CIENCIA    BÁSICA

EXPERIMENTAL  PARA

ESTUDIANTES    DE

INGENIERÍA    QUÍMICA

 

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Permanganimetría
Peróxido de Hidrógeno

CALOR de REACCIÓN


                                                       Descomposición del Peróxido de Hidrógeno

               INTRODUCCIÓN

        Una gran cantidad de las industrias  químicas utilizan ampliamente la transferencia de calor en sus procesos.  Si bien es cierto que la Termoquímica establece las bases teóricas del manejo del calor como una forma de la energía en las reacciones químicas, desde el punto de vista experimental, la calorimetría nos permite saber qué tanto calor como una forma de la energía absorbida o desprendida está presente en una reacción, lo cual resulta de particular importancia. Determinar esta energía absorbida o desprendida en una reacción es posible bajo dos condiciones termodinámicas; ya sea a presión constante,  o a volumen constante.

Para determinar en un calorímetro, la energía absorbida o desprendida de una reacción como es el caso particular del calor de descomposición del peróxido de hidrógeno, es conveniente primero que todo, plantear una ecuación del balance general de calor en el sistema.

(1)

En esta ecuación es necesario distinguir, quién gana energía en el sistema y quién la cede. En un caso general que nos planteara cualquier proyecto experimental, "la reacción de descomposición", sería de la forma:

AB (ac)   A (ac)  + B (ac) + Q descomposición   (2)

notamos que al descomponerse el compuesto AB; es esta reacción la que cede el calor, y por lo tanto  la ecuación (1) se transforma en:

             (3)

ahora, si analizamos "Qganado" éste debe corresponder a  la cantidad de calor que absorbe el calorímetro y el agua contenida en donde se agrega "AB", para realizar la reacción de descomposición, por lo tanto tenemos que.

                                       (4)

Si el proceso se realiza a  "P = cte." entonces:

         (5)

por lo tanto:

  (6)

Aquí los valores de "m Cp" podemos definirlos como la constante del calorímetro, que es la cantidad de calor que absorbe el calorímetro, cuando se incrementa la temperatura (ΔT). El término siguiente corresponde al calor que absorbe el agua cuando se incrementa la temperatura de la misma. Por lo tanto la ecuación (4) se transforma en la ecuación (6), y que nos permite determinar el calor de la reacción de descomposición del compuesto "AB".

OBJETIVO 

El objetivo principal que se pretende lograr en éste experimento es que el alumno determine experimentalmente la entalpía de descomposición de una sustancia en medio acuoso, así como el porcentaje de error del valor experimental.

Para ello se introducirá al alumno en el manejo e interpretación de la termodinámica denominada calorimetría y a través de ella familiarizar al estudiante con la determinación experimental de los cambios energéticos y la forma de cuantificarlos. Empleando para este fin un calorímetro construido por ellos mismos y llevando a cabo algunas reacciones sencillas que le permitan al estudiante determinar los cambios de la entalpía de un sistema. 

 JUSTIFICACIÓN 

Este proyecto experimental tiene como finalidad que el alumno aplique los conocimientos adquiridos en química en la parte correspondiente a calorimetría, para servir como un antecedente en la fisicoquímica, en lo referente a termoquímica. A la obtención de series de valores reales obtenidos experimentalmente para su aplicación en las ecuaciones del calor. De igual forma se pretende que el alumno sea capaz de utilizar las gráficas obtenidas y determinar  dicho fenómeno real empleado para tal fin.

                PROYECTO EXPERIMENTAL

               Determinación del Calor de descomposición del peróxido de hidrógeno en solución acuosa a partir de  la reacción:

H2O2 (ac)      H2O (liq)  + 1/2 O2 (gas) + Q descomposición

en presencia de MnO2 como catalizador.

El diseño de experimento que debes realizar, considera, al menos, los siguientes puntos (ver también la sección "Cómo elaborar un Proyecto de Investigación", del portal):

  • Realice una introducción acerca del tópico de calorimetría, "Calor de reacción de descomposición" y aplíquela al caso de estudio de este experimento.

  • Haga una breve exposición acerca de qué va a medir y como lo hará.

  • Infórmese de los detalles del arreglo experimental, explique la función de cada una de sus partes y presente un esquema detallado del armado de éste. Presente un listado del material que se requiere en la sesión experimental.

  • Calcule la preparación de las soluciones requeridas y explique como las preparará durante la sesión experimental.

