizadas y respuestas 
dadas apropiadas al tema. 
 
8. BIBLIOGRAFÍA 
 
8.1. Whitten, Gailey, Davis. Química General. 5ta. Edición. Ed. Mc Graw-Hill, 1998. 
 
8.2. Chang, Raymond. Química. Cuarta Edición. Ed. Mc Graw-Hill, 1992. 
 
8.3. Barreto, María del C. Manual de operaciones básicas en el laboratorio de química. CONCYTEC 
– UNIVERSIDAD DE PIURA. 1992. 
 
8.4. Algunas páginas web: 
 http://www.eis.uva.es/~organica/practicas/practica1.pdf 
 http://books.google.com.pe/books?id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA223&lpg=PA223&dq=calori
metro+taza+de+caf%C3%A9&source=bl&ots=Psjk8FWnTu&sig=Jxn_9p1SbJQN2TryocMXIC
Iu8hM&hl=es&ei=h_tkToqBE829tgeOzPiJCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1
&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false 
 http://fisica.usach.cl/~iolivare/guia9_calorimetria.pdf 
http://www.eis.uva.es/~organica/practicas/practica1.pdf
http://books.google.com.pe/books?id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA223&lpg=PA223&dq=calorimetro+taza+de+caf%C3%A9&source=bl&ots=Psjk8FWnTu&sig=Jxn_9p1SbJQN2TryocMXICIu8hM&hl=es&ei=h_tkToqBE829tgeOzPiJCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false
http://books.google.com.pe/books?id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA223&lpg=PA223&dq=calorimetro+taza+de+caf%C3%A9&source=bl&ots=Psjk8FWnTu&sig=Jxn_9p1SbJQN2TryocMXICIu8hM&hl=es&ei=h_tkToqBE829tgeOzPiJCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false
http://books.google.com.pe/books?id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA223&lpg=PA223&dq=calorimetro+taza+de+caf%C3%A9&source=bl&ots=Psjk8FWnTu&sig=Jxn_9p1SbJQN2TryocMXICIu8hM&hl=es&ei=h_tkToqBE829tgeOzPiJCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false
http://books.google.com.pe/books?id=4vL3SjWjEcQC&pg=PA223&lpg=PA223&dq=calorimetro+taza+de+caf%C3%A9&source=bl&ots=Psjk8FWnTu&sig=Jxn_9p1SbJQN2TryocMXICIu8hM&hl=es&ei=h_tkToqBE829tgeOzPiJCg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CB8Q6AEwAA#v=onepage&q&f=false
http://fisica.usach.cl/~iolivare/guia9_calorimetria.pdf
5 
 
UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: QUÍMICA GENERAL 2 
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 1 
 
CALORIMETRÍA. CALOR DE SOLUCIÓN. 
 
INFORME 
 
9. INFORME DE DATOS, CÁLCULOS Y CONCLUSIONES 
Apellidos y nombres 
Trabajo 
previo (5 p) 
Trabajo en 
laboratorio (5 p) 
Informe 
(10 p) 
Nota 
1. 
2. 
3. 
 
Tabla de resultados experimentales 
(Valores y unidades) 
Descripción 
(5.1) 
Dato 
Descripción 
(5.2) 
Dato 
maf ma 
T0 = Tcal 
0 = Taf
0 T0 = Tcal 
0 = Ta
0 
mac Electrolito 
Tac
0 PFelectrolito 
Teq melectrolito 
Nota: Las Teq se deducen de los gráficos T vs t. purezaelectrolito 
 Teq 
 
9.1. Determinación de la constante del calorímetro 
 
9.1.1. Anote las medidas experimentales, construya el gráfico T – t y determine la Teq (utilice 
papel milimetrado y anéxelo). 
 
Ccal 
T (ºC) 
t (s) 
 
 
 
 
 
 
 
 
GRUPO 
FECHA 
9.1.2. Calcule la constante del calorímetro. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.2. Determinación del calor de disolución 
9.2.1 Anote las medidas experimentales, construya el gráfico T – t y determine la Teq (puede 
hacer uso de papel milimetrado). 
 
Hsol 
T (ºC) 
t (s) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.2.2 Calcule la entalpía de disolución en kJ/mol de la sal disuelta. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9.2.3 Escriba la ecuación termoquímica respectiva 
 
 
 
 
 
9.2.4 Con el dato teórico del calor de disolución de la sal calcule el error experimental. 
 
 
 
 
 
7 
 
 
9.3. Cuestionario 
9.3.1. ¿Podría utilizar el calorímetro tipo taza de café para medir el calor específico de 
un metal? Explique cómo lo haría. 
 
 
 
 
 
 
 
9.3.2. ¿Qué proceso se realiza cuando se mezcla un ácido y una base? ¿Se desarrolla o 
absorbe calor? ¿cómo se podría medir? 
 
 
 
 
 
 
 
 
10. CONCLUSIONES 
 
 
 
 
 
9 
 
UNIVERSIDAD DE PIURA 
FACULTAD DE INGENIERÍA 
CURSO: QUÍMICA GENERAL 2 
PRÁCTICA DE LABORATORIO Nº 1 
 
CALORIMETRÍA. CALOR DE SOLUCIÓN. 
 
 
 
 
RELACIÓN DE MATERIALES Y REACTIVOS 
 
 
Material recibido Observaciones 
 Calorímetro (vaso de tecnopor con tapa). 
 
 Termómetro ________ °C 
 
 Probeta de ______ mL 
 
 Vasos de precipitados de _______ mL 
 
 Vidrio de reloj, papel de aluminio. 
 
 Sólidos iónicos 
 
* Otros: plancha eléctrica, balanza analítica, 
pizeta, agitador, pinzas, papel 
milimetrado. 
 
 
 
 
 
Entrega de material (inicio) Recojo de material (final) 
 
 
 
 
Siglas Firma Siglas Firma 
Jefe de prácticas o profesor Jefe de prácticas o profesor 
 
APELLIDOS Y NOMBRES 
Puntualidad (1 p) 
Orden y limpieza (1 p) 
Comportamiento y desempeño (2 p) 
Trabajo en grupo (1 p) 
Trabajo previo (5 p) 
TOTAL (10 p) 
GRUPO 
FECHA