  • Analice y discuta  la ecuación  para calcular el calor de la reacción (ecuación del balance de calor). ¿Por qué se utiliza esta?

  • Encuentre la información de los calores específicos de las especies que participan en la reacción.

  • Adelante el tratamiento y las ecuaciones que le permitirán desarrollar el análisis de datos.

DISEÑO EXPERIMENTAL

MATERIALES                                        REACTIVOS

Vidrios de reloj

Peróxido de hidrógeno H2O2

Buretas

Permanganato de potasio KMnO4  

Soporte universal

Dióxido de manganeso MnO2 

Pinzas para buretas

Agua H2O

Vasos de precipitados

Ácido sulfúrico H2SO4

Termómetros

Oxalato de sodio Na2C2O4

Matraces erlenmeyer

 

Placa de agitación y calentamiento

 

Pipetas graduadas

 

Pipeta volumétrica

Papel filtro wattman no. 42

Embudos de tallo corto

Anillo de fierro

 

METODOLOGÍA: 

- Preparar una solución de  peróxido de hidrógeno (H2O2)  0.2 N.

- El material debe estar limpio y seco.

- Preparar una solución de permanganato de potasio (KMnO4) 0.1N.  ESTA  SOLUCIÓN  DEBE  SER  PREPARADA  AL MOMENTO  DE  HACER  LA  DETERMINACIÓN.

- Titular cinco alícuotas de permanganato de potasio (KMnO4) con oxalato de sodio (Na2C2O4) para determinar la concentración exacta.

- Titular cinco alícuotas de peróxido de hidrógeno (H2O2) con permanganato de potasio (KMnO4)   para determinar la concentración exacta

- Agregar 75 mL. de peróxido de hidrógeno (H2O2) sabiendo su concentración exacta dentro del calorímetro.

- Determinar la temperatura  del sistema hasta lograr el equilibrio térmico, y graficar los datos, esta línea se determinará  con datos de temperatura de aproximadamente diez minutos.

 PRECAUCIONES

Comente con su profesor acerca del las medidas de seguridad que deberá observar  durante el experimento.

Varios son los factores que afectan la estabilidad y concentración de las soluciones ... las siguientes:

1.- Las soluciones de permanganato son altamente reactivas.

REFERENCIAS 

“El ΔHf de formación del peróxido de hidrógeno (H2O2liquido resulta de -44.88 Kcal / mol (10)

Bibliografía básica:

 
  1. Palmer, W. G. "Química Física Experimental". EUDEBA, Buenos Aires, 1966

  2. Burmistrova, O.A., "Prácticas de Química Física", Editorial MIR, Moscú

  3. R. Chang, "Química", McGraw-Hill. 4ª Edición. México, 1992, pp. 1052.

  4. T. L. Brown, H. E. Le Way y B. E. Bursten. "Química La ciencia central", 5ª. Edición, Editorial Prentice-Hall Hispanoamericana S.A., México, 1992, pp. 1159.

  5. Zarco, R. E. "Seguridad en laboratorios", Ed. Trillas, México, 1990, pp. 146.

  6. "The Merck Index", 8a. Stecher, P.G., Merck Co., Inc., Rahway, N.J., USA., 1968.

  7. J.W. Dawson, "Manual de Laboratorio de Química", Ed. Interamericana, México, 1980.

  8. George Hess, "Química General Experimental", Edit. CECSA, España, 1982.

  9. P. W. Atkins. "Química Moléculas, materia, cambio", Edit. Omega. Barcelona, 1998, pp. 910

  10. Langes Handbook, Pág. 9-25, Tabla 9 - 1.

Bibliografía complementaria :

 
  1. Fogler, H. S., Elements of Chemical Reaction Engineering , Prentice-Hall International Editions, 1992.

  2. Jesús Blanco-Ricardo Linarte , Catálisis. Fundamentos y aplicaciones industriales. Ed. Trillas 1976.

Web Bibliografía básica:

 
  1. La Seguridad en los Laboratorios de Prácticas, Universidad de Alcalá, 1995, Comisión de Seguridad y Salud Laboral

     http://www2.uah.es/edejesus/seguridad.htm

  1. Determinación de  los parámetros cinéticos de la reacción de descomposición del H2O2

    http://ciencia21.freeservers.com/informes/cinetica.htm

 

 

 

 

 

 

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Basic Science applied to Chemical Enginnering
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Última modificación: 20 de Noviembre de 2014